POWER 6 背道而驰

作者： builder.com.cn
2007-06-05 12:12:10
编者按：于5月24日正式发布的IBM POWER 6处理器给人们带来了许多“意料之外”，如它与业界趋势背道而驰，注重提升主频而非增加内核；又如它性能比前一代产品提升一倍但功耗却与后者持平；再如它一反常规，率先被用于IBM p系列服务器而非i系列……这些变化到底因何所致，本文将做详细分析。
就在越来越多的厂商热衷内核数量竞赛，推崇多核的时候，IBM却在刚刚推出的POWER 6处理器上延续了双核设计；就在人们已经不再“热捧”高主频，因为它会让处理器散热困难、功耗过高时，IBM却推出业界最快的处理器——POWER 6，主频达到4.7GHz，并且在功耗上与上一代产品持平。
POWER 6这些“背道而驰”的做法，带给业界的是一片哗然，带给用户的是更多的期许，而带给IBM自己的，不知道是“筹码”，还是“风险”。
为何提速度不增内核
其实了解IBM的人都知道，它的处理器多核化步伐比竞争对手走得都要快，早在2001年第二季度，它就推出了世界上第一款双核处理器——POWER 4。但是为什么在业界普遍推崇多核的今天，IBM却驻足双核，逆势而为呢？
据IBM POWER系统项目管理副总裁Erich K. Baier介绍，伴随芯片主频的提升，散热问题会变得越来越严重，一方面这将消耗更多的电能，另一方面，散热问题也会限制芯片的制造材质。由此推断，在IBM看来，别的竞争对手之所以主攻多核，是因为他们已经无法再继续提高单一处理器的主频了。
但IBM推出的POWER 6，一方面在功耗控制方面采用了独特的技术，另一方面在制造环节上采用了65纳米绝缘硅（SOI）及10层金属互连工艺，这两方面因素让IBM在提高单一处理器主频时能够做到无后顾之忧，使得POWER 6的主频能够达到目前业界的最快——4.7GHz，而与上一代POWER处理器相比，POWER 6却在功耗不变的情况下，将性能提升了1倍。
IBM System i系列全球首席科学家Frank G.Soltis博士也告诉记者，其实IBM处理器技术的独到之处不在于内核的数量而在于带宽，此次POWER 6的带宽就达到了300GB/s，可以在大约60秒内下载整个iTunes目录。

Erich还表示：“很多竞争对手都把主要精力放在如何提升处理器的性能上，却忽略了整个服务器系统向处理器传递数据的能力，这样很难发挥处理器的速度优势。”
这让记者联想到了英特尔的酷睿架构处理器，这款处理器虽然性能强劲，但是由于带宽不足，目前只能发挥约70%的性能，而明年英特尔在新一代Nehalem架构处理器平台上，将导入点到点的串行高带宽直连总线以取代现有的并行前端总线，以充分释放其性能潜力。
虽然POWER 6延续了双核的设计，但这并不表示IBM对多核不积极，据介绍，IBM与东芝、索尼共同开发的Cell处理器就是目前最受业界瞩目的一款多核、而且是异构多核处理器，它已经在包括索尼PS3游戏机、IBM刀片服务器在内的多种产品上得到成功应用。
擎起性能的“杀手锏”
据Frank博士介绍，POWER 6处理器在实验室的主频已达到6－7GHz，IBM只是根据市场应用情况，目前率先推出4.7GHz主频的型号而已，这一频率已是POWER 5主频2.2GHz的2倍多。
对于POWER 6为何能在性能上达到上一代产品2倍的问题，Frank博士表示，IBM在这款处理器中采用了一种可提高芯片性能的新方法，它主要是通过在保持指令队列阶段（在一个时钟周期内必须完成大量的操作）的数目不变的情况下使得每个阶段更快速，同时去除不必要的工作，并尽可能多的进行并行操作，这样，执行时间就能削减一半。
记者在上文中提到的POWER 6在总线带宽上的优势，也是其性能获得提升的一个保证。为了与300GB/s的带宽保持同步，POWER 6还配备了高达8MB的二级缓存。
据了解，POWER 6还添加了能够加速许多多媒体计算任务的全新指令集，可通过对多个数据元素执行同一条指令，来提高运行多媒体和高性能计算任务时的数据处理效率。
除了这些新添的特性外，POWER 6高性能表现的基础还是在于它双核+单核同时双线程的设计，这实际上符合了未来处理器融合CMP（芯片多线程）和SMT（同时多线程）技术的设计思想。
谈到这一设计思想，就不能不提Sun公司的UltraSPARC T1处理器，它采用的CMT（芯片多线程）技术实际上也是CMP+SMT的产物，不过该处理器可集成8个内核，每个内核同时拥有4线程处理能力，这使得它拥有最高达32个线程的并行处理能力。
对于竞争对手对更多线程处理能力的追求，IBM有不同看法，Frank博士称，多线程技术虽可提高同一时间内并行处理任务的效率和能力，但是却需要软件开发商提供相关软件的支持。
以IBM AS400来说，早在1995年就实现了双线程，但是IBM当时在改造支持双线程的系统软件上花了很多功夫。
由此看来，目前多线程技术的推出可能容易，但是软件厂商、客户自行开发相关应用却很难，在Frank博士看来，这可能需要5－10年。而与此相反，目前很多企业的应用却还非常需要单线程技术。
值得一提的是，为了满足部分高端用户对更高性能的需求，IBM还将推出封装4颗POWER 6处理器芯片及大容量三级缓存的MCM（多处理器模块）作为POWER 6的高端型号。
如何做到功耗不变
Frank博士告诉记者，芯片性能和功耗一直是成正比关系的，而POWER 6在时钟频率增加1倍的情况下，能够做到功耗不变，秘诀在何处呢？
我们发现，POWER 6将那些不支持低电压工作的电路隔离到自己的供电线路上，这样就降低了芯片其余部分的功耗；另外，POWER 6上的电压/频率是可调的，这一功能通过一个控制系统来实现，而电压/频率究竟应该是多少的决策权在用户手中，他们可以决定系统需要耗费多少电能；
此外，POWER 6还采用其他一些技术来节省电力，比如在没有工作负载时，处理器时钟可以动态关闭，而需要执行指令时可立即开启，当检测到服务器温度过高时，POWER 6芯片可降低指令执行的速度，以保证其在用户定义的可接受范围内工作。
这一优势还能让IBM刀片服务器受益。据记者了解，在以往IBM的刀片服务器产品上，是不能采用POWER 5或者POWER 5+处理器的，因为它们的功耗过高，正因为如此，IBM的刀片服务器才会拥有自己的特殊处理器——POWER PC。
而今，由于POWER 6的设计使它在低电压下也能运行，并且可以控制功耗，如此一来，POWER 6除了可用于IBM的System i和p系列服务器，还可用在它的刀片服务器产品线上。
p570创25项基准测试纪录
POWER 6处理器的性能究竟如何，我们可以从IBM率先采用POWER 6的服务器产品——System p570身上找到答案。
System p570囊括了四大UNIX基准测试速度记录。这四项性能基准测试包括：SPECint2006——衡量业务应用中常用的整数计算吞吐量，p570是市场上相关产品最好性能的2.3倍；SPECfp2006——衡量科学应用所需要的浮点计算吞吐量，p570是市场上相关产品最好性能的2.3倍；SPECjbb2005——衡量每秒业务运行的Java性能，p570是市场上相关产品最好性能的2倍；TPC-C——衡量交易处理能力。据了解，System p570在一系列业务和技术应用性能基准测试中拥有25项记录。
就p570的实际应用表现来说，由于POWER 6是业界首款在硬件上支持十进制浮点运算的处理器，而此前涉及十进制和浮点十进制的计算都是由软件完成，p570通过POWER 6获得的内置十进制浮点运算能力带来的最大好处，就在于让企业运行比较复杂的税收、金融和ERP程序时可以获得更高的效率。
p570的另一大优势，就是为客户提供了在保持连续可用性的条件下，将正在运行的虚拟机从一台实际UNIX服务器迁移到另外一台服务器上的能力。凭借POWER 6的实时分区迁移功能（Live Partition Mobility），该项技术（目前正处于测试阶段，计划于今年底正式推出）将使客户能够在不中断操作的情况下迁移运行中的虚拟分区，而其他竞争产品则需要对UNIX系统和软件堆栈进行中断性重启。
IBM的扩张“阴谋”
借助POWER 6，IBM打算使用组合拳进攻对手，很多看似无意的举措背后，早就有着深思熟虑。
在POWER 6的发布会上，与POWER 6同时出现的是p570服务器，可谓赚尽风头。而在以往，POWER芯片都会在IBM的i系列产品上率先推出，正因为如此，i系列一直给用户一种技术领先的感觉。那么为什么这次POWER 6却把i系列放在后面，转而优先照顾p系列呢？
当记者把这个问题抛给IBM System i系列服务器亚太区总经理韩忠恒时，他表示，因为p系列更需要POWER 6。i系列产品需要的不是性能多么强的处理器，而是更好的应用，i系列的用户看重的是产品的解决方案，而并不关注是否用了POWER 6。
在记者看来，IBM优先选择p570，还在于p系列定位在主流的行业市场段上，而p570则在p系列服务器中占据着最大的市场份额和营业额，更加重要的是，IBM的竞争对手在这一市场段同样拥有较高的市场份额，选择在p570上采用POWER 6，也是在向竞争对手宣战。而且，销售情况一直较好的、采用POWER 5+的p570也不会因为POWER 6的到来而消失，两类产品将在市场上并行前进，以双拳攻击对手。
多数业内人士一直都不怀疑IBM有能力巩固现有的用户，但他们对IBM去争取新的用户转向IBM平台则缺乏足够的信心，毕竟在Unix阵营，IBM的竞争对手还有Sun与富士通主导的SPARC阵营，以及英特尔、惠普、SGI、NEC等厂商组成的安腾阵营。对此，Erich表示，针对竞争对手，IBM已推出了用户迁移计划，打算通过迁移工厂（Migration Factory）和大集中工厂（Consolidation Factory）来帮助用户从现有平台迁移到IBM平台上，据他介绍，去年IBM的迁移工厂已经迁移了430个客户，其中超过80%是从惠普、Sun的平台上迁移过来的。
而最让人震惊的是，IBM除希望通过迁移计划把竞争对手的用户“抢”过来外，它还在推进另一个计划。据Frank博士透露，IBM希望开发一个能够兼容不同处理器的插槽，有了这样一个标准化的插槽，处理器类型的差别将完全变得微不足道，不过英特尔已经对这一计划说“不”。Frank博士称，IBM这一计划现在已经得到了AMD的支持，他认为这将对POWER 7的设计思路带来影响。
竞争对手从容面对
对于POWER 6的发布，它的竞争对手们并没有给予任何激烈的回应，如果说POWER 6能给他们带来什么意外的话，那就是这款处理器的发布时间要比他们预期的时间晚了许多。
作为IBM在RISC+UNIX服务器市场上目前最主要的竞争对手，Sun在IBM发布POWER 6的同一周也在中国推出了它与富士通合作研发、采用UltraSPARC T1及富士通SPARC 64-VI处理器的SPARC Enterprise系列服务器新品，创下了SPARC服务器系统的性能新高，而且其中还有数款机型融入了可与大型机比肩的RAS (可靠性、可用性和可服务性)特性。谈及POWER 6时，SUN方面仅表示，从技术上来说，每家厂商都有一些自己独有的优势，关键是看这些优势在哪个领域能发挥得更好。
据记者了解，面对POWER 6的攻势，SUN用来应战的武器应是面向高端市场、借助CMT技术可实现32线程并行处理的ROCK处理器，该处理器目前已进入Tapeout (完成设计交付制造) 阶段，将于2008年上市。
POWER 6必须面对的另一个竞争对手，就是英特尔的安腾。对于POWER 6，英特尔方面未做任何评论。不过，在记者日前参加英特尔服务器处理器信息沟通会时，英特尔向记者展示了市场调研机构IDC对安腾服务器的市场追踪数据。IDC的数据称去年安腾服务器系统在全球的销售收入同比增长了70.5%，而且在中国市场上，安腾服务器销售收入的增长速度也远远超过了基于POWER处理器的服务器。
英特尔给安腾的市场定位是要争夺高端UNIX服务器市场，为了达到这一目标，安腾处理器保持了非常高的产品更新速度，根据英特尔的产品路线图，它从今年起至2011年，几乎每两年就会推出一代新品，而且，计划在2008-2009年推出的代号为Tukwila的安腾处理器中将开始导入点到点高速串行总线，以解决处理器平台数据带宽不足的问题，此外，英特尔还计划在此期间与合作伙伴携手将安腾系统的可靠性提升到接近大型机的99.99999%，并将其性能再提升6倍左右。
不可忽视的用户惯性
在记者看来，IBM要想成功让更多用户从竞争对手的平台迁移到自己的平台上，面临的挑战还不仅仅是这些竞争对手新产品的狙击，如何克服用户的惯性也是关键所在。
就像用惯了POWER服务器+AIX操作系统产品组合的用户很难接受X86服务器+Windows/Linux这一组合一样，如果让习惯使用后一种组合的用户迁移到前一种组合上去，难度也非常大，这就是用户的惯性。要让用户克服这种惯性，仅仅帮助他们迁移了硬件平台和应用还远远不够，相关人员的培训、技术支持和服务也必须做到位。英特尔在推广安腾时曾经与这种惯性进行了数年的较量，如今换成IBM，也同样不可能一蹴而就。
如果IBM希望达到争夺更多新用户的目标，仅仅秀出POWER 6及其服务器系统的性能指标还是不够的，它还需要在推进技术的开放性和拓展合作伙伴方面多下功夫。
(文/张晓楠 袁超)