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Power 4

第一个多核 1GHz 处理器

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1996年,由精心挑选的 250名系统和芯片设计师、软件架构师、研究员和半导体工程师组成的团队决定扭转 IBM 在快速增长的价值 70亿美元的 UNIX® 服务器领域中的不利地位。

Power 的能力

IBM 技术员 Jennifer Chu 手拿一个 IBM POWER® 微处理器——这个芯片是游戏机和强大的超级计算机的核心。2005年初,包括索尼和 IBM 在内的十几家公司宣布成立 Power.org,这是一个制造加快 POWER 芯片协作的开放标准社区。

每个 POWER4 芯片包含 1.74亿个晶体管—是目前使用的个人电脑中所用晶体管数量的大约 10倍。长达一英里的极细的铜线将组件连接在一起。

俄罗斯国家信托银行

俄罗斯国家信托银行在重组俄罗斯全境 171个城市中的 140家分行和网点时,选择五台 IBM POWER7 服务器用作其最新基础设施的骨干。通过新系统,该银行希望将性能提高 33%,同时将运营成本降低 30%。同时,功耗有望降低 45%。更高的性能和高速数据处理带来的一个好处是业务分析能力,使信托银行能够提高决策速度,并且更好地了解新出现的趋势。

国家小额信贷银行(坦桑尼亚)

IBM 在坦桑尼亚 Dar es Salaam 的新办事处为日益增多的客户提供服务,例如国家小额信贷银行 (NMB)。IBM 正帮助该银行的核心基础架构转型,并支持其业务增长。由于新系统基于 IBM POWER 技术,NMB 的客户增加到 140万个,将 ATM 数量增加到 400个,并且为全国的客户提供了借记卡和移动银行服务。如今,银行每个月处理数百万笔交易,而且交易处理速度在坦桑尼亚保持最高水平。

他们的目标是凭借全新的系统超越竞争对手(这个系统将以一半的成本提供两倍的性能),例如 Sun Microsystems、Digital Equipment Corporation 和 HP。

为了实现这个宏伟的目标,他们成功地将两个高性能微处理器内核放置到单个晶片上—这是业内的第一次。同时,他们开发了全新的计算机架构。他们发明的 IBM® POWER4 是一个新系统,而不仅仅是一种新芯片,将商业、科学和高性能计算的最佳特点融合到了单个设计中。

第一个采用基于 POWER4 的 IBM eServer pSeries® 服务器的新系统叫做 IBM Regatta,以竞争对手一半的价格提供了两倍的性能。据计算业务杂志《eWeek》报道:“新设计的 1GHz Power4 是其前一代 450MHz Power3 的巨大飞跃。”

Giga 信息集团的行业分析家 Brad Day 当时称:“IBM 正在采取极具进攻性的举措,而且该服务器将成为改变游戏规则的产品。”微处理器研究公司 Cahners In-Stat/MDR (MicroDesign Resources) 将基于 POWER4 的新系统评选为 2001年度最佳工作站/服务器处理器的分析家选择奖。In-Stat/MDR 分析家 Kevin Krewell 在颁奖时这样评论 POWER4 架构:“它的得分比其它所有服务器处理器高很多。”

这只是开始。后续版本 — IBM POWER5、POWER6® 和 POWER7® —成为了大中型企业使用的 IBM 行业领先的最新 IBM Power Systems™ 和 Power Systems Express 计算机的核心。

在美国智力竞赛电视节目《Jeopardy!》中作为选手出现的自然语言计算机 Watson 就是基于 POWER7 技术而研制的。[更多了解这个进步徽标](英文)

IBM 软件集团跨 IBM 产品副总裁 Vijay Lund 说:“早在 1996年,我们在 UNIX 领域的五家公司中排名第五。”当时负责 IBM 大型机系统项目的 Lund 接受了评估 IBM 如何才能在 UNIX 系统领域保持领先地位的任务。

他说,要完成这项工作,他需要全新的微架构、更快、更强大的微处理器以及健壮的系统设计。关键问题是:IBM 团队能否按期实现这些宏伟目标?

在一次会见 IBM 高级副总裁 Nick Donofrio 时,Lund 建议 IBM 为新系统研制自己的微处理器。Lund 说:“我考虑的是长期目标。如果我们自己做,我知道这将是一个正确的方向,而且我们的解决方案将成为一系列竞争系统的起点—而不仅仅是一次性的进步。”

Lund 组建了 CEO 郭士纳所称的开发人员“A 团队”,这些开发人员来自德克萨斯奥斯丁、加拿大多伦多和 Bromont、德国 Boeblingen、佛蒙特州 Burlington 以及 East Fishkill 的 Poughkeepsie 和纽约的 Watson 研究中心。他还与日立公司建立了外部联盟,由日立公司研制新处理器的芯片内存部件,即 3级缓存。

1996年的经验表明,如果关键人员不能协同工作,那么大规模的复杂开发项目终将失败。为了打破这种说法,团队完善了最初的远程协同工具版本,例如远程桌面共享。Lund 还将愿意冒高风险者和经验丰富的现实主义者组合在一起,缓和了风险与谨慎之间的设计平衡,而这导致了人们对于“引发过多冲突”的议论。

有创造性的摩擦获得了回报。在四年的辛勤工作中,团队决定将两个处理器结合到单个芯片上。这件事以前从未做过。但如果成功,这将满足对于更高能力和更高速度的设计需求—并且确定远远超出已知竞争对手的性能基准。

2001年,IBM 推出了世界第一个多核处理器,即 VLSI(极大规模集成)芯片,它配备了两个 64位微处理器,其中包含 1.7亿多个晶体管。

这项具有突破意义的架构和半导体工程设计使这两个处理器能够以极高的带宽协同运行,配备大容量芯片内存、高速总线和输入/输出通道。

作为一个强大的 8路模块运行的四个新型微处理器确立了新的行业标准,并且实现了当时创纪录的 1.3GHz 时钟速度。设计中嵌入的自愈技术在一夜之间将 IBM 中型系统提升到了接近大型机的可靠性和可用性—这本身就是一个重大的成就。

据 POWER4 的一位设计架构师称,新芯片及其架构从一开始就考虑了服务器的角色。例如,POWER4 芯片的数据吞吐率达到了每秒超过 100Gb 缓存,而且拥有以每秒 35GB 运行的芯片间通信模块。

IBM 系统技术集团的沟通副总裁 Carrie Altieri 帮助将这项突破技术在 2001推向市场。她说:“其影响是持续而且巨大的。据分析家称,这让他们印象深刻。在极短的时间内,我们从最后一名成为了行业领导者。”

在神秘的 CPU 设计领域,IBM 工程师和科学家开创了管道、多线程、二进制兼容性、极高频率设计、对称多处理和分布式交换互连技术等。

更简单地说,IBM 的 J. M. Tendler 和四名联合作者在《IBM 研发日志》中写到:“在‘极速怪兽’(高始终速率)和‘大脑互动体’(更复杂的设计,但具有更高的每周期指令速率)的持续竞赛中,IBM 基于 UNIX 的系统过去一直处在大脑互动体的阵营中。随着 POWER4 的推出,IBM 选择了也接受极速怪兽的理念。”

此外,POWER4 及其后续版本中推出的全新系统级架构使 IBM 能够将商用和高性能产品线—原有的 IBM AS/400® 和 IBM RS/6000 ® 系统,即当时的 IBM eServer iSeries® 和 pSeries — 集合到公司宣称的 Power 系统中。大吞吐量系统和为数字运算而优化的系统之间的独特区别已经消失。

POWER4 及开发 POWER4 所需的大量工作代表着 Lund 所称的 IBM 重要资产之一。他说:“我们有能力吸引世界各地的人才,设计极为复杂的项目的各个部分,并将这些部分组合在一起而创造全新的技术,以及围绕该技术而研制的新系统。这是我们的强项。”

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