Ｐｏｗｅｒ之父解讀芯片技術(shù)藍(lán)圖

對(duì)于本已狼煙四起的高端服務(wù)器市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，IBM Power 6芯片的推出，給這一市場(chǎng)又注入了新元素，盡管它的問(wèn)世較原計(jì)劃晚了近一年。

當(dāng)IBM退出桌面PC、筆記本PC，甚至Apple電腦，Intel接過(guò)了全球芯片產(chǎn)業(yè)的號(hào)角。人們開(kāi)始淡忘藍(lán)色巨人的傳奇時(shí)代，開(kāi)始習(xí)慣真假雙核、真假64位的口水之爭(zhēng)，也開(kāi)始相信雙核CPU是今天的流行、多核則是明天的時(shí)尚。

芯片產(chǎn)業(yè)真會(huì)如此發(fā)展嗎？也許。但I(xiàn)BM新推出的Power 6芯片向世人證明：CPU的明天可能是另一種樣子。Power 6發(fā)布的第二天，筆者在IBM舉辦的iWord論壇十周年慶典上采訪(fǎng)了經(jīng)典AS/400之父、主導(dǎo)Power架構(gòu)設(shè)計(jì)的IBM System i首席科學(xué)家Frank Soltis博士。

摩爾定律仍將主導(dǎo)芯片發(fā)展

“Intel和AMD都已經(jīng)推出了成熟的雙核處理器，但用戶(hù)電腦上95%的應(yīng)用程序都沒(méi)辦法使用到雙核。相反，用戶(hù)發(fā)現(xiàn)在這些低頻的雙核電腦上，很多應(yīng)用都變慢了。”如果將這些應(yīng)用重新設(shè)計(jì)，以適應(yīng)雙核處理器的運(yùn)算，博士估計(jì)需要5～10年。他表示，芯片供應(yīng)商不應(yīng)該使處理器的速度降下來(lái)，不應(yīng)該讓用戶(hù)的應(yīng)用慢下來(lái)。為此，IBM針對(duì)商業(yè)用戶(hù)推出了最新的Power 6產(chǎn)品。

Frank解釋說(shuō)，采用IBM 65納米生產(chǎn)工藝、10層金屬片制成的Power6雙核處理器可以輕松達(dá)到4.7G主頻，是其上一代Power 5+處理器（最高2.3G）的兩倍。Power 6內(nèi)部包含了7.9億個(gè)晶體管，但運(yùn)行和散熱所消耗的電能與Power 5+基本持平。

Intel創(chuàng)始人Gordon Moore曾經(jīng)指出，單個(gè)芯片上集成的晶體管數(shù)量每隔18個(gè)月就能提高一倍（核心主頻也將成倍增長(zhǎng)），但隨著芯片數(shù)量上億之后，功耗和發(fā)熱量過(guò)大的問(wèn)題最終促使了摩爾定律之死。

那么，摩爾定律會(huì)在IBM手中復(fù)活并延續(xù)嗎？

“其實(shí)，隨著生產(chǎn)工藝的不斷進(jìn)步，晶體管數(shù)量和核心主頻的成倍增長(zhǎng)在實(shí)驗(yàn)室很容易達(dá)到。IBM通過(guò)絕緣硅（SOI）技術(shù)，和芯片內(nèi)指令執(zhí)行的全新改進(jìn)方法有效控制了功耗和散熱，所以摩爾定律仍將主導(dǎo)未來(lái)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展。”Frank告訴記者，提高處理器主頻仍是提高計(jì)算機(jī)性能最直接、最有效的辦法。

據(jù)記者了解，10年之前IBM就針對(duì)Power芯片的散熱問(wèn)題開(kāi)始研發(fā)銅技術(shù)、絕緣硅技術(shù)、應(yīng)變硅技術(shù)和Low-k材料技術(shù)，同時(shí)Frank博士主導(dǎo)的明尼蘇達(dá)實(shí)驗(yàn)室還在低電壓下提高芯片性能、晶體管時(shí)鐘頻率動(dòng)態(tài)可調(diào)或關(guān)閉等技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性成果。

除了提高晶體管數(shù)量和主頻，Power 6還延續(xù)了IBM優(yōu)秀的Power架構(gòu)，并做了很多優(yōu)化和革新，譬如擴(kuò)大到8MB二級(jí)緩存和32MB三級(jí)緩存，傳輸帶寬更是達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的300Gb/s。

Power 7瞄準(zhǔn)

服務(wù)器通用時(shí)代

雖然Frank博士花10年時(shí)間參與并主導(dǎo)了Power架構(gòu)芯片的設(shè)計(jì)，但今天他仍對(duì)Power 6芯片的成績(jī)不甚滿(mǎn)意，所以他把更多的希望寄托在明后年的Power 7芯片之上。

“我在實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)研制出了主頻高達(dá)7G的處理器，但并不是所有的用戶(hù)都追求高速度和高性能。現(xiàn)在很多企業(yè)既有UNIX系統(tǒng)，也有Linux系統(tǒng)，同時(shí)還希望使用Windows系統(tǒng)。那么，可不可以使這些系統(tǒng)共享平臺(tái)和信息？”Frank博士認(rèn)為，完美的處理器應(yīng)該是支持所有操作系統(tǒng)和軟件應(yīng)用的。

聽(tīng)上去，這種“技術(shù)共享”即使在IBM系統(tǒng)科技事業(yè)部?jī)?nèi)也是困難重重，因?yàn)橐郧癐BM的服務(wù)器包括4個(gè)不同的系列，分別是S390主機(jī)系列、AS/400系列、RS/6000系列和Netfinity系列。

經(jīng)過(guò)Frank博士帶領(lǐng)的明尼蘇達(dá)實(shí)驗(yàn)室10年的努力，IBM在Power 5時(shí)期最終完全統(tǒng)一了i系列和p系列的硬件平臺(tái)。“我們希望Power 6能夠統(tǒng)一z系列和x系列，甚至于刀片服務(wù)器，但z系列大型主機(jī)的用戶(hù)需求目前不在于此，所以只能等Power 7來(lái)統(tǒng)一服務(wù)器市場(chǎng)了。”Frank博士透露，今年下半年基于Power6芯片的i系列高端產(chǎn)品將面世，2008年刀片服務(wù)器也將統(tǒng)一到Power架構(gòu)體系中來(lái)。

在統(tǒng)一IBM內(nèi)部服務(wù)器架構(gòu)的同時(shí)，IBM正在與AMD聯(lián)手打造一種通用的處理器接口托盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)，讓企業(yè)用戶(hù)能夠像個(gè)人攢PC一樣更換不同品牌和架構(gòu)的處理器。另外IBM也在與微軟溝通，希望Windows Server系統(tǒng)也能夠支持Power 7芯片的架構(gòu)和內(nèi)部指令。

“未來(lái)的IBM服務(wù)器可能只有一種。”隨著技術(shù)上的相似之處越來(lái)越多，硬件體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和中間件日趨統(tǒng)一，這種發(fā)展勢(shì)頭的結(jié)局很可能將IBM的“一個(gè)服務(wù)器家族”改變成“一種服務(wù)器產(chǎn)品”。當(dāng)然，這個(gè)“服務(wù)器”是可以按照用戶(hù)的需求進(jìn)行組件選配的，可大可小、可高可低，能夠滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的不同需求。

Frank博士說(shuō)：“當(dāng)然，我只是從技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)得出了這樣的結(jié)論，最終的結(jié)局不是IBM的某個(gè)人說(shuō)了算，而是由市場(chǎng)來(lái)決定。雖然從一個(gè)技術(shù)研究者的角度，我很希望看到這一天的到來(lái)。”

Power架構(gòu)涉足多領(lǐng)域

其實(shí)在服務(wù)器領(lǐng)域之外，Power架構(gòu)芯片還扮演了很多核心角色，而且隨著Power家族的不斷壯大，更多領(lǐng)域、更多用戶(hù)將使用到Power芯片的高性能和低功耗產(chǎn)品。

“全球最新的家用游戲機(jī)都在用IBM的Power芯片，譬如微軟的xbox360、索尼的PS3、任天堂的Wii等使用的CPU芯片，都是在IBM明尼蘇達(dá)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的。”Frank自豪地說(shuō)。

在Power 6的白皮書(shū)中記者看到，IBM增加了更多能夠加速多媒體任務(wù)的AltiVec指令集（類(lèi)似于Intel的SSE和AMD的3DNow！指令集）。Frank博士認(rèn)為Power架構(gòu)芯片的應(yīng)用不會(huì)僅限于服務(wù)器和游戲機(jī)，他說(shuō)：“通過(guò)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)元素執(zhí)行同一條指令，AltiVec能夠提高處理器的數(shù)據(jù)處理效率，這將有助于桌面PC執(zhí)行音頻和視頻任務(wù)，而服務(wù)器在運(yùn)行基因數(shù)據(jù)處理等高性能計(jì)算任務(wù)上的效率也會(huì)提高。”

另外，IBM第一次在Power 6處理器芯片中加入了十進(jìn)制浮點(diǎn)運(yùn)算的硬件模塊，而Intel和AMD涉及十進(jìn)制數(shù)和浮點(diǎn)十進(jìn)制的計(jì)算都是由軟件完成的。Power6的發(fā)布必將影響到競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的芯片設(shè)計(jì)方向。

“硬件模塊方案不僅解決了轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的計(jì)算精度問(wèn)題，十進(jìn)制運(yùn)算的速度也提升了2至7倍。”據(jù)Frank博士透露，商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的大部分?jǐn)?shù)字信息都是十進(jìn)制的，而Power芯片內(nèi)置的十進(jìn)制浮點(diǎn)運(yùn)算能力能夠?yàn)槠髽I(yè)運(yùn)行復(fù)雜的稅收、金融和ERP程序帶來(lái)巨大的優(yōu)勢(shì)。

從1990年IBM推出基于RISC系統(tǒng)、運(yùn)行AIX V3的新產(chǎn)品線(xiàn)RS/6000（該系統(tǒng)架構(gòu)后來(lái)被稱(chēng)為Power架構(gòu)）以來(lái)，Power芯片經(jīng)歷了6代革新，它也推動(dòng)著全球芯片產(chǎn)業(yè)向多領(lǐng)域應(yīng)用方向大腳步邁進(jìn)。同時(shí)，Power架構(gòu)也在不斷更新和完善。

“高性能、低功耗、統(tǒng)一架構(gòu)、多領(lǐng)域應(yīng)用等都將成為未來(lái)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，Power芯片家族將越來(lái)越廣，摩托羅拉、蘋(píng)果、索尼和AMD都是我們的合作伙伴，開(kāi)放將促使芯片業(yè)走向新的繁榮。”Frank博士告訴記者。

編輯點(diǎn)評(píng)

AltiVec指令集、十進(jìn)制浮點(diǎn)運(yùn)算、高主頻、低功耗、低散熱，新的Power6令人不由得刮目相看，包括消費(fèi)電子、通訊、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制、汽車(chē)電子、醫(yī)療設(shè)施等在內(nèi)的諸多領(lǐng)域都被認(rèn)為是Power架構(gòu)芯片的主力戰(zhàn)場(chǎng)。不過(guò)，其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手會(huì)甘心嗎？（康翔）