聚焦RISC架构 浅析IBM Power处理器历程

IBM Power架构是业界领先的半导体技术，有超过25年稳定的技术发展历程。近年来，在IBM和Power.org合作伙伴的推动下，其在高端领域的技术优势形成了Power系列产品线。

无论是PC机，还是服务器产品，技术变化最快的当属处理器产品，而服务器处理器的变化更是惊人，从原来的64位运算、多核心转变到四核心、八核心以及如今的45纳米工艺的处理器。对于服务器CPU而言，除了熟知IA架构的服务器处理器以外，还有一种主流的处理器架构RISC架构，目前基于该架构的处理器主要是IBM Power系列处理器和Sun Ultra SPARC系列处理器，主要面向高端，但是随着市场Intel和AMD在服务器处理器方面给予的压力，使得RISC架构的处理器空间变小。

RISC指令系统最早是由IBM发明的，随着RISC架构的提出，各个具备一定技术实力的厂家开始在这个架构的基础上研发出自己的处理器，经过近二十年的发展，生产芯片的厂家经历了市场的冲击，到目前为止，主流RISC芯片主要只有IBM Power/PowerPC和SUN SPARC系列，这些芯片分别由重要的服务器厂商用来作为其高端服务器产品和工作站的核心。几乎无一例外地，各种大型计算机和超级服务器都采用RISC架构的处理器，RISC处理器已经逐渐成为高端应用代名词。

在RISC处理器领域，IBM可以说是当之无愧的领先厂商，无论是技术实力还是市场的占有率，目前在IBM服务器中应用自己处理器主要分Power系列和PowerPC系列处理器。而值得关注的是Power 6处理器的诞生更是把IBM Power系列处理器带上了一个新的高度，对于Power系列处理器多少带有的神秘感，位于高端应用的它是如何发展而来，对于每一个时代的产品又是怎么样的历程，我们逐一解答！

IBM Power处理器由来

第一代的IBM Power处理器早期的命名为“801”芯片，设计十分简单，但是由于指令必须在一个时钟周期完成，因此浮点运算和超量运算的能力较差，Power系列处理器就是为了着重解决这个问题，第一代的POWER 芯片就采用了100多条指令，使得801芯片的处理性能大幅提升，进而建立优秀的一个RISC体系结构。

IBM Power的发展历程(网络)

自从Power在1990年诞生之日起，Power架构处理器始终保持1-2年的领先性，而开放、可定制、端到端的双字节二进制兼容3个特征共同定义了IBM Power架构。从最新的Power系列产品Power 6处理器可以很好的答案，逐一回溯历史上的Power 1、Power 2、Power 3、Power 4，其实都是很好地诠释了上述字母所代表的含义。

“Unix市场的未来方向还是Power天下”这个所谓“定律”的含义，代表Power作为业界成熟稳健的技术架构，在多年的发展历程中已历经6代重大升级，现在新的Power6在系统效用、性能表现、灵活性和IT管理成本上的重大突破，成就了IBM在Unix领域的巨大优势地位。

IBM p系列的服务器

POWER1

POWER1系列处理器最早发布于1990年，最初是应用于一个主板上的几个芯片，每个芯片集成了800，000个晶体管，与其他RISC架构的处理器不同的是，POWER1进行了功能的划分，使得这款产品有了超量的计算能力。后来随着大规模集成技术的改进，POWER1系列处理器改进设计成为一个单一的RISC架构芯片，这个时期集成了 100多万个晶体管，使得整个芯片的功耗大幅降低、稳定性进一步加强。

POWER2

POWER2处理器发布于1993年，一直使用到1998年。在每个芯片中集成了1500万个晶体管。使得POWER2 芯片的性能比起POWER1有了质的飞跃。同时POWER2处理器中新加了第二个浮点处理单元(FPU)和更多缓存。PSSC超级芯片是POWER2这种8芯片体系结构的一种单片实现，使用这种芯片配置的一个32节点的 IBM 深蓝超级计算机在1997年击败了国际象棋冠军Garry Kasparov。

POWER3

继POWER2发布之后，每个芯片中同样集成了1500万个晶体管的POWER3于1998年问世。作为第一个采用64位对称多处理器(SMP)，POWER3 完全兼容原来的POWER指令集，也可以与PowerPC系列产品的指令集很好地兼容。

但POWER3 设计主要用来从事从太空探测到天气预报方面的科技计算应用，是由于它特有一个数据预取引擎，无阻塞的交叉数据缓存，双浮点执行单元等优良的设计。

POWER4

作为时隔三年后，于2001年发布的集成了1亿7400万个晶体管的POWER4处理器产品，创造了多个世界第一，目前市场上单个芯片功能最强大的处理器，同时也是世界第一个双核心的处理器。该产品除了将上一代的处理器的500MHz提升到1GHz以外，采用0.18微米的铜和 SoI(绝缘硅)技术，每个处理器都可以并行执行200条指令，主要应用于IBM p系列的服务器上。

而其改进版的POWER4+(也称为 POWER4-II)功能与之类似，该产品率先采用0.13微米工艺，晶体管集成度达到1.84亿和1.5MB的二级缓存，而每个处理器可以分享32MB的三级缓存。这些技术上的革新设计，使得POWER4系列处理器跃上服务器历史新舞台。

POWER5

POWER5 处理器（图片网络）

对于IBM来说，POWER5的发布是在整个系列产品中的一个重要的里程，代表着业界最先进的64位微处理器Power5终于面世，这款基于Power4及Power4+的设计，Power5增加了并发多线程能力（SMT），可以将一个处理器转变为两个处理器，从而允许一个芯片同时运行两个应用，新研发的POWER 5微处理器是一款新一代的64位多核多线程微处理器，它除了在性能方面得到明显提高外，在可扩展性、灵活性和可靠性方面也有所加强。

除此之外，由四个双核心Power5处理器采用的内建内存控制器的设计，寻址范围达到1024GB，性能上有着明显的优势。同时其i5系列服务器产品，由于该款产品的诞生，使得覆盖了从高、中、低端用户的eServer i5产品线得到全面完善。

POWER6

可以说POWER5由于很好地解决了自身的发热问题，使得应用范围可以延伸到从低端到高端的所有系列服务器当中，中小企业无疑将成为最大的受益者。IBM Power系列的产品也得到很好的推广，如果说POWER5的推出是技术和市场需求的结果，那POWER6的诞生，可以是看作IBM进一步巩固自己在RISC架构产品中的霸主地位。

IBM System p全球市场及战略副总裁Scott Handy展示POWER6芯片

07年5月24日，IBM在北京嘉里中心隆重举行了以“Power6大突破，创‘芯’世界”为主题的IBM Power6处理器发布会，宣布推出有史以来最快的微处理器，新推出的这款双核Power6处理器速度是上一代Power5处理器的2倍，达到4.7GHz核心频率，但是运行和散热方面所消耗的能耗是相同的。

与前两代产品一样， POWER6着重于系统架构事关重大的大系统环境。每个POWER6微处理器单元(MPU)作为2路单芯片多处理器(CMP)设计来实现，340平方毫米的一块芯片上集成了两个同步多线程处理器以及每个核心都有的专用二级高速缓存。

同时Power6处理器推出，打造了很多个业界的第一，在硬件上进行十进制数浮点计算的微处理器。另外，Power6处理器采用IBM 先进的65nm工艺技术构建，还采用了用于节省电力和降低处理器内部热量的技术，在IBM system p和i系列服务器中均采用Power6处理器。

Power处理器的未来

回顾IBM历史上的POWER3、POWER4等产品阶段性的诞生，推动了行业的发展，展望未来的POWER7，无不给用户信心保证。作为一家全球技术领先的公司，IBM对于Power架构研发有着持续巨大的投入，Power架构所采用的铜芯片、绝缘硅、多内核和并发多线程技术领先使得IBM Power处理器发挥更大优势。

另外，POWER架构处理器，作为IBM p系列的核心，有着业界最稳健的产品发展蓝图，为用户清晰的描绘未来发展方向，同时围绕IBM POWER架构的p系列平台，IBM运用其强大的开发和应用团体正进行最广泛的协作创新，致力于为客户提供最优秀的企业级解决方案。