硬科技:HotChips 32的新牙膏 IBM Power10與z15篇

2020.09.23 12:01PM
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照片中包含了power10 ibm、熱芯片、電源10、IBM公司、中央處理器

說今日絕大多數的電腦技術,都源自於「藍色巨人」IBM的產品,一點都不誇張。身為高階伺服器的絕對王者(x86伺服器脫手給聯想後,也只剩下高階伺服器了),IBM的2條高階伺服器處理器產品線,想必老一輩的IT人都不會感到陌生,但在此筆者還是替各位科科稍微複習一下IBM的豐功偉業。

堪稱近代電腦技術發展的縮影的CISC(複雜指令集電腦)z系列:起源於1964年那個號稱「人類歷史上最大規模的商用產品開發計畫」IBM S/360大型主機(Mainframe),其徒子徒孫也創造了無數的「第一次」:

  • 相同指令集架構的電腦可彼此軟體相容,「計算機結構」一詞由此而生。
  • 微碼(Microcode)控制單元,CISC化的複雜指令集也開始蓬勃發展。
  • 軟碟機。
  • 系統虛擬化。
  • 快取記憶體(1969年的S/360 Model 85)。
  • 1 Byte(位元組)= 8 Bits(位元)的工業標準。
  • 虛擬記憶體。
  • 作為當代高效能處理器指標的非循序指令執行及預測執行能力(1966年的S/360 Model 91)。

什麼是「大型主機」?

順便一提,1960年的50億美元相當於今日的430億美元,各位科科可以想像今天還有哪間商業公司,願意付出這麼恐怖的產品開發經費嗎?

照片中提到了IBM、SYSTEM 60、EEL,包含了ibm系統360模型20、IBM System / 360、IBM System / 360模型20、IBM公司、電腦

穩坐高階RISC處理器之王(精簡指令集電腦)的Power系列:源自於在1974年啟動的IBM 801迷你電腦計畫,再經過1982年的Cheetah和1985年的America,在1990年集大成Power(Performance Optimization With Enhanced RISC)。

在2001年上市的Power4處理器,不僅是人類歷史上首顆原生雙核心泛用處理器,更具歷史意義的是:Power4相容IBM所有當時的商用RISC指令集(PowerPC、RS/6000和AS/400),也奠定Power無可撼動的王者地位,然後昔日的RISC老對手們(MIPS、SPARC、PA-RISC、Alpha)一個個淡出市場,還得順便算入Intel壯志未酬的Itanium。

照片中提到了劉 0,包含了市區、中央處理器、操作系統、多核處理器、微軟Windows

時下這兩者的共同點只有1個:產品世代之間相隔越拉越長,儘管IBM以Power6和z10(原先稱為z6)為起點,設法統一兩邊的設計,以節約研發開銷,但還是躲不過摩爾第二定律的詛咒。

照片中提到了IEM、Relationship to Power6、Siblings, not identical twins,包含了點、解耦架構、多線程、電腦、微架構

IBM’s POWER10 Processor

IBM Power 9處理器解析 地球上最強大泛用處理器

和Intel攜手從2017年一起擠牙膏的IBM,連擠3年Power9,走了三代產品(Scale-Out,Scale-Up,Advanced I/O),終於要輪到全新的Power10了。這次各位科科可以猜猜看,從Power10到Power11,中間又會相隔多少年。

照片中提到了Proposed POWER Processor Technology and I/O Roadmap、IBM、Power Systems,包含了圖、熱芯片、IBM公司、電源9、IBM POWER微處理器

像Power10這種一般人高不可攀的頂級處理器,有太多技術特性都遠離科科太遙遠,所以筆者僅列出其技術重點。

  • 三星7nm製程。
  • 單核心效能比Power9提高30%,單執行緒多出20%,能耗比2.6倍。因核心數量較多,所以比較單晶片就變成整整3倍。
  • 單晶片包含16個SMT8或32個SMT4核心。為了考慮生產良率,單晶粒實際開啟15個SMT8和30個SMT4。
  • 有雙晶片封裝版本,單一處理器腳座最多30個SMT8或60個SMT4,240執行緒。
  • 有領先Intel AMD甚多的PCIe Gen5。
  • 最新的Power指令集3.1版著重在人工智慧應用,支援各類資料格式(BF16,FP16,INT8,INT4),號稱比Power9提昇20倍。

照片中提到了POWER10 Processor Chip、QIO PowerAXON、Technology and Packaging:,包含了IBM Power10、熱芯片、電源10、IBM公司、中央處理器

Power10有個蠻酷的新功能:記憶體叢集,讓位處同個叢集環境內的Power10系統,可彼此分享記憶體容量,並根據延遲容忍度與所需容量,進行最佳化的配置策略。如此高檔的功能,也只有IBM這種軟硬兼備垂直整合的廠商才玩的起。咦,怎麼有間水果公司好像也有機會?

照片中提到了Memory Clustering: Distributed Memory Disaggregation and Sharing、Use case: Share load/store memory amongst、directly connected neighbors within Pod,包含了IBM Power10、熱芯片、電源10、IBM公司、中央處理器

The 5.2GHz IBM z15 Processor

同為藍色巨人IBM的子弟兵,相較於RISC的Power體系,追求極致可靠性的CISC的z系列大型主機(Mainframe),繼續停在14nm製程也看似合情合理,就比較不會給人那種「擠牙膏」的感覺。

照片中提到了Central Processor Chip Overview、MCU、MC Rec,包含了ibm z15 edram、IBM z15、內存、中央處理器、IBM POWER微處理器

更重要的是,z15早在去年就商品化,說IBM在HotChips擠牙膏,好像也不太公平,還不如說比較像「大型主機的先知者,宣揚計算機工業之神的旨意,讓眾人提香膜拜」。但在此之前,早就更多幾10年來長期被IBM大型主機綁死的金融保險客戶,捧著一把把白花花的鈔票迎入這尊大神,只為了保障作為公司命脈的核心帳務系統,永遠的”Zero Downtime”。

照片中提到了IBM Z、IBM.、IBM Z - Processor Roadmap,包含了大型機z15、IBM z15、大型機、IBM公司、IBM Z

先將大型主機的系統架構層面束之高閣,z15基本上是z14的強化版,筆者不認為有太多值得細談之處,大型主機那個幾乎保證永不停機的相關技術,累積半個多世紀,也不是一篇區區短文即可說清楚講明白(遠比Power10還要複雜許多),有請各位科科自行領會。

照片中提到了IBM Z、IBM.、z15 Processor Design Summary,包含了媒體、大型機、IBM z15、IBM公司、中央處理器

不過IBM去年已經宣佈,z15的下一代確定將採用三星7nm(或更先進)的製程,也許到時候才有大書特書的必要吧。科科。

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