硬科技:RISC諸神的黃昏系列 IBM古老RISC體系(二)

2022.06.07 12:20PM
照片中提到了IF、ID、EX MEM WB,包含了超標量處理器、超標量處理器、中央處理器、並行運算、電腦

某位前總統的曠世名言「1個便當吃不夠,你可以吃2個」,同樣的道理,也可以同樣套用在「處理器也可以1次執行1個以上的指令」。在1982年,IBM繼續以801為基礎的Cheetah (獵豹) 計畫,進行更多的修改,藉由實作多組執行單元,以確定RISC電腦能否在單一時脈週期內執行多道指令。

接著就是讓筆者畢生難忘的一頁,計量方法第二版第四章的引言,John Cocke在1985年將IBM第二代RISC架構命名為America (美國) 的靈感來源。

在1851年8月22日,日後一年一度的美洲盃帆船賽 ( America's Cup) 前身,美國與英國皇家遊艇中隊的15艘遊艇,在俱樂部每年在懷特島舉行的 53海浬 (98公里) 帆船賽中展開角逐。最終美國獲勝,領先最接近的對手8分鐘,曾出現過的知名對話:「誰是第一名?」「美國。」。在終點線旁觀戰的維多利亞女王,詢問誰是第二名,答案則是「陛下,沒有第二名。」。

照片中提到了4.1、Instruction-Level Parallelism: Concepts and Challenges、4.2,包含了書、產品設計、設計、字形、書

如果你還能夠記得這段故事,代表你一定是有點年歲的中年以上資訊科班背景科科了,而且還是特別用功的那種。

在1985年,IBM Thomas J. Watson 研究中心開始研究第二代RISC架構,催生了America計畫,計算機工業史上第一款超純量架構的微處理器,分別由3顆晶片所組成:擷取並解碼指令單元、整數運算器、與浮點運算器。

接著在1986年,IBM在德州Austin開始開發基於America架構的RS/6000 (RISC System 6000) 系列計算機,其心臟Power1成為第一個使用第一個 Power (Performance Optimization With Enhanced RISC) 指令集架構的處理器,發表於1990年2月。以25MHz時脈運行的RS/6000是當時效能最好的電腦之一,並優於同期的IBM大型主機。

照片中包含了IBM RISC、IBM公司、精簡指令集計算機、IBM RS/6000、IBM RT 電腦

▲IBM RS/6000 於 1990 年發布。它是第一台採用 IBM POWER 架構的機器。多年來,RS/6000 經歷了數次更名,包括IBM eServer pSeries、 IBM System p和IBM Power Systems。

相信各位科科馬上就會聯想到即將誕生的PowerPC,與AIM (Apple IBM Motorola) 聯盟的成立。PowerPC說穿了就是融合IBM RT/PC (將IBM 801推進工作站市場的失敗嘗試)、Power1、Power2與Morotola M88x00系列的成果。

但PowerPC並非IBM首度推動RISC架構普及化的嘗試。IBM在1977年春末展開IBM 801衍生產品ROMP處理器的研發,作為在1986年推出的IBM RT/PC工作站的處理器而商品化。很不幸的,潛在客戶大概是被命名中的 “PC” 誤導,被許多人誤認為這屬於IBM個人電腦產品線,讓平均售價高達兩萬美元的RT/PC變得很難賣。

IBM RT/PC就算作為貨真價實的工作站,競爭力也不如Apollo Computer Domain Series 3000、DEC MicroVAX II和Sun Microsystems Sun-3。對IBM來說U也許,RT/PC最重大的貢獻在於「這是第一台對應自家Unix作業系統AIX」的RISC硬體平台。

照片中包含了IBM 801、IBM公司、IBM RT 電腦、電腦、個人電腦

▲RISC技術個人計算機 (RT PC) 於1986年推出,採用32位元RISC架構。

回過頭來,促成AIM聯盟與PowerPC的關鍵因素,主要有以下四點:

  • 對抗微軟與Intel在個人計算領域日益增長的主導地位。時下大多數電腦系統廠商的主流電腦幾乎都是386或486處理器,況且Intel也正在順利開發首款超純量x86處理器Pentium。

  • IBM意識到可將其RISC架構推廣到整個計算機工業的每個角落,不限於高階伺服器與工作站。

  • 那時候的Apple採用Motorola的68000系列CISC處理器,但當遭遇68040的進度落後時,Apple意識到仰賴單一處理器供應商的侷限性與高風險。為此,Apple內部進行了名為Aquarius的實驗性「四核心」處理器研究案 (你眼睛絕對沒看錯,Apple很早就有自己關起門搞自家處理器的前科紀錄),得到未來應轉向RISC結論,所以當Apple表達對DEC Alpha頗具興趣卻被打槍後,IBM就接洽Apple,合作開發Power架構的單晶片處理器產品線。

  • 有鑑於Apple與Motorola的長期合作關係,以及Motorola在製造大批量處理器的經驗遠勝過IBM,加上Apple需要第二個處理器供應商,就把Motorola拉進來「送作堆」。這對正在自家RISC處理器M88x00上陷入苦戰的Motorola,與IBM的合作簡直是從天下掉下來的禮物,不僅可經由分享IBM長期在RISC架構累積的豐富經驗,用更少的研發經費就能研製並銷售經過廣泛測試且功能強大的RISC處理器,並依舊保有Apple這個大客戶。對於IBM,較小、較低階的產品更可交由Motorola負責,不必通通自己製造。

但回過頭來,PowerPC這個「分支」也意謂著IBM RISC指令集版本的分裂。更麻煩的是,早在RS/6000之前,IBM還有一個叫做AS/400的產品線,IBM為了將其轉移到RISC架構,又變出了代號Amazon的PowerPC-AS指令集與RS64處理器系列。各位科科又將親眼目睹著家大業大的IBM,其累積幾十年來的產品線複雜度究竟有多麼的誇張。

話說回來,這些高階伺服器的根本價值,究竟在哪裡?說穿了就是「可靠度」。各位科科看了下面的圖,絕對會很有感。

照片中提到了Unplanned Downtime by Server Hardware Platform、Per Minute/Per Server in 2020、Unplanned Downtime Due to Inherent system or component,包含了角度、服務器、聯想、IBM公司、電腦硬件

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