怪兽级处理器 12核心96线程 IBM power 8浅析

　　相信英特尔最近发布的lvy Bridge-E Core i7 4960X 6核心12线程消费级处理器，已让不少还停留在双核四线程或四核八线程的普通消费者震撼不已。一些媒体甚至为Core i7 4960X贴上了“地球最强处理器”的标签。实际上，从整个处理器产品层面来看，这样的规格其实并不惊人8核16线程、12核24线程等处理器早已在面向商用、科学的专业领域得到应用。而最近蓝色巨人IBM更推出了一款拥有12核心96线程规格的怪兽级处理器Power 8。那么这样的产品将拥有怎样的性能？它是如何实现这一惊人规格的呢？

　　其实在专业级处理器领域，IBM-直是技术规格的领头羊。早在201 0年，IBM就推出了一款8核心32线程产品-Power 7系列处理器。这款处理器的规格即使在今天看起来也非常震撼，除了32线程并行执行能力，它采用了45nm工艺制造，拥有高达4.-IGHz的工作频率，核心面积约为567mm2。由于技术规格、性能强劲，在随后长达三年的时间里，IBM都没有大幅度更新Power系列产品线，只是将工艺升级至32nm，提升了频率并发布了部分新的型号。相比之下，英特尔的产品已经更换了多代，制程也一踣飙升至22nm。在这种情况下，IBM如果再不推出全新的Power系列处理器的话，就很可能在市场竞争中处于不利的地位。好在IBM终于完成了庞大而复杂的Power8处理器的开发，并在201 3年8月的Hotchip会议上揭开了这款怪兽级产品的神秘面纱。

　　22nm SOI工艺打造

　　对于面向服务器和企业级市场的产品来说，价格永远不是最大的问题，很多企业只需要顶级的技术和顶级的产品。在普通玩家惊叹于一款28nm的GPU面积在500mm2的时1|吴，IBM的Power 8处理器在使用22nm SOI技术的情况下，依1日达到了650m m2的庞大体积，可想而知这颗处理器拥有多么庞大的规格、多么惊人的潜力。保守估计IBM的Power 8处理器晶体管数量在120乙～140乙左右，已经远远超过了全球人口总数量。 从工艺角度来看，目前坚持使用SOI技术的只剩下寥寥几家，之前SOI技术的坚定支持者AM D在剥离了工厂后，也渐渐转向了传统的工艺技术。但这并不意味着SOI技术不好，而是其开发难度太高、技术要求也很复杂。而一旦SOI工艺成熟，相比传统的体硅工艺，SOI工艺在应用上就存在非常明显的优势：比如同等功耗下SOI产品频率更高．同等数量下SOI产品面积更小、SOI漏电率更低、寄生电容更小等。IBM作为SOI工艺的坚定支持者，在45nm SOI和32nm SOI技术后，又成功研发了22nm SOI技术并将其用于Power 8这样庞大的芯片生产，可见IBM对新工艺的掌握已经非常成熟了。单纯从技术角度来看，IBM在22nm SOI芯片的生产上同时使用了High-K 金属栅极和SOI技术，被称为最 先进的22nm制程也不为过。

　　最大支持96线程并行工作

　　感叹完工艺和制程后，再来看 看核心参数。Power 8在核心设计 上采用了全新的12核心设计，每颗 核心支持8路SMT。SMT即英文同 步多线程的缩写，是指在处理器的 一个时钟周期内可以执行多个线程 指令的硬件多线程技术。SMT技术 要求CPU内部有充裕的资源来应 付多个线程的需要，并且还需要有 极为先进的线程调配和中断机制， 否则SMT不但不会给CPUlt能带 来增益，反而会影响单线程的性 能。目前比较常见的SMT技术就是 英特尔的超线程技术，不过英特尔 的超线程技术实际效果有限，一次 只能执行两个线程。而Power 8每 个核心可以同时运行8个线程，一共 可支持多达96个线程并行运算。

　　同时，为了更好地调整这些线 程的工作情况，l B M设计了智能线 程技术，通过智能分配、动态负载 来保证在不同的工作中有合适的线 程调配工作。智能线程技术既能通 过系统自动操作，也能通过服务器 手动调配，工作模式灵活多样，避 免了过去在多线程模式下导致数据 库等应用性能下降的情况出现。

　　运算性能可能达到600GFLOPS

　　那么，1 2核心96线程的配置将给处理器带来怎样的运算性能呢？稍显遗憾的是，目前IBM并没有给出具体的参数，不过我们可以通过Power 7的情况来进行合理推测。以双精度计算能力来看的话，Power 7最高型号的单核心性能大约是33GFlops，8个核心差不多有大约260GFLops。而根据IBM的资料显示，Power 8单核心性能相比Power 7进步了大约60%，单核心应该有50GFlops左右的运算能力，因此12核心的Power 8大概会达到600GFlops。

　　相比之下，英特尔8核心服务器级处理器至强E5-2687W的计算能力在200G Flops以内，即便是采用1 2核心24线程设计的至强E5-2697 V2处理器，其运算能力也不会超过300G Flops。此外，Power 8的问世也将大幅缩小CPU与GPU在并行运算能力上的差距。一台配备两颗Power8处理器的服务器平台差不多就能赶上NVIDIA GeForce GTXTitan(1.3TFlops)在双精度计算上的能力，同时对程序和并行化的要求也没有显卡那么严格、困难。总之，Power 8展示出了目前最强悍的服务器级CPU性能。

　　频率高达4GHz

　　处理器的主频方面，Power 8的处理器主频目前被设定在最高4GHz在右，不排除未来l B M会推出更高频率的Power 8处理器。功耗控制上，Power 8处理器和英特尔最新的Haswell处理器一样集成了内部VRM电压调整模块，在功耗控制方面也有比较明显的优势。目前尚没有具体数据说明Power 8功耗情况，据信至少和Power 7-样，甚至更好。同时IBM在Power8上还引入了智能核心、智能功耗和智能内存技术，解决了困扰当今PC许久的运行效率与功耗等至关重要的问题。

　　缓存容量、带宽大幅提升

　　在缓存设计方面，Power 8处理器的L1和L2缓存被设计在CPU内部。其中每颗核心拥有512KBL2缓存，96KB L1缓存（包含了64KB数据缓存和32KB指令追踪缓存）。L3缓存则采用了eDRAM设计，共计96MB。L1、L2和L3三级缓存是直接和CPU核心集成在一起的。除此之外，IBM还设计了由eDRAM组成、集成在外部Centaur芯片里的L4缓存，总容量高达128MB。根据IBM的资料，Power 8大幅度加强了非CPU核心部分的性能和功能设计，Power8的缓存带宽也进一步获得提升。在内核间的数据传输上，12核心的POVVER 8处理器L2缓存总计带宽高达4TB/s，L3缓存总计带宽达到3TB/s。

　　8通道内存设计

　　另外还有一点值得一提，那就是设计在Power 8 CPU核心的左右两侧的内存控制器。和传统产品不同的是，Power 8并非直接将内存控制器设计在CPU核心中，而是采用了8颗名为Centaur的外部芯片。每一颗Centau r芯片里集成一个内存控制、调度单元和-16MB L4缓存，此外还有专门连接到Power 8核心的总线。简单来说，Power 8的每一颗Centaur芯片就相当于传统x86 CPU上带了缓存的内存控制器。8颗Centaur芯片的设计意味着处理器支持8通道内存和32个内存接口，其内存总带宽达到230G B/s。容量方面，如果每个内存接口都使用一根32GB服务器内存的话，那么单颗Power8处理器可以使用的内存容量会高达1TB。如果在多路服务器中，比如在Power 795服务器上，可以通过采用32颖Power 8的方式，升级到最高32TB DDR3内存，并提供384个内核和3072个并行运行线程的强大性能。

　　其他方面，Power 8还整合了PCI-E 3.0总线控制器，可以提供高达48G B/s的带宽，比Power 7和Power 7所能提供的20GB/s带宽要高出不少。据悉NVIDIA正在为Power 8处理器开发全新的外部图形处理器，泰安等服务器厂商也表示支持Power 8处理器，并将推出相关产品。

　　专为高性能计算领域打造

　　那么，这样强大的Power8处理器将应用在哪些领域呢？可以在我们日常的Windows电脑上使用吗？答案是：当然不行。作为经典的RISC高性能处理器，Power系列处理器往往运行在IBM UNIX平台上。使用Power处理器的行业集中在超大规模数据分析、数据计算、HPC、云计算、科学计算、金融计算以及能源计算等对运算能力有巨大需求的专业用户上。显然，性能大幅提升的Power 8处理器不仅可以改善这些用户的工作效率，也能让IBM能够继续在高端计算平台引领风骚，不惧英特尔在高性能计算领域的挑战。