Power之父解读芯片技术蓝图

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对于本已狼烟四起的高端服务器市场来说，IBM power 6芯片的推出，给这一市场又注入了新元素，尽管它的问世较原计划晚了近一年。

当IBM退出桌面PC、笔记本PC，甚至Apple电脑，Intel接过了全球芯片产业的号角。人们开始淡忘蓝色巨人的传奇时代，开始习惯真假双核、真假64位的口水之争，也开始相信双核CPU是今天的流行、多核则是明天的时尚。

芯片产业真会如此发展吗？也许。但IBM新推出的Power 6芯片向世人证明：CPU的明天可能是另一种样子。Power 6的第二天，笔者在IBM举办的iWord论坛十周年庆典上采访了经典AS/400之父、主导Power架构设计的IBM System i首席科学家Frank Soltis博士。

摩尔定律仍将主导芯片发展

“Intel和AMD都已经推出了成熟的双核处理器，但用户电脑上95%的应用程序都没办法使用到双核。相反，用户发现在这些低频的双核电脑上，很多应用都变慢了。”如果将这些应用重新设计，以适应双核处理器的运算，博士估计需要5～10年。他表示，芯片供应商不应该使处理器的速度降下来，不应该让用户的应用慢下来。为此，IBM针对商业用户推出了最新的Power 6产品。

Frank解释说，采用IBM 65纳米生产工艺、10层金属片制成的Power6双核处理器可以轻松达到4.7G主频，是其上一代Power 5+处理器（最高2.3G）的两倍。Power 6内部包含了7.9亿个晶体管，但运行和散热所消耗的电能与Power 5+基本持平。

Intel创始人Gordon Moore曾经指出，单个芯片上集成的晶体管数量每隔18个月就能提高一倍（核心主频也将成倍增长），但随着芯片数量上亿之后，功耗和发热量过大的问题最终促使了摩尔定律之死。

那么，摩尔定律会在IBM手中复活并延续吗？

“其实，随着生产工艺的不断进步，晶体管数量和核心主频的成倍增长在实验室很容易达到。IBM通过绝缘硅（SOI）技术，和芯片内指令执行的全新改进方法有效控制了功耗和散热，所以摩尔定律仍将主导未来芯片产业发展。”Frank告诉记者，提高处理器主频仍是提高计算机性能最直接、最有效的办法。

据记者了解，10年之前IBM就针对Power芯片的散热问题开始研发铜技术、绝缘硅技术、应变硅技术和Low-k材料技术，同时Frank博士主导的明尼苏达实验室还在低电压下提高芯片性能、晶体管时钟频率动态可调或关闭等技术领域取得了突破性成果。

除了提高晶体管数量和主频，Power 6还延续了IBM优秀的Power架构，并做了很多优化和革新，譬如扩大到8MB二级缓存和32MB三级缓存，传输带宽更是达到创纪录的300Gb/s。

Power 7瞄准

服务器通用时代

虽然Frank博士花10年时间参与并主导了Power架构芯片的设计，但今天他仍对Power 6芯片的成绩不甚满意，所以他把更多的希望寄托在明后年的Power 7芯片之上。

“我在实验室里已经研制出了主频高达7G的处理器，但并不是所有的用户都追求高速度和高性能。现在很多企业既有UNIX系统，也有Linux系统，同时还希望使用Windows系统。那么，可不可以使这些系统共享平台和信息？”Frank博士认为，完美的处理器应该是支持所有操作系统和软件应用的。

听上去，这种“技术共享”即使在IBM系统科技事业部内也是困难重重，因为以前IBM的服务器包括4个不同的系列，分别是S390主机系列、AS/400系列、RS/6000系列和Netfinity系列。

经过Frank博士带领的明尼苏达实验室10年的努力，IBM在Power 5时期最终完全统一了i系列和p系列的硬件平台。“我们希望Power 6能够统一z系列和x系列，甚至于刀片服务器，但z系列大型主机的用户需求目前不在于此，所以只能等Power 7来统一服务器市场了。”Frank博士透露，今年下半年基于Power6芯片的i系列高端产品将面世，2008年刀片服务器也将统一到Power架构体系中来。

在统一IBM内部服务器架构的同时，IBM正在与AMD联手打造一种通用的处理器接口托盘标准，让企业用户能够像个人攒PC一样更换不同品牌和架构的处理器。另外IBM也在与微软沟通，希望Windows Server系统也能够支持Power 7芯片的架构和内部指令。

“未来的IBM服务器可能只有一种。”随着技术上的相似之处越来越多，硬件体系结构、操作系统和中间件日趋统一，这种发展势头的结局很可能将IBM的“一个服务器家族”改变成“一种服务器产品”。当然，这个“服务器”是可以按照用户的需求进行组件选配的，可大可小、可高可低，能够满足各类用户的不同需求。

Frank博士说：“当然，我只是从技术发展的趋势得出了这样的结论，最终的结局不是IBM的某个人说了算，而是由市场来决定。虽然从一个技术研究者的角度，我很希望看到这一天的到来。”

Power架构涉足多领域

其实在服务器领域之外，Power架构芯片还扮演了很多核心角色，而且随着Power家族的不断壮大，更多领域、更多用户将使用到Power芯片的高性能和低功耗产品。

“全球最新的家用游戏机都在用IBM的Power芯片，譬如微软的xbox360、索尼的PS3、任天堂的Wii等使用的CPU芯片，都是在IBM明尼苏达实验室开发的。”Frank自豪地说。

在Power 6的白皮书中记者看到，IBM增加了更多能够加速多媒体任务的AltiVec指令集（类似于Intel的SSE和AMD的3DNow！指令集）。Frank博士认为Power架构芯片的应用不会仅限于服务器和游戏机，他说：“通过对多个数据元素执行同一条指令，AltiVec能够提高处理器的数据处理效率，这将有助于桌面PC执行音频和视频任务，而服务器在运行基因数据处理等高性能计算任务上的效率也会提高。”

另外，IBM第一次在Power 6处理器芯片中加入了十进制浮点运算的硬件模块，而Intel和AMD涉及十进制数和浮点十进制的计算都是由软件完成的。Power6的必将影响到竞争对手的芯片设计方向。

“硬件模块方案不仅解决了转换产生的计算精度问题，十进制运算的速度也提升了2至7倍。”据Frank博士透露，商业数据库中存储的大部分数字信息都是十进制的，而Power芯片内置的十进制浮点运算能力能够为企业运行复杂的税收、金融和ERP程序带来巨大的优势。

从1990年IBM推出基于RISC系统、运行AIX V3的新产品线RS/6000（该系统架构后来被称为Power架构）以来，Power芯片经历了6代革新，它也推动着全球芯片产业向多领域应用方向大脚步迈进。同时，Power架构也在不断更新和完善。

“高性能、低功耗、统一架构、多领域应用等都将成为未来芯片产业的发展趋势，Power芯片家族将越来越广，摩托罗拉、苹果、索尼和AMD都是我们的合作伙伴，开放将促使芯片业走向新的繁荣。”Frank博士告诉记者。

AltiVec指令集、十进制浮点运算、高主频、低功耗、低散热，新的Power6令人不由得刮目相看，包括消费电子、通讯、网络、工业控制、汽车电子、医疗设施等在内的诸多领域都被认为是Power架构芯片的主力战场。不过，其他竞争对手会甘心吗？（康翔）