服务器处理器Power6的每瓦特性能表现分析

    ZDNetChina服务器站9月5日 服务器组件/芯片分析  IBM在Power4、Power5及Power6系列服务器的热能设计功耗上非常精明。Power6服务器毫无疑问是每瓦特性能表现的头牌，因为这是一个销售员站在数据中心大门口所要带的东西。

数据中心的能耗烦恼

    实际上，世界上最大的数据中心，特别是那些位于美国东海岸和西海岸或者世界范围内那些类似的受它们各自的输电网制约的高度城市化地区正面临两个问题。第一个问题是它们的数据中心正在耗尽电力和散热能力，以保证服务器及相关数据存储系统的运行。第二个问题是电力公司事实上正在告诉企业他们不得不对用电量作封顶限制，这个问题深刻地影响着绝大多数沿海地区，但这也可能由于用电量的增加而扩展到电网上的任何地方。

    乡村地区也好，近郊地区也好，都跟城市地区一样，AS/400服务器、iSeries系列服务器和System i这些服务器平台已倾向于被中小公司所使用，因此那些大的数百万美元的数据中心通常都不配置这些服务器平台了，这一事实导致了每个公司必须去考虑电力及散热的问题。且不论你如何去考虑全球变暖及天气变化问题，综合考虑日益增长的能源价格以及能源政策带来的各方面影响，我们都能达成共识：每个不是一定要消耗的瓦特就不该被消耗掉。

    i5/OS和OS/400的商家非常幸运，IBM一直沿着摩尔定律曲线，在自己的服务器上提供更加强大的处理器，为处理器整合了那些原本在系统中位于外部芯片和外设卡上的更多功能，并开创性地在系统当中加入虚拟化特征，从而更有效率地组成及合并这些数据中心和数据存储库中的物理空间。

    IBM在Power4、Power5及Power6系列服务器的热能设计功耗上非常精明，在2001年10月Power4服务器处理器推出之前，IBM从不谈论它的AS/400 CISC服务器处理器或者AS/400服务器产品线当中使用的Power服务器处理器的耗电和散热等级。但是随着7月份基于Power6服务器处理器的System i 570的发行，IBM确实对新推出的Power6服务器处理器的中央电子机柜（CEC）在功耗方面相比较之前系列产品作了引导。

每瓦性能：历代Power服务器处理器表现

    特别要提到，新的Power系统部门产品经理Craig Johnson表示，1个四核、使用4.7 GHz Power6服务器处理器的System p6 570 CEC消耗1400千瓦时的电。此电能消耗——除了极小部分能量被转化成存入硬盘中的存储信息，其余全变成了散热、或造成部件的损耗或变成噪音——这还仅仅是CEC本身的，并不包括系统中使用的内存、磁盘以及其他外围设备的功耗。4核且基于Power6服务器处理器的1400千瓦时的功耗等级只是比4核且使用1.9GHz Power5服务器处理器的System i5 570服务器的1300千瓦时多了一点点。然而，在每瓦特CPW（商业处理负载）的理论上，基于Power6处理器的服务器比Power5服务器在功耗效率上多出了67％。这是一个很大的提升，同时也大体上符合摩尔定律。

    IBM同样提供了一份和之前的配置了16个运行于1.3GHz的IBM Power4服务器处理器的i Series Model 870的比较，其基本CEC的功耗是6000千瓦时。1个4核且基于Power6服务器处理器的System i 570服务器的处理能力相同，却在CEC的层面上只消耗了不到基于Power4服务器的1/4能量。

    虽然技术发展总是一件好事情，但这些比较并没有考虑到这样的事实：内存正变得更快、更热且磁盘正越转越快且产生更多的热量。此外，也忽略了一些在芯片层面上IBM对Power4+和Power5+服务器处理器在每瓦特性能表现上作出的充分提升。热能设计功耗等级并不是由行业来规定，因此很难从芯片的代数和结构上作出比较，因为不同的元件是被集成在每一个独特设计中的。例如，英特尔并不将内存控制器集成在它的x6处理器上，但AMD公司却这样集成的，而IBM追溯到2001年时的Power4服务器处理器时代就已经这么做了。所以，当英特尔表示，它可以做一个80瓦热能设计功耗的标准双核或四核至强服务器处理器，你必须记住，加上内存控制器至少20瓦，来和标准皓龙服务器处理器或者任何IBM的Power4、Power5、Power6服务器处理器的95瓦热能设计功耗作比较。

    最初的Power4服务器处理器，分别运行于1.1GHz和1.3GHz，产生115瓦和125瓦的热能设计功耗。这些是温度很高的处理器，即使它们当时的表现令人印象深刻——至少是其他服务器处理器厂商所能提供的性能的两倍，由于它是世界上首个双核服务器处理器——这样的高热解释了为何IBM没有将其放到刀片服务器或者System i服务器的低端。Power4服务器处理器贯彻了180纳米的芯片制造工艺，就晶体管大小上来说在当时并不算前卫。

    在Power4+这一代的服务器处理器上，IBM保持了基本相同的设计，增加了1千万个晶体管，总数到达1.84亿个，增加了二级缓存，微调了一下处理器的微架构。IBM可以这样做，是因为它采用了130纳米工艺，使得在一些高端服务器上可以将处理器主频提高到1.9GHz。据估计，热能设计功耗却下降到了70瓦上下。对于Power5服务器处理器的设计，IBM增加晶体管总数到2.76亿个，增加了更多的2级缓存（双核共享1.9MB缓存）并且芯片运行于1.6GHz或者1.9GHz。高端部分估计有80瓦的热能设计功耗，这对于一个具有整合内存控制器和很多其他特点的双核芯片来说是非常值得肯定的。

    对于Power5+服务器处理器，IBM基本上保持了芯片的相同并且转用90纳米芯片制造工艺，这使得芯片的体积缩小了40％，将主频提高到2.2GHz，并保证热能设计功耗下降到约70瓦左右。如果我所见到的估计是准确的，那这真是太令人印象深刻了，同时IBM却没有就此进行宣传，这很让人惊讶。

每瓦性能表现：Power服务器处理器PK安腾

    而对于Power6服务器处理器，IBM把热能警告彻底扔掉了，同时通过增加主频的方式来寻找提高运行表现的方法。当然，这和英特尔以及AMD的64位处理器是背道而驰的，它们每一代都降低一点处理器的主频，而随着每次的芯片制造工艺提升而成倍地提高处理器内核数。再说，IBM在多窗口单线程应用的性能上比英特尔及AMD考虑得更多，所以这也是合乎情理的。

    无论如何，Power6服务器处理器运行于4.7GHz的同时大约只有100瓦的热能设计功耗，但考虑到它的主频是Power5+服务器处理器的两倍，7.5亿的晶体管总数，这看上去是相当合理的。相比之下，热能设计功耗为104瓦的英特尔双核Montecito 安腾9000系列服务器处理器运行于1.6GHz，处理能力大约相当于Power6服务器处理器的一半，并且这不包括内存控制器。不过，由于没有集成内存控制器，安腾9000系列服务器处理器需要更大的缓存，该服务器处理器包括了两个12MB的三级缓存，每个内核各一个。

    由于Rochester实验室1995年的"Muskie" PowerPC AS设计，从Power芯片扩展到64位起就产生了这么一个情形，Power设计无论从功耗效率还是从性能上都战胜了英特尔所能提供的。但事实仍然是相对于英特尔的安腾处理器和多路至强处理器，IBM每年在它的商业服务器中销售较少的Power服务器处理器——基于这一点，安腾处理器的出货量甚至可以与Power的出货量打个平手。我认为，System i服务器应该定位于低能耗路线，采用低功耗内存、使用电能少得多的小体积SAS硬盘甚至是用电非常少的固态硬盘。Power6服务器毫无疑问是每瓦特性能表现的头牌，因为这是一个销售员站在数据中心大门口所要带的东西。