解析IBM Power系列服务器处理器

　　ZDNetChina服务器站 2月26日服务器芯片/组件应用  大家知道，自从20世纪70年代RISC (Reduced Instruction Set Computing，精简指令集计算)技术推出以来，高性能微处理器设计的中心从半导体厂商转向了系统厂商。

    由于其优化的指令系统带来的运算速度的提高等优势，使得RISC技术在80年代后期，逐渐在高端服务器和工作站领域中取代了CISC (Complex Instruction Set Computing，复杂指令集计算)成为主流的微处理器设计架构之一(见下表)。

    随着RISC架构的提出，各个具备一定技术实力的厂家开始在这个架构的基础上研发出自己的处理器，经过近二十年的发展，生产芯片的厂家经历了各种分分合合，到目前为止，我们见到的主流RISC芯片主要有PowerPC、SPARC、PA-RISC、MIPS等，这些芯片分别由重要的服务器厂商用来作为其高端服务器产品和工作站的核心。几乎无一例外地，各种大型计算机和超级服务器都采用RISC架构的处理器，RISC处理器已经逐渐成为高性能计算机的代名词，这也就是我们平时所指的Unix服务器阵营。

　　本文主要介绍服务器CPU之一 ——IBM的Power系列CPU。

　　IBM，即国际商业机器公司，1914年创建于美国，是世界上最大的信息工业跨国公司，目前拥有全球雇员20多万人，业务遍及150多个国家和地区。

　　IBM拥有综合先进技术与结构的全系列产品，包括新一代基于CMOS的并行企业服务器、首次采用64位RISC技术的AS/400高级系列、基于高性能PowerPC604微处理器的新RS/6000系列以及广泛的软件和网络产品等。在复杂的网络管理、系统管理、密集型事务处理、庞大数据库、强大的可伸缩服务器、系统集成等方面，IBM具有强大的优势。

　　PowerPC 中的 PC 代表 performance computing。PowerPC 源自于 POWER 体系结构，在 1993 年首次引入。与IBM 801 类似，PowerPC 从一开始设计就是要在各种计算机上运行:从靠电池驱动的手持设备到超级计算机和大型机。

　　20世纪90年代，IBM、Apple和Motorola共同开发了PowerPC，这款RISC架构的芯片的主要特点是可伸缩性好、方便灵活。第一代PowerPC代号为601，采用了0.6微米的生产工艺，晶体管的集成度接近300万个。1998年，铜芯片问世，开创了一个新的历史纪元。2000年，IBM开始大批推出采用铜芯片的产品，如RS/6000的X80系列服务器产品等。铜技术的诞生使CPU的生产工艺达到了0.2微米的水平，单芯片集成度达到2亿，大大提高了服务器产品的运算性能。

　　PowerPC 600 系列

　　PowerPC 601 是第一代 PowerPC 系列中的第一个芯片。它是 POWER 和 PowerPC 体系结构之间的桥梁，其与 POWER1 的兼容性比以后的 PowerPC 都要好(甚至比 POWER 同一系列的芯片还要好)，同时它还兼容 Motorola 88110 总线。PowerPC 601 的首次面世是在 1994 年最早的 PowerMac 6100 中，其主频为 66 Mhz。

    这条产品线中的下一个芯片是 603，它是一个低端的核心，通常在汽车中可以找到。它与 PowerPC 603 同时发布，当时 PowerPC 604 是业界最高端的芯片。603 和 604 都有一个“e”版本(603e 和 604e)，该版本中对性能进行了改善。最后，第一个 64 位的 PowerPC 芯片，也是很高端的 PowerPC 620 于 1995 年发布。

　　PowerPC 700 系列

　　首次面世是在 1998 年，PowerPC 740 和 PowerPC 750 与 604e 非常类似 ，有些人会说他们是同一个 600/700 系列的成员。PowerPC 750 是世界上第一个基于铜的微处理器，当它用于 Apple 计算机时，通常称为 G3。它很快就被 G4(或称为 Motorola 7400)所取代了。32 位的 PowerPC 750FX 在 2002 年发布时其速度就达到了 1GHz，这在业界引起一片哗然。IBM 随之在 2003 年又发布了 750GX，它带有 1MB 的 L2 缓存，速度是 1GHz，功耗大约是 7 瓦。

　　PowerPC 900 系列

　　64 位的 PowerPC 970，这是 POWER4 的一个单核心版本，可以同时处理 200 条指令，其速度可以超过 2GHz，而功耗不过几十瓦。低功耗的优势使其一方面成为笔记本和其他便携式系统的宠儿，另一方面又成为大型服务器和存储设备的首选品。它 64 位的处理能力和单指令多数据(SIMD)单元可以加速计算密集型的应用，例如多媒体和图形。这种芯片用于 Apple 的桌面系统、Xserve 服务器、图像系统以及日益增长的网络系统中。Apple Xerve G5 是第一个装备 PowerPC 970FX 的机器，这是第一个采用应变硅和绝缘硅技术制造的芯片，可以只需更低的功耗就实现更高的速度。

　　PowerPC 400

　　这是 PowerPC 处理器中的嵌入式系列产品。PowerPC 的灵活性体系结构可以实现很多的专用系统，但是从来没有其他地方会像 400 系列一样灵活。从机顶盒到 IBM 的“蓝色基因”超级计算机，到处都可以看到它的身影。在这个系列的一端是 PowerPC 405EP，每个嵌入式处理器只需要 1 瓦的功耗就可以实现 200 MHz 的主频;而另一端是基于铜技术的 800 MHz 的 PowerPC 440 系列，它可以提供业界最高端的嵌入式处理器。

    每个子系列都可以专用，例如，PowerPC 440GX 的双千兆以太网和 TCP/IP 负载加速可以减少报文密集型应用对 CPU 的占用率 50% 以上。大量的产品都是在对 PowerPC 400 系列的核心进行高度修改而构建的，其中“蓝色基因”超级计算机就在每个芯片中采用了两个 PowerPC 440 处理器和两个 FP(浮点)核心。

　　POWER 是 Power Optimization With Enhanced RISC 的缩写，是 IBM 的很多服务器、工作站和超级计算机的主要处理器。POWER 芯片起源于 801 CPU，是第二代 RISC 处理器。POWER 芯片在 1990 年被 RS 或 RISC System/6000 UNIX 工作站 (现在称为 eServer 和 pSeries)采用，POWER 的产品有 POWER1、POWER2、POWER3、POWER4，现在最高端的是 POWER5。POWER5 处理器是目前单个芯片中性能最好的芯片。