图解POWER7：IBM新一代小型机巅峰之作

　　日前，IBM公司发布了新一代的POWER7处理器及4款新的小型机服务器——Power 750 Express、Power 755、Power 770和 Power 780。POWER7是IBM自2007年5月推出上一代产品POWER6以来的最新巅峰之作，也把UNIX服务器推向了新的高度。因此，在过去两年，该产品还未发布时，就已经引发了全球业界的广泛关注。那么，POWER7为我们带来了哪些新的惊喜呢?下面，IT168服务器频道将通过丰富的图表解读，带你一起揭开她的面纱。

　　先来几张POWER7的炫图：

POWER7 Vs. POWER6

　　告别POWER6的65纳米工艺，POWER7采用的是IBM最新45纳米Silicon-on-Insulator、铜互连工艺技术，并通过创新的eDRAM实现了大容量的片上L3缓存。一颗POWER7处理器在567平方毫米的芯片上集成了12亿个晶体管，拥有8个处理器内核，带有12个执行单元、每核256KB L2缓存和32MB共享片上L3缓存，主频在3.0-4.14GHz之间。

POWER7处理器实物图

POWER7芯片结构示意图

POWER7服务器全家福

　　跟上一代的POWER6相比，虽然POWER7的主频从过去的5GHz减到了现在的4.14GHz，但POWER7在多核、多线程方面却取得了“跨越式”的提升——POWER6只有双核，而POWER7达到了8核，且每核最多可以并行执行4条线程。可见，POWER7仍然在高主频和多核之间取得了“不可能”的平衡，要知道市场上其他多核处理器仍然在2-3GHz的层面上徘徊。

　　而让笔者感触更深的是，POWER7明显更加智能、更加灵活，内核数、主频、功耗、缓存等方面均可以根据应用负载的需求进行动态调节，而这主要得益于IBM在智能缓存、智能功耗、智能线程、TurboCore等方面的创新。

POWER7与POWER6、POWER6+的规格对比

　　四款全新的POWER7服务器

　　此次发布的基于POWER7的服务器有4款——Power 750 Express、Power 755、Power 770和 Power 780。其中，同样是4U外形设计，Power 750 Express主要面向商业应用，而Power755主要针对高性能计算。Power 770和 Power 780的定位更加高端，其中Power 780还带有先进的TurboCore功能，后面会讲到。其主要规格区别如下表所示：

　　处理器 1-4个Socket，每颗POWER7有6或8核 4个Socket，8核POWER7，支持AltiVec SIMD acceleration 最大64个POWER7内核3.10GHz 或最大48个 POWER7内核3.50GHz 最大64个POWER7内核3.80GHz 或最大32个 POWER7内核4.10GHz

　　主频(最小/最大) 6核3.30GHz; 8核3.00 / 3.30 / 3.55GHz 3.30GHz 3.10 / 3.50GHz 3.80 / 4.10GHz

　　内存(标配/最大)

　　8GB / 256GB 128GB / 256GB 32GB / 2TB 32GB / 2TB

　　内置存储容量 (标准/最大)

　　73.4GB / 2.4TB 73.4GB / 2.4TB 73.4GB 15K rpm up to 7.2TB 10K rpm (within CEC) 73.4GB 15K rpm up to 7.2TB 10K rpm (within CEC)

　　编辑点评 最可能“热卖”的经济型POWER7服务器，足以满足大部分企业在虚拟化整合、数据库等方面的应用。 主要针对高性能并行计算环境，通过使用12X InfiniBand最多可以连结成拥有64个Power 755节点、2048颗POWER7内核的大型集群，期待在今年6月份和11月份全球TOP500中的表现。 服务器整合、大型数据库、ERP/CRM等大规模交易处理的可靠平台，是企业私有云理想的“发动机”。 与Power 770相似，但各方面的配置更高，是目前IBM POWER7产品线中的旗舰。

　　1)Power 750 Express和Power 755

　　跟我们常见的一些PC服务器不同，POWER7的处理器并不是直接插在主板上的，而是与内存一起做成一块处理器卡，然后再插在主板上。比如Power 750 Express就可以插1-4块这样的POWER7处理器卡，卡上带8根DDR3内存插槽。而Power 755由于定位为高性能计算节点，因此配置上比Power 750 Express更高，会插满4块POWER7处理器卡，每颗处理器带有8个3.3 GHz的内核，而不象Power 750 Express有6核、8核、不同主频等多个版本选择。

Power 750 Express的前视图与后视图

　　Power 750 Express和Power 755的规格对比如下表所示：

　　下面就是Power 750 Express和Power 755所使用的处理器卡，每块卡可插1颗POWER7处理器(6核或8核)，同时配备8个DDR3 DIMM内存插槽。

　　下面是Power 750 Express和Power 755的俯视图，这两款产品均支持1-4块处理器卡。

2）Power 770和Power 780

　　IBM Power 770和Power 780是IBM公司基于最新POWER7处理器构建的模块化、机架式、SMP服务器，由1-4个节点组成，每个节点为4U高、19英寸宽的标准机架设计。

多个节点机箱之间通过SMP Flex线缆按照一定的规则顺序连接起来。

　　每个节点机箱中有一个POWER7处理器卡，每块卡上有两颗处理器和16个DDR3 内存DIMM。借助Capacity on Demand (CoD)功能，Power 770可以从最低的4核配置开始，按每次激活一个内核的方式进行增加内核数，从而有更好的灵活扩展性。

Power 770中的处理器卡示意图

　　POWER7的多个版本

　　在了解了上述基本情况之后，让我们回归正传：智能的POWER7!

　　首先，POWER7处理器拥有不同内核数的多个版本，以满足不同的应用需要。虽然POWER7的基本设计是8核，带有32MB片上L3缓存(每核4MB)，但POWER7也有4核心和6核心的版本。相应地，L3缓存也是根据内核数量来设置的，比如6核版本拥有24MB，而4核版本只有16MB。这些不同版本的POWER7分别用到了上述四款新的小型机服务器当中。

　　下面是Power 750 Express和Power 755的处理器配置对比，可见面向商业应用的Power 750拥有更灵活的配置选择，以应对不同的应用场景。

Power 750 Express中有6核与8核版本的POWER7

　　在高端的Power 770中，可选3.1 GHz的8核POWER7处理器版本，或3.5 GHz的6核POWER7处理器版本;而Power 780则使用主频更高的POWER7处理器——3.86 GHz的8核芯片或4.14 GHz的4核芯片。

Power770和Power780的不同POWER7版本，有4-8核的设计

　　其实，对于Power 780来说，真正不同的地方在于，它使用了特有的TurboCore模式来进行性能优化，激活不同的内核数与主频。在TurboCore模式下，由于内核可以访问额外的缓存，获得额外的主频，使得每核性能得以大大提升。

　　具体来说，就是任何一台Power 780，在标准模式(MaxCore)下，最大可以扩展到64个内核(主频为3.86 GHz)，所有内核全部用满，每颗处理器上的8个核共享32MB L3缓存;而在TurboCore模式下，只有4个内核被激活，因此最大可以扩展到32个核，但主频可以运行在4.14 GHz，每核的缓存自然也提高两倍(每处理器上的4个核共享32MB L3缓存)。

　　智能线程

　　除了多核，下面值得一提的就是多线程。POWER7新增加了SMT4技术，使得每个内核最多可以并行执行4条指令线程，当然每核也可以执行单个线程(SMT1模式)或两个线程(SMT2模式)。SMT4可以大大提高POWER7处理器核的工作效率，这也是目前IBM公司在多线程技术开发上的最新进展。

IBM的多线程技术演变

　　正是由于POWER7支持三种不同的SMT模式，使得用户可以灵活的根据自己的应用来选择，以满足对计算性能、吞吐带宽、能耗和工作负载的不同需求。

　　为此，IBM在POWER7中引入一个新的功能：智能线程(Intelligent Threads)，可以根据工作负载要求进行设置不同的多线程模式，系统可以自动选择，也可以由管理员进行手动设置——使用多线程，可以提高POWER7的并行吞吐量，使用单线程，可以提高POWER7的计算性能。比如，数据库类应用往往需要非常快的处理器，以便用最高速度来处理交易;而WEB负载则往往会将WEB请求拆分成多个部分来并行处理。

　　智能缓存

　　同样，POWER7的智能性还表现在L3缓存的设置上，通过“智能缓存”技术，可以优化POWER7对L3缓存的访问，以尽量减小系统的缓存延迟。

可动态共享的L3缓存

　　在POWER7中，虽然每个内核都拥有自己的L3缓存区(Fast Local Region of L3 cache (FLR-L3))，但也可以共享缓存的方式灵活访问其他核的缓存区。这些都可以根据需要来设置。跟传统的方式(SDRAM)相比，通过在POWER7芯片上使用这种动态的共享L3缓存技术(eDRAM),不仅可以让带宽增倍，减少延迟，也可以减少对晶体管的占用，从而减少芯片面积，降低功耗。

　　智能功耗

　　对于POWER7的设计人员来说，如何降低功耗一直是一个非常重要的因素。IBM为此采用了“智能功耗”(Intelligent Energy)特性，可以在功耗与性能之间进行更灵活的平衡。比如，有一项智能功耗特性EnergyScale，可以与IBM的功耗管理软件IBM Systems Director Active Energy Manager一起配合，根据热量温度与系统利用率等指标来动态调节处理器的运算速度。据称其每瓦性能是Intel x86系统的两倍，Sun SPARC系统的4倍，惠普安腾服务器的8倍。

　　POWER7全面转向DDR3内存

　　最好，我们来看看内存支持情况。为了更大的内存带宽和内存容量，所有POWER7服务器都支持全新的DDR3内存，不再支持DDR2内存。

　　POWER7中最多有两个DDR3内存控制器，每个控制器带有4条内存通道，每个通道的速度为6.4Gbps，最大可以访问32GB(使用两根16GB内存条)。这样一来，每颗POWER7处理器最大可以访问256GB。注意，在某些POWER7服务器中，只有一个内存控制器会被激活。

　　比如，Power 750和Power 755中用到的POWER7处理器就都只有一个DDR3内存控制器，每个处理器卡上只支持8根内存。Power 750 Express最大内存容量为512GB(4个处理器卡，每卡上有8根内存，可用16GB的内存条)，而Power 755的最大内存容量为256GB(4个处理器卡，每卡上有8根内存，可用8GB的内存条)。最小内存容量都是8GB，因为每通道对应的两个DIMM要成对使用，即最低要用到两根4GB内存。

　　而在Power 770和Power 780中，每个POWER7处理器卡上有两颗处理器，每颗处理器中有两个内存控制器，每个内存控制器对应4条内存通道，但每个通道只对应一个DIMM，因此每块卡上共有16个DIMM。

　　如果应用软件需要大容量内存，POWER7处理器还支持一项“Active Memory Expansion”技术，通过内存压缩，让软件可见的内存量最高两倍于实际物理内存。IBM表示通过该技术，SAP软件可用内存量比系统实际内存可多出50%，可处理业务量将增加65%。

　　另外，POWER7服务器提供了非常丰富的I/O扩展接口和协议，支持GX+、PCI-X、PCI Express、千兆以太网、万兆以太网、串行系统接口、iSCSI、SAS、SCSI、FCoE、Infiniband等等，以便连接各种网络、存储、外设、管理等设备。在操作系统、系统管理、能源管理、虚拟化、高可用等方面，还有很多功能特性、配套软硬件产品供选择。本文就不一一涉及了，需要了解的朋友可以参考IBM官方网站或红皮书。

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