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IBM POWER的前世今生

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POWER是由IBM开发的一种RISC指令集架构(ISA)。在POWER7即将发布之际,本文将带您纵览IBM POWER处理器的发展历史

来源:ZDNet编译整理 2010年2月24日

关键字: Power IBM

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在本页阅读全文(共6页)

POWER是Power Optimization With Enhanced RISC的缩写,是由IBM开发的一种RISC指令集架构(ISA)。

IBM的很多服务器、微型计算机、工作站和超级计算机都采用了POWER系列微处理器。POWER芯片起源于801 CPU,是第二代RISC处理器。在1990年,POWER 芯片被RS或RISC System/6000 UNIX工作站(现在称为 eServer 和 pSeries)所采用。从POWER 3开始以及之后推出的POWER系列微处理器都采用的是64位PowerPC架构。

801的设计非常简单,但是由于所有的指令都必须在一个时钟周期内完成,因此其浮点运算和超量计算(并行处理)能力很差。POWER体系结构就着重于解决这个问题。POWER芯片采用了100多条指令,是一个非常优秀的RISC体系结构。

● 历史

801计划

1974年,IBM启动了一项以创建一个每秒至少处理300路通话的电话交换网络的计划。该计划预计需要20000个指令来处理每个通话,同时保持即时回应,因此需要一个性能为12 MIPS的处理器。这个需求在当时看来是非常大的。

复杂运算的每个步骤都可以用简单的指令来取代,而所有简单的指令,都可以在相同的时间内完成。这个精简设计的理念就是后来为人们所熟知的RISC。

1975年这个电话交换计划在还没有成为原型之前就被取消了。不过,从该计划第一年的模拟中所得到的估计来看,为这个计划所设计的处理器将会是个很有潜力的通用型处理器,因此后续工作在托马斯?华生研究中心的 801 号楼继续展开了,也就是801计划。

1982年的“Cheetah”研究计划

为了判断RISC机器是否能同时处理多个指令,或者需要对801计划进行哪些修改来实现拥有多个执行单元的801,华生研究中心花费两年时间探索了801设计的极限。

America计划

1985年,华生研究中心开始了第二世代RISC架构的研究,其成果就是“AMERICA架构”。1986年,IBM以这个架构为基础,在奥斯汀开始开发RS/6000系列。

Bellatrix计划

在1986年到1989年之间,Bellatrix计划启动了,前提是使用America架构作为通用架构的基础,其中可能包括针对大型主机应用的OS/390、针对多处理器服务器交易处理的OS/400和针对科学应用的AIX。但这一计划在1990年到1995年之间被取消了。

POWER和RS/6000

1990年2月,第一步采用POWER架构的IBM计算机被称为“RISC System/6000”或者RS/6000。RS/6000分为工作站和服务器两个等级,分别称为POWERstation和POWERserver。RS/6000的CPU有两种配置,分别被称作RIOS-1和RIOS.9。RIOS-1有11个芯片,分别是1个指令缓存芯片、1个整数芯片、1个浮点数芯片、4个数据缓存芯片、1个储存控制芯片、1个I/O芯片和1个时钟芯片。成本较低的RIOS.9有8个芯片,分别是1个指令缓存芯片、1个整数芯片、1个浮点数芯片、2个数据缓存芯片、1个存储控制芯片、1个I/O芯片和1个时钟芯片。

RSC(RISC Single Chip)是针对较低端的RS/6000开发出来的。第一部使用RSC的机器于1992年问世。

POWER1

发布于1990年,每个芯片中集成了800000个晶体管。

与当时其他的RISC处理器不同,POWER 1进行了功能划分,这为这种功能强大的芯片赋予了超量计算的能力。它还有单独的浮点寄存器,可以适用于从低端到高端的 UNIX工作站。最初的 POWER1芯片实际上是在一个主板上的几个芯片;后来很快就变成一个RSC(RISC 单一芯片),其中集成了100多万个晶体管。POWER 1微处理器的RSC被火星探险任务用作中央处理器,它也是后来PowerPC产品线的先驱。

POWER2

发布于1993年,一直使用到1998年,每个芯片中集成了1500万个晶体管。

POWER2芯片中增加了第二个浮点处理单元(FPU)和更多缓存。PSSC超级芯片是POWER2这种8芯片体系结构的一种单片形式,采用这种芯片配置的IBM深蓝超级计算机在1997年击败了国际象棋冠军Garry Kasparov。

PowerPC

1991年,IBM意识到他们可以通过将将芯片卖给其他系统制造商让POWER变成一个大量生产的架构。他们和苹果公司紧密合作,目标是开发一系列以POWER为基础的单片微处理器。当时苹果公司是摩托罗拉在桌上型微处理器的最大客户,因为和摩托罗拉长久以来的关系、他们大量生产微处理器的经验以及保有第二来源的理由,不久苹果公司就征询摩托罗拉加入这个讨论。这三方合作以德州奥斯汀为基地,后来成为知名的AIM联盟,也就是Apple、IBM和Motorola。

POWER3

发布于1998年,每个芯片中集成了1500万个晶体管。

POWER3是第一个64位对称多处理器(SMP),完全兼容原来的POWER指令集,也可以与PowerPC指令集很好地兼容。POWER3设计用来从事从太空探测到天气预报等方面的科学计算应用。它特有一个数据预读取引擎、无阻塞的交叉数据缓存、双浮点执行单元以及其他一些很好的设计。POWER3-II使用铜作为连接介质,这样用户可以以相同的价格获得两倍的性能。

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