IBM zEnterprise 196 CPU：缓存为王

关于最新公布的System zEnterprise 196大型机，IBM并没有太多地谈及作为系统核心的新四核处理器的速度和性能等信息。IBM唯一谈论的一个技术点就是新大型机的处理器主频为5.2GHz，是“全球最快的微处理器”。

是这样的——如果你单看原始主频的话。但是，除了高主频之外，还有更多关于z196处理器的信息，而且，除了核心之外，还有更多关于这个系统的信息。

四核z196处理器与4.4GHz的四核z10处理器有某些相似之处。z196处理器采用了45nm制程工艺（z10芯片采用的是65nm），这意味着IBM可以将所有东西都集成到这个芯片上，事实上IBM确实是这么做的，就像它在今年二月公布8核POWER7时所表示的那样。

z196处理器有14亿个晶体管，面积为512.3平方毫米，这使其在晶体管数量和面积上都要大于POWER7芯片。z196芯片采用了IBM的触点陈列封装，被称为C4的金属触点封装取代了以往的针状插脚。z196处理器有惊人的8093个电源触电和1134个信号触电。

z196芯片上的每个核心都有64KB的L1指令缓存和128KB的L1数据缓存（与z10相同）。这些核心是非常相似的，但是z196有100个新指令和超标量通道允许指令重新排序，让通道比z10更较有效，而且对编辑代码是不可见的。每个核心都有1.5MB的L2缓存。请看下面的芯片：

IBM z196大型机芯片

z196引擎的超标量通道可以在每个时钟周期内解码3个z/Architecture CISC指令并执行多达5个操作。每个核心有6个执行单元：2个整数单元，1个浮点单元，2个加载/保存单元和1个小数单元。IBM表示，这浮点单元要比z10芯片中的更好，但是没有透露它在每个时钟周期内可以做多少flops。之前的一些z/Architecture CISC指令已经被分割成块，使其能够更有效地分散在通道中，让z196更像是RISC。

与POWER7芯片一样，z196在芯片中采用嵌入式的DRAM（eDRAM）作为L3缓存。这种eDRAM比经常用作缓存的静态DRAM（SRAM）速度更慢，你可以将其指定到一个特定的区域。对很多工作负载来说，让更多内存接近于芯片要比使用高速内存更加重要。z196处理器有24 MB的eDRAM L3缓存，被划分为2个存储体，并由2个片上L3缓存控制器进行管理。

每个z196芯片作为一个GX I/O总线控制器——这种方法同样被用于POWER系列芯片中用于连接主机通道适配器和其他外围设备——每个插槽分配得到一个与受RAID保护的DDR3主内存相连接的一个内存控制器。z196芯片还有2个加密和压缩处理器，IBM大型集中采用了这种第三代电路设计。

两个核心共享其中一个协同处理器——有16KB缓存空间。最后，每个z196芯片又一个接口可连接SMP Hub/共享缓存芯片。如下图所示，其中2个芯片被集成到一个z196多芯片模块（MCM）上，提供了交叉耦合允许MCM上所有6个插槽通过40GB/s相连接。

zEnterprise 196 SMP Hub/共享缓存

在IBM大型机中，z196处理引擎是一个中央处理器（CP），而CP的互连芯片称为共享缓存（SC）。每个SC有6个CP接口相互连接，有3个架构接口连接到全加载的z196系统中其他3个MCM。

SMP Hub被加载到带有L4缓存的组件上，这是大多数服务器所没有的。（几年前IBM曾向至强处理器的EXA芯片组上增加了一些L4缓存）。这个L4缓存是很必要的，一个关键原因是：大型机引擎的主频要远高于主内存速度，只通过增加另一个缓存层就可以让非常昂贵的z196引擎满足需求。不管怎样，这种SMP Hub/共享缓存芯片和CP一样也是采用45nm制程工艺，有15亿个晶体管，面积为478.8平方毫米，封装中有8919个触电。

每个MCM上有6个CP和2个SC，也就是一边是96毫米，功耗1880瓦。每个处理器板有一个这样的MCM，一个完全连接的系统有96个CP，十几个控制器可以访问多达3TB RAID内存，32个I/O Hub接口最高可实现288 GB/s的I/O带宽。顶架式zEnterprise 196 M80设备中的80个CP可用于运行工作负载，其他可以使用Parallel Sysplex集群来耦合系统、管理I/O和热备份等等。