解密IBM最强“芯”POWER8

ZDNet至顶网服务器频道 04月25日 评论分析（文/王涛）： 对于IBM来说，Power系统无疑确立了自身在硬件市场的地位，其重要性自然不言而喻，尤其是在剥离了x86服务器业务之后，IBM无疑将会在Power产品线投入更大的力度。

作为推动每一代系统前进的核心，POWER处理器最能体现IBM在芯片制造方面的水准，随着全新的POWER8处理器发布的临近，POWER8处理器已经逐渐进入大众视野，而业界也对新发布的POWER8也充满期待。

除了将IBM POWER处理器性能推向一个新的高度，很明显，即将发布的POWER8跟之前发布的POWER1到POWER7+都有所不同，因为POWER8是在IBM推出PowerLinux平台，成立OpenPOWER联盟之后的最新处理器，IBM POWER8无疑将会是第三方制造生态环境的核心，可预见POWER8会成为一块基石，通过第三方授权，将会有大量基于POWER8的网络、加速器、软件等解决方案蓬勃发展。

在开放之后，更加智能的横向扩展不再只是x86的优势，POWER在大数据挖掘与分析、云计算部署方面将发挥更大的性能，更好的体现为云计算设计、为大数据而生的预置能力，将企业级高性能运算推向新的高度，接下来就请跟本文一起提前去感受IBM POWER8处理器的强劲动力。

制程工艺刷新

IBM POWER8最近的一次披露是在在Hot Chip 2013大会上，从现有信息来看，POWER8处理器拥有相比上一代翻番的性能提升和基于云数据中心级别的高扩展性。

上一代的POWER7+处理器采用了32nm制程工艺，每颗处理器具有8个内核，POWER8处理器采用了新的22nm制程工艺制造，每颗处理器搭载12个内核，每个处理器内核支持8个线程，相比POWER7和POWER7+的4个线程，数量翻番，这样一来，POWER8处理器总共能支持96个线程。

POWER8芯片执行单元

另外，POWER8还具备16个执行单元（包括两个LSU、一个CRU、一个BRU、两个IFU、两个FXU和两个VMX、一个DFU和CR等），每个内核拥有64KB数据缓存和32KB指令缓存，二级缓存方面POWER8每个内核提供有512KB、96MB eDRAM三级共享缓存和128MB eDRAM四级缓存。

在POWER8晶圆结构图上来看，L3缓存、PCI-E和DDR内存控制器以及各种加速器以提升功能效率或者跨内核运行效率。通过POWER8，IBM实现了从32nm从22nm制程工艺的改进和提升，更为重要的是，提升了工艺制程的这款处理器POWER8，还拥有着与Power7+一样的主频4GHz。

扩展性能提速

而且在4GHz主频的前提下，允许用户从外部L4缓存中以128GB/s的速率传输至L3缓存中、L3缓存中以64GB/s速率传出。数据也可以128GB/s的速率传输至L2缓存（传出也是相同带宽），从L2缓存传输到内核的带宽可以高达256GB/s，但其他方向的数据传输则只能达到64GB/s，而在横跨12个内核的Power8处理器上，能够在4TB/s的L2缓存和3TB/s的L3缓存直接传输。

另外，POWER8并不是将DDR3或者DDR4控制器放入在晶圆中，而是创建了一个类内存控制器，通过高速总线传输到内存缓冲区，该芯片被称为Centaur，控制着一半的L4缓冲和一半的内存控制器。

在POWER8中，Centaur执行DDR3主内存功能，未来会新增DDR4的支持。此前POWER芯片上的所有内存调度逻辑单元、缓存指令单元和能源管理单元，都被嵌入在Centaur芯片上。连接POWER8封装包和Centaur内存缓存区的内存通道，其延迟为40ns，带宽为9.6GB/s。而且该Centaur芯片还包括有16MB缓存内存以供处理器当作L4缓存使用。

每一个POWER8处理器都有8个这样的Centaur芯片，也就是在一个封装包中，总共有128MB容量的L4缓存可供使用。提供有8个内存通道，内存带宽为230GB/s，32个DDR内存接口，DRAM情况下可提供410GB/s峰值带宽。

此外，POWER8的另一大特性是对PCI-E 3.0标准的支持，从而使得在PCE-E 3.0扩展插槽方面，可以与至强E7 v2形成正面交锋，PCI-E插槽可提供96GB/s的I/O带宽。

如果采用32GB DDR3单个内存条的话，每个POWER8处理器可支持扩展至1TB DDR3。而高端Power8处理器在基于Power的服务器中能提供32个插槽——比如在Power7服务器Power 795上，可升级到最高32TB DDR3内存，提供384个内核和3072个线程。

开放推动创新

之前已经强调过，POWER8是一款开放的处理器，这其中最主要的标志就是CAPI，它是POWER走向开放重要的一步。

POWER8承载CAPI协议

CAPI(Coherence Attach Processor Interface)是在PCIe 3.0的物理总线上承载CAPI协议，它可以让外具备直接访问CPU的内存空间（一致性）的能力，从而大大提高了外设的运行效率，比如通过CAPI协议可以让外置的闪存PCIe卡的系统开销大幅度降低，减少了不必要的总线占用。

POWER8晶圆上整合的PCI-E 3.0插槽提供CAPI接口来连接外部组件，CAPI端口与PCI-Express插槽连接用于图形处理器或者FPGAs（现场可编程门阵列）等外部组件与这种芯片之间的通讯。

借助于CAPI的开放接口，将有助于连接第三方厂商的硬件，如图像图像卡、存储设备以及客户话的定制芯片，如FPEA（可编程门阵列）卡、ASIC卡等。同时ACPI也让服务器厂商现货供应Power系统变得更加简单，类似于目前的白牌服务器。

事实上，OpenPOWER基金会的大部分成员都会专注于CAPI上的利用，比如将外置的网络、GPU、闪存等设备直接与CPU相连接，并在此基础上根据不同的主流应用场景进行开放的，定制化的系统设计，进而使POWER8的生态不断丰富，带动基于POWER8的解决方案的发展。

POWER8处理器强大的性能和效率优化，除了部署在原有的Power服务器平台上，无疑也会在PowerLinux天合服务器上发挥更强劲的动力，我们有理由相信借助一如既往的性能和安全性，并不断构建开放的生态环境，POWER8必将成为新Power系统发展的全新契机，并走向更广阔的领域。