與一年半以前推出的Sun UltraSPARC T1和去年冬天推出的Intel雙核安騰Montecito相比，將與本月20號(hào)左右終于正式面向市場(chǎng)發(fā)布的Power6，給高端處理器產(chǎn)業(yè)未來(lái)的走向、趨勢(shì)以及高端處理器的設(shè)計(jì)思想帶來(lái)了種種復(fù)雜的猜想，使得這一局面迷霧重重。

      多核一統(tǒng)江湖

      單芯片多處理器（CMP）的處理器設(shè)計(jì)思路，似乎已經(jīng)被業(yè)界認(rèn)可為近幾年唯一可行的微處理器設(shè)計(jì)方法，來(lái)有效應(yīng)對(duì)性能提升帶來(lái)的巨大的功耗挑戰(zhàn)。

      可以看到，無(wú)論是早就采納了CMP思路的RISC處理器（主要是IBM的Power系列、Sun的UltraSPARC系列、HP的RA-RISC系列），還是近年來(lái)將多核炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的x86處理器（主要是Intel的至強(qiáng)系列、AMD的皓龍系列），抑或是處理器產(chǎn)業(yè)的后來(lái)者如Intel的安騰和IBM的Cell，無(wú)一不是在往“更多核心”的方向走。

      業(yè)界也似乎一致認(rèn)可，下一代的處理器將沿著4核、8核、32核甚至幾百個(gè)核的方向亦步亦趨走下去。

      Sun的UltraSPARC T1最早印證了這種思路。

      2005年11月份，UltraSPARC T1面市。每顆UltraSPARC T1處理器中包含8個(gè)處理器內(nèi)核，每核有4個(gè)線程，這是全球第一款能夠同時(shí)運(yùn)行32個(gè)并行線程的低功率、低熱的處理器。Sun還表示，擁有CoolThreads芯片多線程技術(shù)的UltraSPARC T1處理器具有極佳的環(huán)保特性的處理器，每個(gè)線程僅僅消耗2瓦功率，每一顆UltraSPARC T1處理器僅消耗功率70瓦。這個(gè)數(shù)字，在功耗問(wèn)題引起全球重視的氛圍中，顯得格外令人振奮，且再次印證了單芯片多核心設(shè)計(jì)思路在微處理器設(shè)計(jì)上的巨大優(yōu)勢(shì)。

      后來(lái)，在x86領(lǐng)域，Intel和AMD也開(kāi)始摒棄沿襲了多年的“更高主頻”思路，向多核轉(zhuǎn)型。尤其是在Intel推出4核至強(qiáng)系列處理器后，在功耗降低和性能提升方面顯示出了較雙核處理器更明顯的提升，使得“更多核心”的思路再度受到肯定。

      之后不久，Intel也將多核心思路移植到處于尷尬處境的安騰平臺(tái)上，在2006年7月推出了第一款雙核安騰。雖然相比較傳統(tǒng)的RISC處理器和x86處理器，安騰在多核路上落在了后面，但是向多核轉(zhuǎn)型的思路卻是再明確不過(guò)了。

      IBM在正統(tǒng)的Power之外與索尼、東芝共同開(kāi)發(fā)的另一款處理器Cell，也以1個(gè)主核、8個(gè)輔核的設(shè)計(jì)思路以及產(chǎn)品問(wèn)世后出色的性能，印證了單芯片多核心的勢(shì)不可擋。

      一句話以蔽之，就是目前的微處理器設(shè)計(jì)中，多核心之所以能夠“一統(tǒng)江湖”，代表業(yè)界不再單純追求單個(gè)處理器或者單個(gè)處理器核心的計(jì)算主頻，而是強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)單元的整體計(jì)算吞吐量。

      所有的游戲場(chǎng)里，都會(huì)有一兩個(gè)與眾不同、獨(dú)樹(shù)旗幟者。

      在多核心幾乎一統(tǒng)江湖的游戲場(chǎng)里，Power6就扯出了一面與眾不同的大旗，引來(lái)猜疑無(wú)數(shù)??高達(dá)5GHz的主頻，是驚世駭俗的大膽創(chuàng)新，還是迫于無(wú)奈的緩兵之計(jì)？

      Power6的高主頻謎局

      單芯片多核心（CMP）思路的確很好。

      然而，它并不萬(wàn)能。實(shí)際上，早在2005年就有微處理器技術(shù)方面的理論專(zhuān)家指出，“雖然在未來(lái)的兩至三代CPU上，CMP能夠減輕功率效率方面we難題，但是單憑CMP并不能解決功率效率方面的挑戰(zhàn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)趨勢(shì)上來(lái)看，只有在基本線路和架構(gòu)上創(chuàng)新才是解決這類(lèi)問(wèn)題的根本出路。”

      IBM對(duì)于Power6的高主頻設(shè)計(jì)，是否就是在基本線路和架構(gòu)上創(chuàng)新的一種思路？讓我們看看目前能夠拿到的一些技術(shù)參數(shù)吧。

      去年冬天，IBM公司的Brad McCredie博士在微處理器論壇上透露了Power6架構(gòu)方面的細(xì)節(jié)??主頻在4GHz~5GHz之間，采用65納米絕緣硅（SOI）、10層金屬層工藝制造。“與90納米工藝相比，在同樣的功率下，性能提高了30%，這主要是由于使用了應(yīng)變硅技術(shù)。IBM的65納米工藝提供了0.65微米的高性能SRAM單元和0.45微米的單元以提高密度。存儲(chǔ)陣列單元使用了比邏輯元件更低的電壓，以減少功耗。”McCredie博士說(shuō)。

      與前兩代產(chǎn)品一樣，Power6著重于系統(tǒng)架構(gòu)的搭建。每個(gè)微處理器單元（MPU）作為2路單芯片多處理器（CMP）設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，340平方毫米的芯片上集成了兩個(gè)同步多線程處理器，每個(gè)核心都配有專(zhuān)用二級(jí)高速緩存。下圖顯示了Power5+和Power6架構(gòu)的異同。

 Power5+和Power6架構(gòu)比較圖

      實(shí)際上，引起關(guān)注的不僅僅是Power6的高主頻，應(yīng)該看到IBM為此而進(jìn)行的微架構(gòu)調(diào)整。例如，Power6有極高帶寬可提供給處理器，比Power5+增加了一倍。在5GHz主頻下，每個(gè)MPU都有300GB/s的帶寬。另外，Power6還有一個(gè)內(nèi)存控制器和MCM內(nèi)的結(jié)構(gòu)線路，從而把I/O頻率從CPU頻率的三分之一提高到了二分之一。同時(shí)，每個(gè)內(nèi)存控制器使用IBM的第三代同步內(nèi)存接口連接到內(nèi)存。與全緩沖DIMM一樣，這些共存內(nèi)存接口（SMI）芯片能夠配置更大的內(nèi)存空間、使用不同類(lèi)型的內(nèi)存。

      McCredie博士表示，Power6的系統(tǒng)架構(gòu)完全經(jīng)過(guò)了重新設(shè)計(jì)，比前幾代產(chǎn)品先進(jìn)許多。 例如，Power6的一級(jí)數(shù)據(jù)高速緩存（L1D）增加了一倍，增至64KB; 聯(lián)合并行處理架構(gòu)也增加到了8路。因而， L1D時(shí)延增加到了4個(gè)周期，而POWER5及大多數(shù)其他高性能MPU卻是3個(gè)周期。Power6還對(duì)緩存進(jìn)行了技術(shù)革新。兩個(gè)4MB大小的專(zhuān)用二級(jí)高速緩存之間，有一個(gè)快速輸出緩沖器（cast-out buffer），便于兩者之間快速通信。三級(jí)高速緩存也得到了改進(jìn)。這些改進(jìn)能夠提高聯(lián)合并行處理能力，對(duì)多線程執(zhí)行極其有利，并且?guī)椭鶬BM對(duì)Power6的同步多線程（SMT）實(shí)現(xiàn)了比前幾代產(chǎn)品更大幅度的提升。

      對(duì)于Power6，IBM更強(qiáng)調(diào)的是可靠性、可用性及可服務(wù)性（RAS）。例如最多可以將將一個(gè)Power6處理器劃分為1024個(gè)分區(qū),添加了內(nèi)存分區(qū)和遷移功能，以縮短用于修復(fù)的系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)間等。

      這些技術(shù)創(chuàng)新加在一起的結(jié)果，就是IBM對(duì)于市場(chǎng)的這句承諾：“Power6的性能可以比上一代產(chǎn)品提高兩倍，而功耗幾乎維持原來(lái)的水平。”

      不管怎樣，IBM對(duì)于看上去與“多核時(shí)代”格格不入的Power6充滿了信心，對(duì)于業(yè)界的猜疑也不置可否，這就使得高端微處理器的未來(lái)走向顯得更加迷霧重重。

      迷霧重重

      假如執(zhí)意要走“高主頻”道路的Power6的性能比Power5+提升兩倍而功率維持不變，也許IBM在高端服務(wù)器市場(chǎng)的地位會(huì)得到進(jìn)一步加強(qiáng)。然而，在“多核心”之路上已經(jīng)嘗到了甜頭的Sun和Intel，似乎也是信心百倍。

      明年，Sun采用大規(guī)模多線程技術(shù)的Rock處理器和英特爾備受期待的Tukwila（4核安騰）處理器將雙雙問(wèn)世。Power6、Rock和Tukwila誰(shuí)將更勝一籌？ 

多易