圖解IBM新一代小型機(jī)巔峰之作POWER7

1、圖解IBM新一代小型機(jī)巔峰之作POWER72010年02月23日00:17IT日前，IBM公司發(fā)布了新一代的POWER7處理器及4款新的小型機(jī)服務(wù)器Power 750 Express、Power 755、Power 770和 Power 780。POWER7是IBM自2007年5月推出上一代產(chǎn)品POWER6以來的最新巔峰之作，也把UNIX服務(wù)器推向了新的高度。因此，在過去兩年，該產(chǎn)品還未發(fā)布時，就已經(jīng)引發(fā)了全球業(yè)界的廣泛關(guān)注。那么，POWER7為我們帶來了哪些新的驚喜呢?下面通過豐富的圖表解讀，帶你一起揭開她的面紗。先來幾張POWER7的炫圖：POWER7 Vs. POWER6告別POWER6

2、的65納米工藝，POWER7采用的是IBM最新45納米Silicon-on-Insulator、銅互連工藝技術(shù)，并通過創(chuàng)新的eDRAM實(shí)現(xiàn)了大容量的片上L3緩存。一顆POWER7處理器在567平方毫米的芯片上集成了12億個晶體管，擁有8個處理器內(nèi)核，帶有12個執(zhí)行單元、每核256KB L2緩存和32MB共享片上L3緩存，主頻在3.0-4.14GHz之間。POWER7處理器實(shí)物圖POWER7芯片結(jié)構(gòu)示意圖POWER7服務(wù)器全家福跟上一代的POWER6相比，雖然POWER7的主頻從過去的5GHz減到了現(xiàn)在的4.14GHz，但POWER7在多核、多線程方面卻取得了“跨越式”的提升POWER6只有雙核

3、，而POWER7達(dá)到了8核，且每核最多可以并行執(zhí)行4條線程?？梢姡琍OWER7仍然在高主頻和多核之間取得了“不可能”的平衡，要知道市場上其他多核處理器仍然在2-3GHz的層面上徘徊。而讓筆者感觸更深的是，POWER7明顯更加智能、更加靈活，內(nèi)核數(shù)、主頻、功耗、緩存等方面均可以根據(jù)應(yīng)用負(fù)載的需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，而這主要得益于IBM在智能緩存、智能功耗、智能線程、TurboCore等方面的創(chuàng)新。POWER7與POWER6、POWER6+的規(guī)格對比四款全新的POWER7服務(wù)器此次發(fā)布的基于POWER7的服務(wù)器有4款Power 750 Express、Power 755、Power 770和 Power

4、 780。其中，同樣是4U外形設(shè)計，Power 750 Express主要面向商業(yè)應(yīng)用，而Power755主要針對高性能計算。Power 770和 Power 780的定位更加高端，其中Power 780還帶有先進(jìn)的TurboCore功能，后面會講到。其主要規(guī)格區(qū)別如下表所示：規(guī)格IBM Power 750 ExpressIBM Power 755IBM Power 770IBM Power 780處理器1-4個Socket，每顆POWER7有6或8核4個Socket，8核POWER7，支持AltiVec SIMD acceleration最大64個POWER7內(nèi)核3.10GHz 或最大48個

5、 POWER7內(nèi)核3.50GHz最大64個POWER7內(nèi)核3.80GHz 或最大32個 POWER7內(nèi)核4.10GHz主頻(最小/最大6核3.30GHz; 8核3.00 / 3.30 / 3.55GHz3.30GHz3.10 / 3.50GHz3.80 / 4.10GHz內(nèi)存(標(biāo)配/最大8GB / 256GB128GB / 256GB32GB / 2TB32GB / 2TB內(nèi)置存儲容量 (標(biāo)準(zhǔn)/最大73.4GB / 2.4TB73.4GB / 2.4TB73.4GB 15K rpm up to 7.2TB 10K rpm (within CEC73.4GB 15K rpm up to 7.2T

6、B 10K rpm (within CEC編輯點(diǎn)評最可能“熱賣”的經(jīng)濟(jì)型POWER7服務(wù)器，足以滿足大部分企業(yè)在虛擬化整合、數(shù)據(jù)庫等方面的應(yīng)用。主要針對高性能并行計算環(huán)境，通過使用12XInfiniBand最多可以連結(jié)成擁有64個Power 755節(jié)點(diǎn)、2048顆POWER7內(nèi)核的大型集群，期待在今年6月份和11月份全球TOP500中的表現(xiàn)。服務(wù)器整合、大型數(shù)據(jù)庫、ERP/CRM等大規(guī)模交易處理的可靠平臺，是企業(yè)私有云理想的“發(fā)動機(jī)”。與Power 770相似，但各方面的配置更高，是目前IBM POWER7產(chǎn)品線中的旗艦。1Power 750 Express和Power 755跟我們常見的一些

7、PC服務(wù)器不同，POWER7的處理器并不是直接插在主板上的，而是與內(nèi)存一起做成一塊處理器卡，然后再插在主板上。比如Power 750 Express就可以插1-4塊這樣的POWER7處理器卡，卡上帶8根DDR3內(nèi)存插槽。而Power 755由于定位為高性能計算節(jié)點(diǎn)，因此配置上比Power 750 Express更高，會插滿4塊POWER7處理器卡，每顆處理器帶有8個3.3 GHz的內(nèi)核，而不象Power 750 Express有6核、8核、不同主頻等多個版本選擇。Power 750 Express的前視圖與后視圖Power 750 Express和Power 755的規(guī)格對比如下表所示：下面就

8、是Power 750 Express和Power 755所使用的處理器卡，每塊卡可插1顆POWER7處理器(6核或8核，同時配備8個DDR3 DIMM內(nèi)存插槽。 下面是Power 750 Express和Power 755的俯視圖，這兩款產(chǎn)品均支持1-4塊處理器卡。2）Power 770和Power 780IBM Power 770和Power 780是IBM公司基于最新POWER7處理器構(gòu)建的模塊化、機(jī)架式、SMP服務(wù)器，由1-4個節(jié)點(diǎn)組成，每個節(jié)點(diǎn)為4U高、19英寸寬的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架設(shè)計。多個節(jié)點(diǎn)機(jī)箱之間通過SMP Flex線纜按照一定的規(guī)則順序連接起來。每個節(jié)點(diǎn)機(jī)箱中有一個POWER7處理器卡

9、，每塊卡上有兩顆處理器和16個DDR3 內(nèi)存DIMM。借助Capacity on Demand (CoD功能，Power 770可以從最低的4核配置開始，按每次激活一個內(nèi)核的方式進(jìn)行增加內(nèi)核數(shù)，從而有更好的靈活擴(kuò)展性。Power 770中的處理器卡示意圖POWER7的多個版本在了解了上述基本情況之后，讓我們回歸正傳：智能的POWER7!首先，POWER7處理器擁有不同內(nèi)核數(shù)的多個版本，以滿足不同的應(yīng)用需要。雖然POWER7的基本設(shè)計是8核，帶有32MB片上L3緩存(每核4MB，但POWER7也有4核心和6核心的版本。相應(yīng)地，L3緩存也是根據(jù)內(nèi)核數(shù)量來設(shè)置的，比如6核版本擁有24MB，而4核版本

10、只有16MB。這些不同版本的POWER7分別用到了上述四款新的小型機(jī)服務(wù)器當(dāng)中。下面是Power 750 Express和Power 755的處理器配置對比，可見面向商業(yè)應(yīng)用的Power 750擁有更靈活的配置選擇，以應(yīng)對不同的應(yīng)用場景。Power 750 Express中有6核與8核版本的POWER7在高端的Power 770中，可選3.1 GHz的8核POWER7處理器版本，或3.5 GHz的6核POWER7處理器版本;而Power 780則使用主頻更高的POWER7處理器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

11、-8核的設(shè)計其實(shí)，對于Power 780來說，真正不同的地方在于，它使用了特有的TurboCore模式來進(jìn)行性能優(yōu)化，激活不同的內(nèi)核數(shù)與主頻。在TurboCore模式下，由于內(nèi)核可以訪問額外的緩存，獲得額外的主頻，使得每核性能得以大大提升。具體來說，就是任何一臺Power 780，在標(biāo)準(zhǔn)模式(MaxCore下，最大可以擴(kuò)展到64個內(nèi)核(主頻為3.86 GHz，所有內(nèi)核全部用滿，每顆處理器上的8個核共享32MB L3緩存;而在TurboCore模式下，只有4個內(nèi)核被激活，因此最大可以擴(kuò)展到32個核，但主頻可以運(yùn)行在4.14 GHz，每核的緩存自然也提高兩倍(每處理器上的4個核共享32MB L3緩

12、存。智能線程除了多核，下面值得一提的就是多線程。POWER7新增加了SMT4技術(shù)，使得每個內(nèi)核最多可以并行執(zhí)行4條指令線程，當(dāng)然每核也可以執(zhí)行單個線程(SMT1模式或兩個線程(SMT2模式。SMT4可以大大提高POWER7處理器核的工作效率，這也是目前IBM公司在多線程技術(shù)開發(fā)上的最新進(jìn)展。IBM的多線程技術(shù)演變正是由于POWER7支持三種不同的SMT模式，使得用戶可以靈活的根據(jù)自己的應(yīng)用來選擇，以滿足對計算性能、吞吐帶寬、能耗和工作負(fù)載的不同需求。為此，IBM在POWER7中引入一個新的功能：智能線程(Intelligent Threads，可以根據(jù)工作負(fù)載要求進(jìn)行設(shè)置不同的多線程模式，系統(tǒng)

13、可以自動選擇，也可以由管理員進(jìn)行手動設(shè)置使用多線程，可以提高POWER7的并行吞吐量，使用單線程，可以提高POWER7的計算性能。比如，數(shù)據(jù)庫類應(yīng)用往往需要非?？斓奶幚砥鳎员阌米罡咚俣葋硖幚斫灰?而WEB負(fù)載則往往會將WEB請求拆分成多個部分來并行處理。智能緩存同樣，POWER7的智能性還表現(xiàn)在L3緩存的設(shè)置上，通過“智能緩存”技術(shù)，可以優(yōu)化POWER7對L3緩存的訪問，以盡量減小系統(tǒng)的緩存延遲?？蓜討B(tài)共享的L3緩存在POWER7中，雖然每個內(nèi)核都擁有自己的L3緩存區(qū)(Fast Local Region of L3 cache (FLR-L3，但也可以共享緩存的方式靈活訪問其他核的緩存區(qū)。這

14、些都可以根據(jù)需要來設(shè)置。跟傳統(tǒng)的方式(SDRAM相比，通過在POWER7芯片上使用這種動態(tài)的共享L3緩存技術(shù)(eDRAM,不僅可以讓帶寬增倍，減少延遲，也可以減少對晶體管的占用，從而減少芯片面積，降低功耗。智能功耗對于POWER7的設(shè)計人員來說，如何降低功耗一直是一個非常重要的因素。IBM為此采用了“智能功耗”(Intelligent Energy特性，可以在功耗與性能之間進(jìn)行更靈活的平衡。比如，有一項(xiàng)智能功耗特性EnergyScale，可以與IBM的功耗管理軟件IBM Systems Director Active Energy Manager一起配合，根據(jù)熱量溫度與系統(tǒng)利用率等指標(biāo)來動態(tài)調(diào)

15、節(jié)處理器的運(yùn)算速度。據(jù)稱其每瓦性能是Intel x86系統(tǒng)的兩倍，Sun SPARC系統(tǒng)的4倍，惠普安騰服務(wù)器的8倍。POWER7全面轉(zhuǎn)向DDR3內(nèi)存最好，我們來看看內(nèi)存支持情況。為了更大的內(nèi)存帶寬和內(nèi)存容量，所有POWER7服務(wù)器都支持全新的DDR3內(nèi)存，不再支持DDR2內(nèi)存。POWER7中最多有兩個DDR3內(nèi)存控制器，每個控制器帶有4條內(nèi)存通道，每個通道的速度為6.4Gbps，最大可以訪問32GB(使用兩根16GB內(nèi)存條。這樣一來，每顆POWER7處理器最大可以訪問256GB。注意，在某些POWER7服務(wù)器中，只有一個內(nèi)存控制器會被激活。比如，Power 750和Power 755中用到的

16、POWER7處理器就都只有一個DDR3內(nèi)存控制器，每個處理器卡上只支持8根內(nèi)存。Power 750 Express最大內(nèi)存容量為512GB(4個處理器卡，每卡上有8根內(nèi)存，可用16GB的內(nèi)存條，而Power 755的最大內(nèi)存容量為256GB(4個處理器卡，每卡上有8根內(nèi)存，可用8GB的內(nèi)存條。最小內(nèi)存容量都是8GB，因?yàn)槊客ǖ缹?yīng)的兩個DIMM要成對使用，即最低要用到兩根4GB內(nèi)存。而在Power 770和Power 780中，每個POWER7處理器卡上有兩顆處理器，每顆處理器中有兩個內(nèi)存控制器，每個內(nèi)存控制器對應(yīng)4條內(nèi)存通道，但每個通道只對應(yīng)一個DIMM，因此每塊卡上共有16個DIMM。如果應(yīng)用軟件需要大容量內(nèi)存，POWER7處理器還支持一項(xiàng)“Active Memory Expansion”技術(shù)，通過內(nèi)存壓縮，讓軟件可見的內(nèi)存量最高兩倍于實(shí)際物