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从发展看应用 Power5与Power6技术对比

http://www.sina.com.cn 2007年05月22日 09:05  中关村在线
作者:中关村在线 王智超
第1页:1997-2007十年POWER技术回顾

  作为用户他们需要了解产品可以满足他们怎样的发展需求,作为技术人员他们需要对产品的特点及新技术有一个初步的了解,作为厂商他们需要让更多用户去了解并使用他们的产品。作为媒体则是一个厂商与用户之间的桥梁。回顾Power架构的发展已经经历了风雨27载,而从第一颗Power处理器的诞生到现在也已经过了18年。时下IBM的高端产品POWER6处理器即将要发布了,在发布前夕,我们就IBM已经发布的POWER5处理器和POWER6处理器进行一个简单的技术对比。通过对比让我们来看看新一代的POWER6处理器有哪些技术变革,另外它给我们在应用方面带来了哪些改变。

  谈到产品对比往往就离不开技术层面上的,在Power5与Power6处理器技术对比之前,我们先来简单地回顾一下从1997年开始到现在IBM所采用的一些新技术。


从发展看应用Power5与Power6技术对比

  1.铜芯片(Copper),1997年9月——出于很多技术原因,大多数人认为在芯片中取代铝线布线基本不可能。但IBM的工作小组克服了这些技术问题,很快地将铜线投入到生产中,其结果使芯片性能立刻得到提高。现在,IBM的开创性技术仍然是行业的标准。

  2.绝缘硅(SOI),1998年8月——绝缘硅(Silicon on Insulator)技术通过在现代芯片上绝缘隔离数以百万计的晶体管,从而实现了功耗的降低和性能的提高。在IBM开发出这项技术前,半导体行业对绝缘硅技术的研究已经进行了15年。

  3.应变硅(Strained Silicon),2001年6月——该项技术可以拉伸芯片内的材料,降低阻抗和加快电子流过晶体管的速度,从而提高性能和降低功耗。

  4.双内核微处理器(Dual-Core Microprocessors),2001年10月——全球第一个双内核微处理器POWER4作为Regatta的一部分发布,Regatta是一款System p服务器,是当时世界上功能最强大的服务器。自此两年多以后——对于技术行业这是一个漫长的时间,我们的第一个竞争对手才将双内核芯片投放市场。

  5.浸没式光刻(Immersion Lithography ),2004年12月——IBM宣布在全球首次采用这项新的制造技术,即可以使芯片尺寸可以做得更小的技术,来生产商用微处理器。

  6.冷冻硅锗芯片(Frozen SiGe Chip),2006年6月——上世纪90年代,IBM首次采用硅锗(SiGe)取代了更加昂贵和不稳定的材料,制造出了尺寸更小、速度更快和成本更低的芯片,这使IBM开始向经营无线产品,如移动电话和路由器的公司销售芯片。去年,IBM通过与NASA提供支持的Georgia科技公司合作,又突破了硅锗技术的限制,向全球展示了第一款能够在500GHz频率以上工作的硅基芯片——通过将芯片冷冻到接近绝对零度来实现。

  7.高电介质(High-k),2007年1月——IBM宣布推出一种解决方案来解决业界最头痛的问题之一,即晶体管电流泄漏问题。通过采用新的材料,IBM将制造出具有“高电介质金属门(High-k metal gates)”的芯片,从而使产品的性能更好、尺寸更小、能源效率更高。

  8.嵌入式动态随机访问存储器(eDRAM),2007年2月——通过在微处理器芯片上采用创新的新型快速动态随机访问存储器(DRAM)取代静态存储器(SRAM),IBM能够实现三倍以上容量的嵌入式内存,并使性能得到极大提高。

  9.三维芯片堆叠(3-D Chip Stacking),2007年4月——IBM宣布采用“穿透硅通道(through-silicon vias)”技术制造三维芯片,穿透硅通道使半导体可以垂直叠放,而原来只能接近水平依次排放,这样就可以将关键线路路径的长度缩短最高达1000倍。

  10.Airgap,2007年5月——使用“自组装”纳米技术,IBM在Power架构的微处理器内数英里长的线路之间创造出一种真空状态,这样就减少了不必要的电容,提高了性能和能源效率。


第2页:POWER5处理器技术特点:

  在2004年5月IBM公司推出了最新研发的POWER 5处理器,它是一款新一代的64位微处理器,适用于64位计算系统,同时还向下兼容32位系统。它除了在性能方面得到明显提高外,在可扩展性、灵活性和可靠性方面也有所加强。POWER5芯片具有27,600万个晶体管,比最初的POWER4芯片(具有17,400万个晶体管)多10,000万个。芯片面积为389平方毫米,包括2313个信号I/O和3057个电源I/O。


从发展看应用Power5与Power6技术对比
POWER5内核结构

  基于Power 4及Power 4+的设计,POWER 5增加了并发多线程能力(SMT),可以将一个处理器转变为两个处理器,从而允许一个芯片同时运行两个应用,由此大大降低了完成一项任务所需要的时间。一个POWER5系统最终将支持多达64个处理器,这样从软件运行角度来看,就好像是128个处理器在工作。

  POWER5的设计是IBM系统设计师、芯片架构设计师、软件工程师和技术人员紧密协作的成果。对于功耗而言,POWER5在不影响性能的前提下使用动态电源管理来显著降低最大功耗。功耗由两部分组成:交换功耗和泄漏功耗,这两项功耗在POWER5中均得到了认真的调整,从而保证了在新的芯片中功耗降为最低。POWER5微处理器将采用130纳米结点CMOS工艺制造,同时采用绝缘硅器件和铜线布线技术。

  就芯片技术而言,Power 5将达到大型机的95%或97%。而且,Power 5几乎能够检测和恢复系统所有错误,其性能估计可达到前一代产品--Power 4的4倍。另外,Power 5还提供了IBM的Fast Path新技术,即在出现问题时,一个微处理器可快速接管问题微处理器所运行的软件任务和其控制的网络、硬盘等硬件设备。

从发展看应用Power5与Power6技术对比
POWER5处理器实物

  据测试POWER 5比他的前任POWER4在性能上提高了40个百分点,POWER5具有和超线程类似的Simultaneous Multithreading功能,所以在软件层面上,系统会把芯片识别为4个同时工作的逻辑处理器,这样系统不论是浮点还是整数运算能力都会提高比原来提高超过50个百分点。POWER5处理器另一个值得注意的是其超大容量的CPU缓存,除了具有1.9MB的片载二级缓存外,POWER5还同时配备了惊人的36MB板载三级缓存,这对提高CPU执行效率和内部带宽有着直接和明显的好处。构架上POWER5处理器还具有硬件层面上的虚拟机技术,通过POWER5的虚拟引擎,多操作系统能在同一个硬件上互不察觉或干扰的情况下同时运行,每个操作系统都能随机的得到十分之一的cpu时间。

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