将Power指令集开源,IBM 是如何咸鱼翻身的?

2019-08-23 16:55:00 来源:EEFOCUS
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这是一个漫长的过程,如果在十年前就这样做,情况可能会更好。但是,随着收购Red Hat后大量注入开源精神,IBM终于迈出了下一步,将其Power系列处理器的指令集体系结构开源。

 

 

IBM还在推动OpenPower基金会,它是由谷歌、Mellanox Technologies、英伟达和Tyan在六年前组成,旨在Linux基金会的管理控制下,帮助围绕Power架构创建的一个生态系统。

 

IBM开启Power架构的漫长旅程早在很久以前就开始了,从1991年苹果、IBM和摩托罗拉建立PowerPC联盟开始,正如IBM开始认真对待RS/6000 Unix操作系统的Power体系结构一样,当时Unix风靡一时,Sun微系统公司和惠普公司正在围绕IBM的专用主机和小型计算机上盘旋,如饥饿的狼群,还有一个非常瘦弱的甲骨文在附近咆哮。幕后,IBM正准备将其专有的AS / 400企业系统迁移到一个带有RS/6000的通用硬件平台上,可靠的Windows服务器需要数年时间(并且非常简单地在Power Iron上运行),还有一个年轻的Linus Torvalds(林纳斯·托瓦兹,著名的电脑程序员、黑客) 刚刚创建了第一个Linux内核(这最终将成为保持Power Iron在HPC中心特别是在一些企业数据中心中存活的关键)。

 

历史悠久而复杂,但足以说明摩托罗拉和IBM都面临着将服务器级处理器推向市场的挑战,向64位处理器的转变尤为困难。有趣的是,IBM在明尼苏达州罗切斯特市的AS / 400处理器团队,创造了一个非常好的64位PowerPC芯片,该芯片中还嵌入了双泵矢量处理器,它并不是奥斯汀的AIX设计人员所设计,这是所有Power芯片和系统的核心。最终,Sun 微系统公司的UltraSparc-III遇到了麻烦,惠普和Intel创造的安腾处理器,也都出现一系列问题。这为IBM在21世纪初成为搅局者敞开了大门。早在2001年,当IBM推出其首款双核芯片及其第一款时钟频率高于1 GHz的处理器时,也就是Power4的“GigaProcessor”, IBM在Unix中大受欢迎,其价格是Sun和惠普在Unix中的两倍,疯狂地抢占了市场份额。

 

与此同时,摩托罗拉68000系列芯片也在不断发展,它是苹果个人电脑以及无数嵌入式控制器的核心。可能今天是ARM在统治控制器,但那时是摩托罗拉68KS所控制的,从嵌入式设备到数据中心设备的统一处理器架构首先使用PowerPC架构完成,实际上是可以实现的。

 

当然,从那以后,Unix市场基本上被运行Linux和Windows Server的X86系统所取代,而Sun的SPARC和惠普的PA-RISC,以及Intel的安腾都已不复存在。摩托罗拉已经将嵌入式控制器市场拱手让给了ARM,而IBM也一直在努力为Power注入活力,先是在2004年通过Power.org然后在2013年的OpenPower 基金会。每迈出一步,IBM都将其技术进一步开放,并扩大其吸引力。现在的问题是,这是否足够,提升的AMD提供了一个Intel处理器的替代方案,而ARM集体部署了许多优秀的处理器,所有的这些处理器都使用它的许可证,许多处理器在不违反ARM架构的前提下,对ARM的设计添加了自己的特殊调整。

 

 

尽管Power相对于其他ISA具有许多架构上的优势,但是没有人说OpenPower基金会能够轻松地发展其生态系统,但它现在比封闭的架构更容易。 Power ISA免费赠送也不会受到影响。

 

“我们六年前开始使用OpenPower,因为这个行业正在经历摩尔定律的衰落,我们需要更强大的系统来支持HPC、人工智能和数据分析。”IBM OpenPower总经理Ken King在接受采访时表示。 “我们需要找到其他方法来提高系统性能,由于处理器的限制,在堆栈上下进行集成和创新的能力变得越来越重要。这导致NVLink与Nvidia之间的合作,Interconnects与Mellanox的密切关系以及其他设备的OpenCAPI,我们都看出了一些进展。但随着公司转向更开放的硬件,我们也看到了行业的转变。IBM将CPU RTL授权给其他人,以便他们设计自己的处理器效果有限,因为没有很多人想花很多数亿美元——不是许可费用,而是为了全面开发,创建自己的高端CPU。我们确实在开放参考设计方面取得了一些进展,目前有20多家供应商正在开发基于power的系统。我们看到了新兴的RISC-V体系结构的有趣发展,hyperscalers正在雇佣自己的芯片设计师,并构建自己的CPU和互连。他们正在进入硬件领域,即使他们不打算成为硬件供应商,也要推动这一性能。”

 

在这种环境下,现在是开启Power ISA的好时机,看看它对RISC-V和ARM以及AMD和Intel的X86架构会有怎样的反应。

 

为了准确了解IBM正在做什么,它正在开放Power ISA并将其授予拥有免费专利权力的OpenPower基金会,这意味着公司可以使用Power ISA实现芯片,而无需支付IBM或OpenPower一分钱,并且他们拥有专利权。King解释说,公司必须保持与指令集的兼容性,并且有一整套兼容性要求,我们认为这些要求和ARM一样严格,如果像IBM希望的那样开发出许多Power芯片,就需要维护运行时兼容性。

 

OpenPower基金会在Linux基金会的保护伞下工作,它将会拥有一个开放的治理模式,IBM与其他OpenPoundation基金会成员有同样的投票权,以便将来可以对Power ISA进行相同的改变。IBM将保留对架构进行任何更改以满足其自身需求的权利,但是所有其他更改都需要获得成员的多数票才能确保兼容性。King说:“一切都必须遵守合规准则,因为我们不希望出现一堆碎片。”这大概也适用于 IBM。如果公司想要进行不合规的变更,则需要成员一致投票决定。例如,这可能是针对非常精确的工作负载集的一些特定指令集。任何人都可以定制一个芯片,但他们将脱离生态系统。

 

除此之外,IBM还提供了一个在FPGA上实现的Power ISA软核模型——可能是从Xilinx实现的,而不是Intel的Altera设备,人们可以随意使用。

 

并且,IBM还采用了OpenCAPI加速器接口及其内存接口变体,这是今年推出的Power9'处理器的一个关键特性,实际上它为这些参考提供了RTL。NCE为OpenCAPI财团设计,该财团独立于OpenPower。

 

需要做一些工作来减少通信方法和协议的数量,这些通信方法和协议用于将CPU彼此连接、连接到加速器和存储。Gen-Z、CCIX、CXL、OpenCAPI、NVLink、Infinity Fabric——这个列表变得越来越长,它们之间的差异都是破坏性的。我们可能需要一两个标准,也许这最后一点是我们实现目标的一步。IBM只是想让公司生产OMI内存,我们之前已经讨论过这个问题。OpenCAPI内存可能是获得HBM内存最大带宽优势的最佳方法,不必依赖于堆叠和打包,而是将其保留在DIMM形式。

 

因此,King正在向Intel伸出橄榄枝,就像在上世纪90年代末一样,当时英飞凌主要由Intel和IBM创建,以取代PCI Express。

 

“OpenCAPI和OMI与架构无关,我们的目标是让其他人能够在开放标准环境中创建自己的连贯加速器和内存接口,”King说。“随着时间的推移,我们希望通过OpenCAPI,能够与Intel合作,将OpenCAPI和CXL融合为一个共同的标准。我们对此很感兴趣,但没有透露具体细节。”

 

我们怀疑谷歌、Facebook以及其他一些公司,对如何实现这一目标有很好的想法,这次,他们将对这些标准如何融合有很大的发言权。但有一件事是肯定的:当有一两个标准可以做到的时候,他们就不会等到六个。

 

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