图解IBM新一代小型机巅峰之作POWER7.docx

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图解IBM新一代小型机巅峰之作POWER7

图解IBM新一代小型机巅峰之作POWER7

  2010年02月23日 00:

17  IT

　　日前，IBM公司发布了新一代的POWER7处理器及4款新的小型机服务器——Power750Express、Power755、Power770和Power780。

POWER7是IBM自2007年5月推出上一代产品POWER6以来的最新巅峰之作，也把UNIX服务器推向了新的高度。

因此，在过去两年，该产品还未发布时，就已经引发了全球业界的广泛关注。

那么，POWER7为我们带来了哪些新的惊喜呢?

下面通过丰富的图表解读，带你一起揭开她的面纱。

　　先来几张POWER7的炫图：

　　POWER7Vs.POWER6

　　告别POWER6的65纳米工艺，POWER7采用的是IBM最新45纳米Silicon-on-Insulator、铜互连工艺技术，并通过创新的eDRAM实现了大容量的片上L3缓存。

一颗POWER7处理器在567平方毫米的芯片上集成了12亿个晶体管，拥有8个处理器内核，带有12个执行单元、每核256KBL2缓存和32MB共享片上L3缓存，主频在3.0-4.14GHz之间。

　　POWER7处理器实物图

　　POWER7芯片结构示意图

　　POWER7服务器全家福

　　跟上一代的POWER6相比，虽然POWER7的主频从过去的5GHz减到了现在的4.14GHz，但POWER7在多核、多线程方面却取得了“跨越式”的提升——POWER6只有双核，而POWER7达到了8核，且每核最多可以并行执行4条线程。

可见，POWER7仍然在高主频和多核之间取得了“不可能”的平衡，要知道市场上其他多核处理器仍然在2-3GHz的层面上徘徊。

　　而让笔者感触更深的是，POWER7明显更加智能、更加灵活，内核数、主频、功耗、缓存等方面均可以根据应用负载的需求进行动态调节，而这主要得益于IBM在智能缓存、智能功耗、智能线程、TurboCore等方面的创新。

　　POWER7与POWER6、POWER6+的规格对比

　　四款全新的POWER7服务器

　　此次发布的基于POWER7的服务器有4款——Power750Express、Power755、Power770和Power780。

其中，同样是4U外形设计，Power750Express主要面向商业应用，而Power755主要针对高性能计算。

Power770和Power780的定位更加高端，其中Power780还带有先进的TurboCore功能，后面会讲到。

其主要规格区别如下表所示：

规格

IBMPower750Express

IBMPower755

IBMPower770

IBMPower780

处理器

1-4个Socket，每颗POWER7有6或8核

4个Socket，8核POWER7，支持AltiVecSIMDacceleration

最大64个POWER7内核3.10GHz或最大48个POWER7内核3.50GHz

最大64个POWER7内核3.80GHz或最大32个POWER7内核4.10GHz

主频（最小/最大）

6核3.30GHz;8核3.00/3.30/3.55GHz

3.30GHz

3.10/3.50GHz

3.80/4.10GHz

内存（标配/最大）

8GB/256GB

128GB/256GB

32GB/2TB

32GB/2TB

内置存储容量（标准/最大）

73.4GB/2.4TB

73.4GB/2.4TB

73.4GB15Krpmupto7.2TB10Krpm（withinCEC）

73.4GB15Krpmupto7.2TB10Krpm（withinCEC）

编辑点评

最可能“热卖”的经济型POWER7服务器，足以满足大部分企业在虚拟化整合、数据库等方面的应用。

主要针对高性能并行计算环境，通过使用12X InfiniBand最多可以连结成拥有64个Power755节点、2048颗POWER7内核的大型集群，期待在今年6月份和11月份全球TOP500中的表现。

服务器整合、大型数据库、ERP/CRM等大规模交易处理的可靠平台，是企业私有云理想的“发动机”。

与Power770相似，但各方面的配置更高，是目前IBMPOWER7产品线中的旗舰。

　　1）Power750Express和Power755

　　跟我们常见的一些PC服务器不同，POWER7的处理器并不是直接插在主板上的，而是与内存一起做成一块处理器卡，然后再插在主板上。

比如Power750Express就可以插1-4块这样的POWER7处理器卡，卡上带8根DDR3内存插槽。

而Power755由于定位为高性能计算节点，因此配置上比Power750Express更高，会插满4块POWER7处理器卡，每颗处理器带有8个3.3GHz的内核，而不象Power750Express有6核、8核、不同主频等多个版本选择。

　　Power750Express的前视图与后视图

　　Power750Express和Power755的规格对比如下表所示：

　　下面就是Power750Express和Power755所使用的处理器卡，每块卡可插1颗POWER7处理器（6核或8核），同时配备8个DDR3DIMM内存插槽。

   下面是Power750Express和Power755的俯视图，这两款产品均支持1-4块处理器卡。

　　2）Power770和Power780

　　IBMPower770和Power780是IBM公司基于最新POWER7处理器构建的模块化、机架式、SMP服务器，由1-4个节点组成，每个节点为4U高、19英寸宽的标准机架设计。

　　多个节点机箱之间通过SMPFlex线缆按照一定的规则顺序连接起来。

　　每个节点机箱中有一个POWER7处理器卡，每块卡上有两颗处理器和16个DDR3内存DIMM。

借助CapacityonDemand（CoD）功能，Power770可以从最低的4核配置开始，按每次激活一个内核的方式进行增加内核数，从而有更好的灵活扩展性。

Power770中的处理器卡示意图

POWER7的多个版本

　　在了解了上述基本情况之后，让我们回归正传：

智能的POWER7!

　　首先，POWER7处理器拥有不同内核数的多个版本，以满足不同的应用需要。

虽然POWER7的基本设计是8核，带有32MB片上L3缓存（每核4MB），但POWER7也有4核心和6核心的版本。

相应地，L3缓存也是根据内核数量来设置的，比如6核版本拥有24MB，而4核版本只有16MB。

这些不同版本的POWER7分别用到了上述四款新的小型机服务器当中。

　　下面是Power750Express和Power755的处理器配置对比，可见面向商业应用的Power750拥有更灵活的配置选择，以应对不同的应用场景。

　　Power750Express中有6核与8核版本的POWER7

　　在高端的Power770中，可选3.1GHz的8核POWER7处理器版本，或3.5GHz的6核POWER7处理器版本;而Power780则使用主频更高的POWER7处理器——3.86GHz的8核芯片或4.14GHz的4核芯片。

　　Power770和Power780的不同POWER7版本，有4-8核的设计

　　其实，对于Power780来说，真正不同的地方在于，它使用了特有的TurboCore模式来进行性能优化，激活不同的内核数与主频。

在TurboCore模式下，由于内核可以访问额外的缓存，获得额外的主频，使得每核性能得以大大提升。

　　具体来说，就是任何一台Power780，在标准模式（MaxCore）下，最大可以扩展到64个内核（主频为3.86GHz），所有内核全部用满，每颗处理器上的8个核共享32MBL3缓存;而在TurboCore模式下，只有4个内核被激活，因此最大可以扩展到32个核，但主频可以运行在4.14GHz，每核的缓存自然也提高两倍（每处理器上的4个核共享32MBL3缓存）。

智能线程

　　除了多核，下面值得一提的就是多线程。

POWER7新增加了SMT4技术，使得每个内核最多可以并行执行4条指令线程，当然每核也可以执行单个线程（SMT1模式）或两个线程（SMT2模式）。

SMT4可以大大提高POWER7处理器核的工作效率，这也是目前IBM公司在多线程技术开发上的最新进展。

　　IBM的多线程技术演变

　　正是由于POWER7支持三种不同的SMT模式，使得用户可以灵活的根据自己的应用来选择，以满足对计算性能、吞吐带宽、能耗和工作负载的不同需求。

　　为此，IBM在POWER7中引入一个新的功能：

智能线程（IntelligentThreads），可以根据工作负载要求进行设置不同的多线程模式，系统可以自动选择，也可以由管理员进行手动设置——使用多线程，可以提高POWER7的并行吞吐量，使用单线程，可以提高POWER7的计算性能。

比如，数据库类应用往往需要非常快的处理器，以便用最高速度来处理交易;而WEB负载则往往会将WEB请求拆分成多个部分来并行处理。

智能缓存

　　同样，POWER7的智能性还表现在L3缓存的设置上，通过“智能缓存”技术，可以优化POWER7对L3缓存的访问，以尽量减小系统的缓存延迟。

　　可动态共享的L3缓存

　　在POWER7中，虽然每个内核都拥有自己的L3缓存区（FastLocalRegionofL3cache（FLR-L3）），但也可以共享缓存的方式灵活访问其他核的缓存区。

这些都可以根据需要来设置。

跟传统的方式（SDRAM）相比，通过在POWER7芯片上使用这种动态的共享L3缓存技术（eDRAM）,不仅可以让带宽增倍，减少延迟，也可以减少对晶体管的占用，从而减少芯片面积，降低功耗。

智能功耗

　　对于POWER7的设计人员来说，如何降低功耗一直是一个非常重要的因素。

IBM为此采用了“智能功耗”（IntelligentEnergy）特性，可以在功耗与性能之间进行更灵活的平衡。

比如，有一项智能功耗特性EnergyScale，可以与IBM的功耗管理软件IBMSystemsDirectorActiveEnergyManager一起配合，根据热量温度与系统利用率等指标来动态调节处理器的运算速度。

据称其每瓦性能是Intelx86系统的两倍，SunSPARC系统的4倍，惠普安腾服务器的8倍。

POWER7全面转向DDR3内存

　　最好，我们来看看内存支持情况。

为了更大的内存带宽和内存容量，所有POWER7服务器都支持全新的DDR3内存，不再支持DDR2内存。

　　POWER7中最多有两个DDR3内存控制器，每个控制器带有4条内存通道，每个通道的速度为6.4Gbps，最大可以访问32GB（使用两根16GB内存条）。

这样一来，每颗POWER7处理器最大可以访问256GB。

注意，在某些POWER7服务器中，只有一个内存控制器会被激活。

　　比如，Power750和Power755中用到的POWER7处理器就都只有一个DDR3内存控制器，每个处理器卡上只支持8根内存。

Power750Express最大内存容量为512GB（4个处理器卡，每卡上有8根内存，可用16GB的内存条），而Power755的最大内存容量为256GB（4个处理器卡，每卡上有8根内存，可用8GB的内存条）。

最小内存容量都是8GB，因为每通道对应的两个DIMM要成对使用，即最低要用到两根4GB内存。

　　而在Power770和Power780中，每个POWER7处理器卡上有两颗处理器，每颗处理器中有两个内存控制器，每个内存控制器对应4条内存通道，但每个通道只对应一个DIMM，因此每块卡上共有16个DIMM。

　　如果应用软件需要大容量内存，POWER7处理器还支持一项“ActiveMemoryExpansion”技术，通过内存压缩，让软件可见的内存量最高两倍于实际物理内存。

IBM表示通过该技术，SAP软件可用内存量比系统实际内存可多出50%，可处理业务量将增加65%。

　　另外，POWER7服务器提供了非常丰富的I/O扩展接口和协议，支持GX+、PCI-X、PCIExpress、千兆以太网、万兆以太网、串行系统接口、iSCSI、SAS、SCSI、FCoE、Infiniband等等，以便连接各种网络、存储、外设、管理等设备。

在操作系统、系统管理、能源管理、虚拟化、高可用等方面，还有很多功能特性、配套软硬件产品供选择。

本文就不一一涉及了，需要了解的朋友可以参考IBM官方网站。