將Power指令集開(kāi)源，IBM 是如何咸魚(yú)翻身的？

這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，如果在十年前就這樣做，情況可能會(huì)更好。但是，隨著收購(gòu) Red Hat 后大量注入開(kāi)源精神，IBM 終于邁出了下一步，將其 Power 系列處理器的指令集體系結(jié)構(gòu)開(kāi)源。

IBM 還在推動(dòng) OpenPower 基金會(huì)，它是由谷歌、Mellanox Technologies、英偉達(dá)和 Tyan 在六年前組成，旨在 Linux 基金會(huì)的管理控制下，幫助圍繞 Power 架構(gòu)創(chuàng)建的一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。

IBM 開(kāi)啟 Power 架構(gòu)的漫長(zhǎng)旅程早在很久以前就開(kāi)始了，從 1991 年蘋(píng)果、IBM 和摩托羅拉建立 PowerPC 聯(lián)盟開(kāi)始，正如 IBM 開(kāi)始認(rèn)真對(duì)待 RS/6000 Unix 操作系統(tǒng)的 Power 體系結(jié)構(gòu)一樣，當(dāng)時(shí) Unix 風(fēng)靡一時(shí)，Sun 微系統(tǒng)公司和惠普公司正在圍繞 IBM 的專(zhuān)用主機(jī)和小型計(jì)算機(jī)上盤(pán)旋，如饑餓的狼群，還有一個(gè)非常瘦弱的甲骨文在附近咆哮。幕后，IBM 正準(zhǔn)備將其專(zhuān)有的 AS / 400 企業(yè)系統(tǒng)遷移到一個(gè)帶有 RS/6000 的通用硬件平臺(tái)上，可靠的 Windows 服務(wù)器需要數(shù)年時(shí)間（并且非常簡(jiǎn)單地在 Power Iron 上運(yùn)行），還有一個(gè)年輕的 Linus Torvalds（林納斯·托瓦茲，著名的電腦程序員、黑客） 剛剛創(chuàng)建了第一個(gè) Linux 內(nèi)核（這最終將成為保持 Power Iron 在 HPC 中心特別是在一些企業(yè)數(shù)據(jù)中心中存活的關(guān)鍵）。

歷史悠久而復(fù)雜，但足以說(shuō)明摩托羅拉和 IBM 都面臨著將服務(wù)器級(jí)處理器推向市場(chǎng)的挑戰(zhàn)，向 64 位處理器的轉(zhuǎn)變尤為困難。有趣的是，IBM 在明尼蘇達(dá)州羅切斯特市的 AS / 400 處理器團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)造了一個(gè)非常好的 64 位 PowerPC 芯片，該芯片中還嵌入了雙泵矢量處理器，它并不是奧斯汀的 AIX 設(shè)計(jì)人員所設(shè)計(jì)，這是所有 Power 芯片和系統(tǒng)的核心。最終，Sun 微系統(tǒng)公司的 UltraSparc-III 遇到了麻煩，惠普和 Intel 創(chuàng)造的安騰處理器，也都出現(xiàn)一系列問(wèn)題。這為 IBM 在 21 世紀(jì)初成為攪局者敞開(kāi)了大門(mén)。早在 2001 年，當(dāng) IBM 推出其首款雙核芯片及其第一款時(shí)鐘頻率高于 1 GHz 的處理器時(shí)，也就是 Power4 的“GigaProcessor”， IBM 在 Unix 中大受歡迎，其價(jià)格是 Sun 和惠普在 Unix 中的兩倍，瘋狂地?fù)屨剂耸袌?chǎng)份額。

與此同時(shí)，摩托羅拉 68000 系列芯片也在不斷發(fā)展，它是蘋(píng)果個(gè)人電腦以及無(wú)數(shù)嵌入式控制器的核心。可能今天是 ARM 在統(tǒng)治控制器，但那時(shí)是摩托羅拉 68KS 所控制的，從嵌入式設(shè)備到數(shù)據(jù)中心設(shè)備的統(tǒng)一處理器架構(gòu)首先使用 PowerPC 架構(gòu)完成，實(shí)際上是可以實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)然，從那以后，Unix 市場(chǎng)基本上被運(yùn)行 Linux 和 Windows Server 的 X86 系統(tǒng)所取代，而 Sun 的 SPARC 和惠普的 PA-RISC，以及 Intel 的安騰都已不復(fù)存在。摩托羅拉已經(jīng)將嵌入式控制器市場(chǎng)拱手讓給了 ARM，而 IBM 也一直在努力為 Power 注入活力，先是在 2004 年通過(guò) Power.org 然后在 2013 年的 OpenPower 基金會(huì)。每邁出一步，IBM 都將其技術(shù)進(jìn)一步開(kāi)放，并擴(kuò)大其吸引力。現(xiàn)在的問(wèn)題是，這是否足夠，提升的 AMD 提供了一個(gè) Intel 處理器的替代方案，而 ARM 集體部署了許多優(yōu)秀的處理器，所有的這些處理器都使用它的許可證，許多處理器在不違反 ARM 架構(gòu)的前提下，對(duì) ARM 的設(shè)計(jì)添加了自己的特殊調(diào)整。

盡管 Power 相對(duì)于其他 ISA 具有許多架構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，但是沒(méi)有人說(shuō) OpenPower 基金會(huì)能夠輕松地發(fā)展其生態(tài)系統(tǒng)，但它現(xiàn)在比封閉的架構(gòu)更容易。 Power ISA 免費(fèi)贈(zèng)送也不會(huì)受到影響。

“我們六年前開(kāi)始使用 OpenPower，因?yàn)檫@個(gè)行業(yè)正在經(jīng)歷摩爾定律的衰落，我們需要更強(qiáng)大的系統(tǒng)來(lái)支持 HPC、人工智能和數(shù)據(jù)分析。”IBM OpenPower 總經(jīng)理 Ken King 在接受采訪時(shí)表示。 “我們需要找到其他方法來(lái)提高系統(tǒng)性能，由于處理器的限制，在堆棧上下進(jìn)行集成和創(chuàng)新的能力變得越來(lái)越重要。這導(dǎo)致 NVLink 與 Nvidia 之間的合作，Interconnects 與 Mellanox 的密切關(guān)系以及其他設(shè)備的 OpenCAPI，我們都看出了一些進(jìn)展。但隨著公司轉(zhuǎn)向更開(kāi)放的硬件，我們也看到了行業(yè)的轉(zhuǎn)變。IBM 將 CPU RTL 授權(quán)給其他人，以便他們?cè)O(shè)計(jì)自己的處理器效果有限，因?yàn)闆](méi)有很多人想花很多數(shù)億美元——不是許可費(fèi)用，而是為了全面開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建自己的高端 CPU。我們確實(shí)在開(kāi)放參考設(shè)計(jì)方面取得了一些進(jìn)展，目前有 20 多家供應(yīng)商正在開(kāi)發(fā)基于 power 的系統(tǒng)。我們看到了新興的 RISC-V 體系結(jié)構(gòu)的有趣發(fā)展，hyperscalers 正在雇傭自己的芯片設(shè)計(jì)師，并構(gòu)建自己的 CPU 和互連。他們正在進(jìn)入硬件領(lǐng)域，即使他們不打算成為硬件供應(yīng)商，也要推動(dòng)這一性能?！?/p>

在這種環(huán)境下，現(xiàn)在是開(kāi)啟 Power ISA 的好時(shí)機(jī)，看看它對(duì) RISC-V 和 ARM 以及 AMD 和 Intel 的 X86 架構(gòu)會(huì)有怎樣的反應(yīng)。

為了準(zhǔn)確了解 IBM 正在做什么，它正在開(kāi)放 Power ISA 并將其授予擁有免費(fèi)專(zhuān)利權(quán)力的 OpenPower 基金會(huì)，這意味著公司可以使用 Power ISA 實(shí)現(xiàn)芯片，而無(wú)需支付 IBM 或 OpenPower 一分錢(qián)，并且他們擁有專(zhuān)利權(quán)。King 解釋說(shuō)，公司必須保持與指令集的兼容性，并且有一整套兼容性要求，我們認(rèn)為這些要求和 ARM 一樣嚴(yán)格，如果像 IBM 希望的那樣開(kāi)發(fā)出許多 Power 芯片，就需要維護(hù)運(yùn)行時(shí)兼容性。

OpenPower 基金會(huì)在 Linux 基金會(huì)的保護(hù)傘下工作，它將會(huì)擁有一個(gè)開(kāi)放的治理模式，IBM 與其他 OpenPoundation 基金會(huì)成員有同樣的投票權(quán)，以便將來(lái)可以對(duì) Power ISA 進(jìn)行相同的改變。IBM 將保留對(duì)架構(gòu)進(jìn)行任何更改以滿足其自身需求的權(quán)利，但是所有其他更改都需要獲得成員的多數(shù)票才能確保兼容性。King 說(shuō):“一切都必須遵守合規(guī)準(zhǔn)則，因?yàn)槲覀儾幌Ｍ霈F(xiàn)一堆碎片。”這大概也適用于 IBM。如果公司想要進(jìn)行不合規(guī)的變更，則需要成員一致投票決定。例如，這可能是針對(duì)非常精確的工作負(fù)載集的一些特定指令集。任何人都可以定制一個(gè)芯片，但他們將脫離生態(tài)系統(tǒng)。

除此之外，IBM 還提供了一個(gè)在 FPGA 上實(shí)現(xiàn)的 Power ISA 軟核模型——可能是從 Xilinx 實(shí)現(xiàn)的，而不是 Intel 的 Altera 設(shè)備，人們可以隨意使用。

并且，IBM 還采用了 OpenCAPI 加速器接口及其內(nèi)存接口變體，這是今年推出的 Power9'處理器的一個(gè)關(guān)鍵特性，實(shí)際上它為這些參考提供了 RTL。NCE 為 OpenCAPI 財(cái)團(tuán)設(shè)計(jì)，該財(cái)團(tuán)獨(dú)立于 OpenPower。

需要做一些工作來(lái)減少通信方法和協(xié)議的數(shù)量，這些通信方法和協(xié)議用于將 CPU 彼此連接、連接到加速器和存儲(chǔ)。Gen-Z、CCIX、CXL、OpenCAPI、NVLink、Infinity Fabric——這個(gè)列表變得越來(lái)越長(zhǎng)，它們之間的差異都是破壞性的。我們可能需要一兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，也許這最后一點(diǎn)是我們實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的一步。IBM 只是想讓公司生產(chǎn) OMI 內(nèi)存，我們之前已經(jīng)討論過(guò)這個(gè)問(wèn)題。OpenCAPI 內(nèi)存可能是獲得 HBM 內(nèi)存最大帶寬優(yōu)勢(shì)的最佳方法，不必依賴于堆疊和打包，而是將其保留在 DIMM 形式。

因此，King 正在向 Intel 伸出橄欖枝，就像在上世紀(jì) 90 年代末一樣，當(dāng)時(shí)英飛凌主要由 Intel 和 IBM 創(chuàng)建，以取代 PCI Express。

“OpenCAPI 和 OMI 與架構(gòu)無(wú)關(guān)，我們的目標(biāo)是讓其他人能夠在開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中創(chuàng)建自己的連貫加速器和內(nèi)存接口，”King 說(shuō)。“隨著時(shí)間的推移，我們希望通過(guò) OpenCAPI，能夠與 Intel 合作，將 OpenCAPI 和 CXL 融合為一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)。我們對(duì)此很感興趣，但沒(méi)有透露具體細(xì)節(jié)。”

我們懷疑谷歌、Facebook 以及其他一些公司，對(duì)如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)有很好的想法，這次，他們將對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)如何融合有很大的發(fā)言權(quán)。但有一件事是肯定的：當(dāng)有一兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以做到的時(shí)候，他們就不會(huì)等到六個(gè)。

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