將Power指令集開源，IBM 是如何咸魚翻身的？

這是一個漫長的過程，如果在十年前就這樣做，情況可能會更好。但是，隨著收購 Red Hat 后大量注入開源精神，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)開源。

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

IBM 開啟 Power 架構(gòu)的漫長旅程早在很久以前就開始了，從 1991 年蘋果、IBM 和摩托羅拉建立 PowerPC 聯(lián)盟開始，正如 IBM 開始認(rèn)真對待 RS/6000 Unix 操作系統(tǒng)的 Power 體系結(jié)構(gòu)一樣，當(dāng)時 Unix 風(fēng)靡一時，Sun 微系統(tǒng)公司和惠普公司正在圍繞 IBM 的專用主機(jī)和小型計算機(jī)上盤旋，如饑餓的狼群，還有一個非常瘦弱的甲骨文在附近咆哮。幕后，IBM 正準(zhǔn)備將其專有的 AS / 400 企業(yè)系統(tǒng)遷移到一個帶有 RS/6000 的通用硬件平臺上，可靠的 Windows 服務(wù)器需要數(shù)年時間（并且非常簡單地在 Power Iron 上運(yùn)行），還有一個年輕的 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 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，但足以說明摩托羅拉和 IBM 都面臨著將服務(wù)器級處理器推向市場的挑戰(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)計人員所設(shè)計，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)一系列問題。這為 IBM 在 21 世紀(jì)初成為攪局者敞開了大門。早在 2001 年，當(dāng) IBM 推出其首款雙核芯片及其第一款時鐘頻率高于 1 GHz 的處理器時，也就是 Power4 的“GigaProcessor”， IBM 在 Unix 中大受歡迎，其價格是 Sun 和惠普在 Unix 中的兩倍，瘋狂地?fù)屨剂耸袌龇蓊~。

與此同時，摩托羅拉 68000 系列芯片也在不斷發(fā)展，它是蘋果個人電腦以及無數(shù)嵌入式控制器的核心?？赡芙裉焓?ARM 在統(tǒng)治控制器，但那時是摩托羅拉 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 Power.org 然后在 2013 年的 OpenPower 基金會。每邁出一步，IBM 都將其技術(shù)進(jìn)一步開放，并擴(kuò)大其吸引力?，F(xiàn)在的問題是，這是否足夠，提升的 AMD 提供了一個 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 ARM 的設(shè)計添加了自己的特殊調(diào)整。

盡管 Power 相對于其他 ISA 具有許多架構(gòu)上的優(yōu)勢，但是沒有人說 OpenPower 基金會能夠輕松地發(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)贈送也不會受到影響。

“我們六年前開始使用 OpenPower，因?yàn)檫@個行業(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)來支持 HPC、人工智能和數(shù)據(jù)分析?！盜BM OpenPower 總經(jīng)理 Ken King 在接受采訪時表示。 “我們需要找到其他方法來提高系統(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，以便他們設(shè)計自己的處理器效果有限，因?yàn)闆]有很多人想花很多數(shù)億美元——不是許可費(fèi)用，而是為了全面開發(fā)，創(chuàng)建自己的高端 CPU。我們確實(shí)在開放參考設(shè)計方面取得了一些進(jìn)展，目前有 20 多家供應(yīng)商正在開發(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，也要推動這一性能?！?/p>

在這種環(huán)境下，現(xiàn)在是開啟 Power ISA 的好時機(jī)，看看它對 RISC-V 和 ARM 以及 AMD 和 Intel 的 X86 架構(gòu)會有怎樣的反應(yīng)。

為了準(zhǔn)確了解 IBM 正在做什么，它正在開放 Power ISA 并將其授予擁有免費(fèi)專利權(quán)力的 OpenPower 基金會，這意味著公司可以使用 Power ISA 實(shí)現(xiàn)芯片，而無需支付 IBM 或 OpenPower 一分錢，并且他們擁有專利權(quán)。King 解釋說，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 希望的那樣開發(fā)出許多 Power 芯片，就需要維護(hù)運(yùn)行時兼容性。

OpenPower 基金會在 Linux 基金會的保護(hù)傘下工作，它將會擁有一個開放的治理模式，IBM 與其他 OpenPoundation 基金會成員有同樣的投票權(quán)，以便將來可以對 Power ISA 進(jìn)行相同的改變。IBM 將保留對架構(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:“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?！边@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'處理器的一個關(guān)鍵特性，實(shí)際上它為這些參考提供了 RTL。NCE 為 OpenCAPI 財團(tuán)設(shè)計，該財團(tuán)獨(dú)立于 OpenPower。

需要做一些工作來減少通信方法和協(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。Gen-Z、CCIX、CXL、OpenCAPI、NVLink、Infinity Fabric——這個列表變得越來越長，它們之間的差異都是破壞性的。我們可能需要一兩個標(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)討論過這個問題。OpenCAPI 內(nèi)存可能是獲得 HBM 內(nèi)存最大帶寬優(yōu)勢的最佳方法，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)無關(guān)，我們的目標(biāo)是讓其他人能夠在開放標(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?！半S著時間的推移，我們希望通過 OpenCAPI，能夠與 Intel 合作，將 OpenCAPI 和 CXL 融合為一個共同的標(biāo)準(zhǔn)。我們對此很感興趣，但沒有透露具體細(xì)節(jié)?！?/p>

我們懷疑谷歌、Facebook 以及其他一些公司，對如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)有很好的想法，這次，他們將對這些標(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)有一兩個標(biāo)準(zhǔn)可以做到的時候，他們就不會等到六個。

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