โปรเซสเซอร์ Power5 ของ IBM ควรค่าแก่การดูเป็นครั้งที่สอง

หากทุกสิ่งเท่าเทียมกันและ IBM ทำให้ระบบของตนสามารถเข้าถึงได้เช่นเดียวกับที่ Dell และ Hewlett-Packard ทำได้โปรเซสเซอร์ IBM Power5 สามารถฝัง Itanium 2 ของ Intel ได้เปิดตัวครั้งแรกเมื่อฤดูร้อนปีที่แล้ว Power5 เป็นหนึ่งในสองหมัดซึ่งเป็นชัยชนะของวิศวกรรมจาก บริษัท ที่มีความเชี่ยวชาญไม่เพียง แต่ในด้านการออกแบบโปรเซสเซอร์ แต่ยังรวมถึงศาสตร์ย่อยของการผลิตชิปและบรรจุภัณฑ์ด้วย

แน่นอนว่า Power5 นั้นเร็วมาก แต่ยังสามารถมองได้ว่าเป็นความพยายามอย่างจริงจังครั้งแรกของ IBM ในการตอบสนองความต้องการของลูกค้านอกเหนือจากความเร็ว Power5 นำเสนอประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้นและความสามารถในการปรับขนาดที่ยอดเยี่ยมรองรับระบบปฏิบัติการที่ไม่ใช่ของ IBM (รวมถึง Linux และ Windows) และนำเสนอการแบ่งพาร์ติชันและการจำลองเสมือนที่เทคโนโลยีของ Intel ในปัจจุบันไม่ตรงกัน

Power5 ยังแสดงให้เห็นถึงเวิร์กสเตชันและเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้ PowerPC แบบ 64 บิตรุ่นใหม่จากพันธมิตรที่ยาวนานของ IBM ใน Power, Apple Computer และเมื่อเร็ว ๆ นี้ไอบีเอ็มได้ดึงการเคลื่อนไหวที่ไม่คาดคิดสำหรับ บริษัท ที่สร้างขึ้นจากสิทธิบัตรโดยการเผยแพร่สถาปัตยกรรมและเครื่องมือ Power ภายใต้ใบอนุญาตแบบเปิด

มีหลายวิธีที่อิทธิพลของ Power5 จะไปถึงนอกเหนือจากฐานลูกค้าที่มีส้นสูงของ IBM แม้ว่า IBM จะขายเซิร์ฟเวอร์ Itanium 2, Opteron และ Xeon แต่ดูเหมือนว่า บริษัท ตั้งใจอย่างชัดเจนในการวางระบบ Power5 ไว้ในมือของผู้ดูแลระบบ Linux และ Windows ไม่ว่าจะเหมาะสมกับลูกค้าหรือไม่ แต่กล้ามเนื้อทางเทคนิคที่แท้จริงของ Power5 และความโชคดีที่ไม่แน่นอนของสถาปัตยกรรม Itanium ต้องการโปรเซสเซอร์เรือธงของ IBM ที่จะเดินทางภายใต้กล้องจุลทรรศน์ของเรา

ความลับของพลัง

ไอบีเอ็มดึงดูดคนที่มีจิตใจที่สดใสที่สุดวิศวกรที่สมควรได้รับฉายาว่า "นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์" ในช่วงทศวรรษที่ 1980 นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ได้ปรุงสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ที่สร้างขึ้นเพื่อประสิทธิภาพ: IBM 801 ซึ่งเป็นโปรเซสเซอร์ RISC ดั้งเดิม มรดกของ 801 ยังคงอยู่ในซีรีส์ IBM Power ของโปรเซสเซอร์ระดับองค์กร

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโปรเซสเซอร์ RISC และโปรเซสเซอร์ CISC เช่น x86 ของ Intel สามารถมองได้ว่าเป็นการชักเย่อระหว่างโปรแกรมเมอร์และนักออกแบบชิป โปรเซสเซอร์ CISC ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำให้ชีวิตของนักพัฒนาแอปพลิเคชันง่ายขึ้นโดยการลดการดำเนินการทั่วไปให้เหลือเพียงคำสั่งเนทีฟที่ดำเนินการเป็นเวลานานทำให้ CISC มีชื่อเสียงในด้านการออกแบบที่ช้า แต่เป็นมิตร เมื่อเทียบในแง่นั้น RISC รวดเร็วและไม่เป็นมิตร คำแนะนำง่ายๆแต่ละคำสั่งมีวัตถุประสงค์ที่แคบมากดำเนินการอย่างรวดเร็วและขนานกันได้ดีเป็นพิเศษ RISC ต้องการโปรแกรมเมอร์ที่อดทนมีพรสวรรค์และคอมไพเลอร์ที่ได้รับการปรับแต่งอย่างพิถีพิถัน ความสำเร็จของ RISC เป็นเครื่องยืนยันถึงทั้งสองอย่างมากมาย

แอตทริบิวต์ Power5 ที่รู้จักกันดีคือการรวมแกน RISC สองคอร์ที่แยกจากกันบนชิปตัวเดียว ประกาศจาก AMD, Intel และ Sun Microsystems เกี่ยวกับโปรเซสเซอร์มัลติคอร์ที่กำลังจะมาถึงโดยเน้นที่ความสนใจในด้านนี้ของ Power5 แต่มัลติคอร์ก็เป็นคุณสมบัติของ Power4 และ Power4 + รุ่นก่อน จากข้อมูลของ IBM Power5 สามารถทำงานร่วมกับไฟล์ปฏิบัติการ Power4 ได้อย่างสมบูรณ์ สิ่งที่น่าประหลาดใจของมัลติคอร์คือการส่งมอบความฝันของท่อที่มีความเร็วมากขึ้นในพื้นที่ที่น้อยลงโดยไม่มีความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด แต่อย่างที่คุณจะเห็นว่ามัลติคอร์ไม่ใช่แค่ SMP บนชิป

ประการหนึ่งคอร์ของ Power5 แชร์แคชระดับ 2 ที่เร็วมาก ความเร็วและปริมาณแคชเป็นปัจจัยหนึ่งในการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์ทั้งหมด (วิวัฒนาการของ x86 แสดงให้เห็นว่า Intel หมกมุ่นอยู่กับแคชอย่างเต็มที่) ด้วยคำแนะนำง่ายๆที่บินผ่านซีพียู RISC อย่างรวดเร็วประสิทธิภาพของแคชในการลดจำนวนการเดินทางไปยัง RAM กลายเป็นกุญแจสำคัญในการออกแบบทั้งหมด

แคชระดับ 2 ของ Power5 รวมน้อยกว่า 2MB ด้วยแคชที่ใช้ร่วมกันข้อมูลที่ดึงมาจากหนึ่งคอร์จะพร้อมใช้งานไปยังอีกคอร์หนึ่งทันทีเพิ่มความเป็นไปได้ที่การดึงข้อมูลคำสั่งโปรแกรมถัดไปหรือบล็อกข้อมูลจะไม่ต้องเดินทางไปยัง RAM ที่มีประสิทธิภาพ แต่แคชที่ใช้ร่วมกันยังทำให้มีโอกาสมากขึ้นที่คอร์จะพยายามเข้าถึงแคชในเวลาเดียวกันซึ่งไม่สามารถทำได้

IBM ใช้ตัวหยุดการช่วงชิงแคชโดยแบ่งแคชระดับ 2 ออกเป็นสามเซ็กเมนต์ การออกแบบนี้อนุญาตให้เข้าถึงแคชได้พร้อมกันตราบเท่าที่แกนทั้งสองกดปุ่มแคชส่วนต่างๆ IBM มีโซลูชันที่สร้างสรรค์อีกวิธีหนึ่งสำหรับปัญหาการโต้แย้งแคชระดับ 2: แคชภายนอกระดับ 3 ขนาด 36MB แต่ละคอร์เป็นเจ้าของแคชระดับ 3 โดยเฉพาะดังนั้นจึงไม่มีความเป็นไปได้ที่จะเกิดความขัดแย้งระหว่างคอร์ แม้ว่าแคชระดับ 3 จะไม่เร็วเท่าระดับ 2 แต่ระดับ 3 นั้นเร็วกว่าหน่วยความจำหลักมากและการออกแบบของ Power5 ทำให้การเชื่อมต่อระหว่างแกนกลางและแคชระดับ 3 ที่เกี่ยวข้องเป็นลิงก์โดยตรง เราถือว่าการปรับเปลี่ยนการออกแบบแคชระดับ 3 ของไอบีเอ็มเป็นหนึ่งในการออกแบบอันดับต้น ๆ ที่ชนะใน Power5

การได้รับ Power5 ที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งคือตัวควบคุมหน่วยความจำบนชิป Power5 แต่ละคอร์มีคอนโทรลเลอร์ของตัวเองและสามารถจัดการบล็อกหน่วยความจำหลักเฉพาะได้ สิ่งนี้มีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพโดยรวมดังที่เราได้เห็นในการเปรียบเทียบปริมาณหน่วยความจำของ Opteron และ Xeon เป็นต้น และในกรณีของ Power5 การออกแบบนั้นเข้ากับกลยุทธ์ของ IBM ในการขนานหลายระดับ

สองไม่เพียงพอ

Power5 ไม่ใช่แค่ดูอัลคอร์ มันใช้ระบบอำนวยความสะดวก SMT (พร้อมกันหลายเธรด) ของ Power4 ซึ่งทำให้แต่ละคอร์มีความสามารถในการดำเนินการคำสั่งจากสองเธรดพร้อมกันภายใต้เงื่อนไขบางประการ SMT นั้นคล้ายกับ HTT (Hyper-Threading Technology) ของ Intel แต่มีข้อดีที่แตกต่างกันซึ่งทำให้“ เงื่อนไขบางอย่าง” กว้างขึ้นและเพิ่มประสิทธิภาพการขนานแบบไดนามิกโดยการวิเคราะห์และจัดลำดับความสำคัญของเธรดเพื่อให้การดำเนินการแบบขนานมีประสิทธิภาพมากขึ้นเราคิดว่ามีประสิทธิภาพมากขึ้น แม้ว่าจะเป็นการยากที่จะแยกออกจากการทดสอบ แต่การใช้งาน Power5 ก็ควรจะดีกว่าการเพิ่มสูงสุด 30 เปอร์เซ็นต์ที่ Intel โครงการสำหรับ HTT

Power5 เพิ่มโครงร่างการจัดลำดับความสำคัญของเธรดพื้นฐานสองแบบ แต่จำเป็นมาก Dynamic Resource Balancing พยายามทำให้สตรีมคำสั่งไหลลื่นโดยการวิเคราะห์พฤติกรรมของเธรดและโดยการไซด์โค้ดที่อาจทำให้สตรีม SMT ช้าลง ตัวอย่างเช่นคำสั่งที่ต้องดำเนินการตามลำดับเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้องสามารถล็อกเธรดนั้นไว้ในโปรเซสเซอร์ชั่วขณะ Power5 พยายามทำนายสิ่งนี้และเรียกใช้คำสั่งที่ง่ายขึ้นจนกว่าจะมีที่ว่างในการดำเนินการตามลำดับโดยไม่ทำให้ SMT อุดตัน

ในการออกแบบที่ยอดเยี่ยมอีกอย่างหนึ่งลำดับความสำคัญของเธรดที่ปรับได้ของ Power5 ช่วยให้ระบบปฏิบัติการไดรเวอร์และแอปพลิเคชันมีความสามารถในการกำหนดระดับความสำคัญโดยพลการให้กับเธรด ลำดับความสำคัญของเธรดที่กำหนดโดยแอปพลิเคชันนี้จะรวมอยู่ในการคำนวณ Dynamic Resource Balancing และใช้ในวงกว้างมากขึ้นเพื่อกำหนดระยะเวลาที่เธรดยังคงทำงานอยู่ใน CPU นอกจากนี้ยังช่วยให้ระบบปฏิบัติการเป็นวิธีง่ายๆในการควบคุมการประหยัดพลังงาน

หากคุณมีเธรดที่มีลำดับความสำคัญสูงจำนวนมากกำลังทำงานอยู่กล่องจะร้อน แต่เมื่อระบบปฏิบัติการลดลำดับความสำคัญของเธรดลงซีพียูจะทำงานรอบว่างมากขึ้นจึงทำงานได้เย็นลง หากคุณลดลำดับความสำคัญของเธรดทั้งหมดลงไปที่ระดับต่ำสุดซีพียูจะเข้าสู่โหมดประหยัดพลังงาน นั่นเป็นแนวทางที่ง่ายที่สุดในการจัดการพลังงานที่เราสามารถจินตนาการได้

สุดท้าย Power5 ใช้สิ่งที่รู้เกี่ยวกับสิ่งอำนวยความสะดวกที่จำเป็นโดยคำสั่ง RISC แต่ละคำสั่งเพื่อปิดส่วนของชิปที่ไม่จำเป็นในขณะนั้น สิ่งนี้อาจทำให้เกิดปัญหาด้านพลังงานและความร้อนที่น่าอับอายของ Power ดูเหมือนว่าจะง่ายกว่าโครงร่างการจัดการพลังงานที่ขับเคลื่อนด้วยระบบปฏิบัติการเช่นที่ใช้โดยโปรเซสเซอร์ x86

คุณอาจไม่เคยสังเกตเห็น

ด้วยเทคโนโลยีเพียงอย่างเดียว Power5 อยู่ในตำแหน่งที่จะปกครอง แต่ไม่น่าเชื่อเพราะอาจมีผู้คลางแคลง Itanium 2 หลายคนที่แบ่งปันความคิดเห็นด้วยผู้สังเกตการณ์ส่วนใหญ่เรียกการแข่งขัน Itanium 2 / Power5 ตามความต้องการของ Intel

นั่นเป็นการประเมินที่แปลกเพราะในกรณีนี้ IBM กำลังดึง Intel มาใช้ Intel RISC เป็นเจ้าของตลาด Unix Unix เป็นเจ้าของตลาดระดับกลางถึงระดับสูงและ Intel ไม่ได้ทำ RISC มันอยู่ในความหนาวเย็นสำหรับคำสั่งซื้อเหล็กขนาดใหญ่มูลค่าหลายล้านดอลลาร์เหล่านั้น Intel ถูกล็อคอย่างมีประสิทธิภาพเว้นแต่จะสามารถโน้มน้าวผู้ซื้อได้ว่า Itanium 2 ล้าสมัย RISC Intel จะสามารถบุกเข้าไปได้หรือไม่? เราคิดว่าจะต้องใช้เวลาหลายปีกว่าที่ Itanium จะผลักดัน RISC ออกไปและในขณะที่กำลังบุกเข้ามา Power และ Sparc จะยังคงพัฒนาต่อไป

สิ่งที่ทำให้ยากต่อการเรียกคือ IBM ต้องการตลาดของ Intel มากพอ ๆ กับที่ Intel ต้องการของ IBM IBM ขายเซิร์ฟเวอร์ Power5 ในราคา 5,000 ดอลลาร์พร้อมติดตั้ง Linux ไว้ล่วงหน้า สำรองข้อมูลและสแกนข้อมูลจำเพาะเพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใดเซิร์ฟเวอร์ Power5 มูลค่า 5,000 เหรียญจึงดีที่จะมี

นักวิเคราะห์ที่แกะสลักรากฐานของ Power ทราบว่าธุรกิจชิปของ IBM ไม่ได้ทำเงิน แต่ธุรกิจระบบคือและตอนนี้ทั้งสองหน่วยเป็นหนึ่งเดียวกัน นั่นเป็นการเคลื่อนไหวที่ชาญฉลาด: สร้างชิปสำหรับระบบที่คุณขาย สร้างระบบรอบ ๆ ชิปที่คุณกำลังทำ การเผยแพร่การออกแบบและเครื่องมือสู่สาธารณะก็เป็นเรื่องที่ชาญฉลาดเช่นกัน ผู้รับใบอนุญาตแบบเปิดทุกคนเป็นลูกค้าด้านการผลิตที่มีศักยภาพและทรัพย์สินทางปัญญาที่ไม่มีภาระผูกพันจะหลั่งไหลเข้ามาจากอัจฉริยะที่ไม่ได้อยู่ในบัญชีเงินเดือนของ IBM

นี่เป็นกลยุทธ์ที่ดีในการสร้างความสะดวกสบายให้กับตลาดที่เข้ามา หาก IBM ไม่ต้องจัดการกับลูกค้า Big Blue ไม่เคยสามารถนำแคตตาล็อกระดับต่ำสุดมาใช้ในการขัดเกลาแบรนด์และความไว้วางใจของลูกค้าที่ Dell และ HP ใช้จอบได้ ผลงานที่ยอดเยี่ยมของวิศวกรของไอบีเอ็มได้ทำนั้นมีการตลาดที่ไม่ดีของ บริษัท หากคุณไม่ได้ใช้งานอุปกรณ์ IBM ในตอนนี้คุณจะไม่มองไปที่เซิร์ฟเวอร์ Power5 โดยไม่คำนึงถึงราคา

ไอบีเอ็มตั้งใจที่จะก้าวข้ามความสำเร็จของ Power5 ไปสู่ ​​Linux ในระดับเริ่มต้น แต่เป็นการยากที่จะดึงมูลค่าเพิ่มจากซอฟต์แวร์ที่สาธารณชนเชื่อว่าสามารถดาวน์โหลดได้ฟรีและ Linux เป็นระบบปฏิบัติการที่ผู้ซื้อไม่มีแนวโน้มที่จะซื้อฮาร์ดแวร์ใหม่เพื่อใช้งาน กล่าวอีกนัยหนึ่ง Linux จะไม่ขายเซิร์ฟเวอร์รายการ Power5 ที่ $ 5,000 ถึง $ 6,000 เซิร์ฟเวอร์ Power5 ที่มีราคาแพงที่สุดของ IBM นั้นไม่ถูกพอเมื่อเทียบกับเซิร์ฟเวอร์ Opteron หรือ Xeon EM64T (Extended Memory 64 Technology) ที่ใช้ Linux

ในทางกลับกันเหล็ก Unix ขนาดใหญ่ขายเองและลูกค้ามักจะซื้อสิ่งที่พวกเขาใช้อยู่แล้วมากขึ้น พวกเขาจะซื้อสิ่งที่ที่ปรึกษาด้านการแก้ปัญหาให้คำแนะนำ IBM เหนือกว่าคนอื่น ๆ ทั้งหมดในความสามารถในการโกงบัญชีหลัก ๆ คุณไม่สามารถสอดรู้สอดเห็นลูกค้าที่หลุดจากฮาร์ดแวร์ของ IBM ในระดับกลางขึ้นไป ดังนั้นข้อความโดยรวมของ Power5 จะอ่านไม่ออกต่อสื่อมวลชนและสาธารณชนโดยรวม แต่ความเหมาะสมในภาคสนามนั้นเลี่ยงการตลาดของ IBM ในความสัมพันธ์ระหว่าง IBM กับลูกค้าคุณไม่สามารถเอาชนะ IBM ได้

Power5 มีทุกอย่างไม่ว่าจะเป็นความเร็วความเรียบง่ายนวัตกรรมความเข้ากันได้ย้อนหลังที่ไร้รอยต่อชุดเครื่องมือการพัฒนาที่เติบโตเต็มที่และการสนับสนุนของยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยี เป็นความสำเร็จทางวิศวกรรมที่ไม่มีใครเทียบได้ซึ่งสร้างขึ้นโดยวิศวกรที่ฉลาดที่สุดในโลก หากการตลาดของไอบีเอ็มเคยตรงกับความชาญฉลาดของวิศวกรรมโปรดระวัง Intel