IBM重磅开源Power芯片指令集！ 国产芯片迎来新机遇？

整理 | 郭锐

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

继去年IBM之后，这家107岁的蓝色巨人终于在开源方面有了大动作！ 近日在Linux基金会开源峰会上，IBM宣布将向开源社区提供Power指令集架构（ISA，Instruction Set Architecture），为开源做出贡献！ 除了开源 ISA 之外，它还计划为开源社区贡献其他技术，包括 IBM Power 指令集架构的软核实现、开放相干加速处理器接口 (OpenCAPI) 的参考设计和 Open内存接口 (OMI)。

拥有 107 年历史的 IBM 及其强大的 Power Architecture 芯片

IBM引以为豪的Power架构芯片在性能上具有绝对优势。 据官方统计，围绕Power架构，IBM贡献了超过200万行的开源系统固件代码和系统参考设计，以及大量相关技术文档。 OpenPOWER 系列中最新的 POWER9 CPU 拥有 80 亿个晶体管和多达 24 个处理核心。 POWER9目前应用于美国能源部顶级超级计算机系统Summit和Sierra超级计算机系统。

来源：IBM官网

此外，OpenCAPI和OMI这两个接口标准的开源还可以增加处理器和连接设备之间的内存带宽，让开发者避开性能瓶颈，让开源开发者创造更多创新的硬件组件，最终可能让IBM更好与英特尔竞争。 IBM的这个决定其实已经准备了很久。 CSDN此前也报道过，成立于1911年的IBM已经活了107岁，已经超越了梦想活到102岁的阿里巴巴。 在这107年里，从打孔卡到System/360大型计算机，从制表机到teraflops以太坊开源，从创始人沃森到超级计算机“沃森”——IBM似乎在高速计算的新时代越来越疲惫. 不仅因软件销售和大型服务器需求疲软导致营收连续20个季度下滑，如今在拥抱人工智能、大数据、云计算等数字化转型的过程中也遇到困难......而开源是包括IBM在内的昔日巨头重回赛道的重要手段。 事实上，蓝色巨人历来都是 Linux 及相关项目的忠实贡献者。 IBM 于 1999 年首次宣布支持其免费操作系统 Linux，当时微软的 Windows 在台式机和服务器上都大获全胜，而 Linux 远没有今天那么成熟。 而据统计，截至 2008 年，IBM 雇佣了大约 600 名开发人员，参与了 100 多个 Linux 项目，包括 Xen、Linux 工具链、Apache、Eclipse 和内核本身。 长期以来，Linux 一直是 IBM 的命脉。 在过去的 20 多年里，公司通过捐赠资金和开发时间，花费了数百万甚至数十亿美元来支持 Linux 生态系统。 虽然这不完全是无私的，但很明显 IBM 对 Linux 产生了不可否认的积极影响。 当然，如果 IBM 在十年前推动开源以太坊开源，情况可能会更好。 不过，随着收购红帽后大量开源精神的注入，对IBM自身以及整个Linux生态都产生了极大的积极意义，而如今，IBM终于迈出了下一步。

除了上述开源动作外，IBM还宣布将推动OpenPower基金会加入Linux基金会。 OpenPower 基金会由 Google、Mellanox Technologies、Nvidia 和 Tyan 于六年前成立，旨在围绕 Power 系列处理器的指令集架构创建一个生态系统。 因此，如果您曾经想创建自己的 Power 处理器，但被 IBM 昂贵的许可费用“吓倒”，那么现在您有机会在不参与 OpenPower Foundation 的情况下使用 Power 指令集。 与RISC-V、MIPS等开源指令集相比，Power指令集最大的优势在于其强大的性能，而RISC-V等指令集主要面向低功耗物联网设备等，深度学习和其他需要高性能的领域，Power开源又提供了一个很好的发展机会。

从 PowerPC 到成功的“表演者”

IBM 开放式 Power Architecture 的悠久历史可以追溯到 1991 年。1990 年代，苹果、IBM 和摩托罗拉共同成立了 PowerPC 联盟，意在打破个人电脑市场的垄断。 当IBM开始将目光转向RS/6000 Unix系统（当时Unix风靡一时）所采用的Power架构时，Sun Microsystems和惠普就像饿狼一样围着IBM专有的大型机和小型机。 计算机在侧翼等待，而瘦弱、饥饿的 Oracle 在附近发出咕噜声。 在后台，IBM 正准备将其专有的 AS/400 企业小型计算机系统转移到带有 RS/6000 的通用硬件平台，RS/6000 是一种可靠的 Windows 服务器，已经存在了几年（很快将在 Power Iron 上运行） )，年轻的 Linus Torvalds 刚刚创建了第一个 Linux 内核（这最终将成为让 Power Iron 在 HPC 中心，尤其是一些企业数据中心保持活力的关键）。 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，而转向 64 位处理器尤其困难。 有趣的是，位于明尼苏达州罗切斯特的 IBM AS/400 处理器团队创建了一个非常漂亮的 64 位 PowerPC 芯片，其中还嵌入了一个双泵矢量处理器，而且正是这个处理器，而不是 Austin 的 AIX 设计人员创建的处理器一直在此后每个 Power 芯片和系统的核心。

最终，Sun Microsystems 的 UltraSparc-III 系统处于危险之中，而 HP 和 Intel 在构建 Itanium 时遇到了麻烦，这为 IBM 在 2000 年代初期成为表演者打开了大门。 当时，准确地说是2001年，IBM推出了第一款双核芯片和第一款可以在1GHz以上运行的处理器，也就是Power4“千兆处理器”，而IBM在Unix的那次锤击支付给蓝色巨人两倍的费用就像 Sun 和 Hewlett-Packard 在 Unix 上所做的那样，它的成功使市场份额疯狂增长。 与此同时，作为苹果个人电脑核心和无数嵌入式控制器核心的摩托罗拉 68000 系列芯片继续发展。 可能今天是ARM主导嵌入式控制器市场，但在那个时候，主导嵌入式控制器市场的是摩托罗拉68Ks。 这种从嵌入式设备到数据中心设备的统一处理器架构首先是用PowerPC架构做的，实际上是由它实现的。 当然，从那时起，Unix 市场在很大程度上已被运行 Linux 和 Windows 服务器的 x86 系统所取代，Sun 的 SPARC 和 HP 的 PA-RISC，以及 Intel 的 Itanium 都已不复存在。

摩托罗拉也将嵌入式控制器市场让给了 ARM，而 IBM 一直试图通过 2004 年的 Power.org 和 2013 年的 OpenPower Foundation 为 Power 架构注入一些活力。随着每一步的发展，IBM 进一步开放了其技术并扩大了范围它的吸引力，但它是否已经足够开放仍然是一个问题。 所以虽然 Power 芯片指令集（Power ISA）比其他指令集有很多架构优势，但没有人说 OpenPower 基金会会轻易开发它的生态系统，尽管它的开发肯定比封闭结构要容易得多。 现在Power芯片指令集也免费授权，利大于弊。 IBM OpenPower 部门总经理 Ken King 表示：“我们在六年前成立了 OpenPower 联盟，因为……我们发现我们需要更强大的系统来支持 HPC、人工智能和数据分析，我们需要寻找其他方法为了驱动系统性能，由于处理器的限制，堆栈上下的集成和创新能力变得越来越关键。这导致了诸如支持Nvidia推出NVLink、与Mellanox在互连方面建立密切关系等事情技术（互连），我们在这里看到了一些进展，以及采用 OpenCAPI（开放一致性加速器接口）标准来支持其他设备。

但随着许多公司转向更开放的硬件，我们也看到了行业的转变。 “IBM 开放了 Power Architecture，以至于我们可以将 CPU RTL 授权给其他人，这样他们就可以设计自己的处理器。但它的效果是有限的，因为没有多少人愿意花数亿美元（不是为了授权）费用，但用于全面开发）来创建自己的高端 CPU。“我们在开放参考设计方面取得了一些进展，现在有 20 多家供应商开发基于 Power 的系统。 我们还看到了新兴 RISC-V 架构的有趣发展，超级巨头正在聘请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，也是为了推动这一领域。 “在这个行业环境下，自然是时候开放Power芯片指令集了！

开源对开发者和行业意味着什么？

Power架构最大的特点是采用了对称多处理器技术，可以保证任何CPU访问内存的速度是一样的。 这是Intel X86架构无法实现的优势。 因此，未来高端服务器市场将采用Power架构。 前景十分广阔。 这个开源的Power芯片组，IBM可以说为整个开源社区做出了巨大的贡献——这意味着任何公司都可以使用Power芯片指令集来构建芯片，而无需向IBM或OpenPower支付一毛钱基金会，就可以拥有研发芯片的专利权。 除了这些之外，IBM 还提供了在 FPGA（推测是 Xilinx，而非 Altera 的设备）上实现的 Power 芯片指令集的软核模型供人们使用。 而且，IBM 还采用了 OpenCapi 加速器接口及其 OpenCapi 内存接口变体，这是今年某个时候到期的 Power9'（这是单引号，不是打字错误）处理器的一个关键特性，事实上，它正在为这些提供 RTL独立于 OpenPower 的 OpenCapi 联盟的参考设计。 机遇与挑战并存。 IBM虽然是美国公司，但开源的Power指令集不会受到美国“禁令”的影响。 其高效、强劲的性能，或许也为国内厂商提供了新的机遇？ 而且，如果能够基于Power ISA做出CPU，相信对目前x86和ARM的垄断地位也是一个强有力的挑战。 但同时，IBM也有自己对独立性和兼容性的坚持。 King解释说，企业必须保持与指令集的兼容性，并且有一整套的兼容性要求。 在 Linux 基金会下运作的 OpenPower 基金会将拥有一个开放的治理模型，IBM 与其他 OpenPower 基金会成员对未来可以对 Power 芯片的指令集进行哪些更改拥有平等的投票权。 IBM 还保留对 Power Architecture 进行任何更改以满足其自身需求的权利，但所有其他更改都需要成员的多数投票才能确保兼容性。 “每项更改都必须符合合规准则，因为我们不想要一堆碎片。” 如果任何公司想要进行不合规的更改，则需要由成员一致投票决定。 参考链接：

【结尾】

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