artykuły

IBM POWER9 – krótka historia architektury i anatomia najnowszych procesorów serwerowych

52
26 września 2019, 11:09 Mateusz Brzostek

Power, PowerPC, Power ISA to nazwy różnych historycznych i obecnych wersji jednej architektury. Została stworzona przez firmę IBM ponad 25 lat temu, w pierwszej połowie lat 90.,  na potrzeby stacji roboczych i serwerów serii System/6000. W tamtym czasie procesory Intel z rodziny 8086 miały już ugruntowaną pozycję w komputerach kompatybilnych z IBM PC. W różnych komputerach osobistych i stacjach roboczych wykorzystywano również procesory Motorola z rodziny 68000 (68k), DEC VAX i Sun SPARC. Choć większość komputerów osobistych miała już wtedy procesory w architekturze x86, nawet Intel nie był przekonany, że nie warto spróbować rozwinąć innej architektury. W Intelu pracowano nad i860, w DEC - nad Alpha. Trzy firmy: IBM, Motorola i Apple postanowiły współpracować nad komputerami z procesorami Power, żeby powstrzymać wzrost popularności produktów Intela i Microsoftu.

Spis treści

Krótka historia POWER

W początkach architektury Power te trzy firmy rozwijały ją i kompatybilne z nią oprogramowanie. IBM miało projektować procesory, Motorola miała zajmować się fabrykacją, a Apple – dostarczaniem oprogramowania i sprzedawaniem komputerów. Z czasem firmy licencjonujące architekturę Power zaczęły ją zmieniać i dodawać funkcje odpowiadające własnym potrzebom. IBM rozwijał jedną wersję, nazywając procesory POWER – wielkie litery miały odróżniać wydajniejszą, bardziej funkcjonalną architekturę serwerową od tej używanej w makach. Na potrzeby komputerów osobistych rozwijano wersję PowerPC (ostatnie dwie litery to skrót od performance computing, nie personal computer) i dodano rozszerzenia wektorowe AltiVec, które potem trafiły również do serwerowych procesorów. Freescale, które przejęło dział procesorów od Motoroli, dodało do definicji architektury opcjonalne kodowanie instrukcji o krótszej formie oraz możliwość dodania koprocesorów, przydatne w zastosowaniach wbudowanych.

Zmodyfikowano na podstawie: PowerISA Evolution, Henrik Wannheden, 2019

W 2006 roku IBM, Freescale i inne firmy zawiązały konsorcjum Power.org, ujednoliciły wszystkie gałęzie rozwoju tej architektury i zaczęły ją promować pod nazwą Power ISA. W 2013 roku stare konsorcjum przekształcono w nowe: OpenPOWER. Począwszy od architektury Power ISA 3.0 dokumentacja procesorów oraz oprogramowanie potrzebne do uruchomienia procesora zostały udostępnione publicznie. W przeciwieństwie do procesorów AMD, Intela czy ARM, które wymagają zintegrowania w UEFI oprogramowania dostarczanego przez producenta w nieczytelnej, skompilowanej formie, z procesorów zgodnych z Power ISA 3.0 można zbudować całkowicie otwarty komputer – nie będzie w nim żadnej części ani „binarnego bloba”, co do którego trzeba zaufać producentowi, że nie ma w nim luk bezpieczeństwa ani ukrytych funkcji. IBM udostępniło również projekty niektórych swoich procesorów (np. POWER8) – chętne firmy i organizacje mogły zlecić produkcję procesora zaprojektowanego przez IBM z własnymi peryferiami, w wybranej przez siebie fabryce.

W tym roku konsorcjum OpenPOWER ogłosiło, że również architektura i zestaw instrukcji Power ISA będą otwarte: można teraz zaprojektować własny procesor zgodny z tą architekturą i dołączyć do IBM w kierowaniu dalszym rozwojem architektury. Jednocześnie konsorcjum OpenPOWER zostało podporządkowane Linux Foundation.

Wybrane urządzenia, w których zastosowano procesor w architekturze Power:

  • P2SC (POWER2) w komputerze IBM DeepBlue, który w 1997 roku wygrał w szachy z Garrym Kasparowem, wówczas najwyżej notowanym graczem wg federacji FIDE.
  • IBM RAD6000 (POWER) i BAE RAD750 (PowerPC 1.10), zabezpieczone przed promieniowaniem procesory wykorzystane w wielu sondach kosmicznych. RAD750 są sercem komputerów sterujących między innymi łazikami Curiosity i Mars 2020. 
  • Xenon/XCPU (prawdopodobnie PowerPC 2.02) w konsoli Microsoft Xbox 360
  • Cell (PowerPC 2.02), wykorzystany m. in. w procesorze konsoli PlayStation 3 oraz w procesorach IBM PowerXCell napędzających superkomputer Roadrunner, przez pewien czas najpotężniejszy na świecie.
  • Gekko, Broadway i Espresso (PowerPC 1.10), procesory wykorzystane w konsolach do gier Nintendo, odpowiednio GameCube, Wii i Wii U.
  • Seria PowerPC 600 (PowerPC 1.0) – wykorzystane w komputerach Apple Power Macintosh (modele o czterocyfrowych oznaczeniach), laptopach Apple PowerBook i IBM ThinkPad 800, satelitach telekomunikacyjnych Iridium (znane z widzialnych w dzień, gołym okiem rozbłysków na niebie), nieoficjalnych zamiennikach procesorów do komputerów Amiga i bardzo wielu urządzeniach militarnych.
  • Komputery VMC (Vehicle-Management Computer; nieznana wersja nie nowsza niż PowerPC 1.10) sterujace lotem w samolotach Lockheed Martin F35.
  • POWER9 (Power ISA 3.0 B), procesory w superkomputerach ORNL Summit i LLNL Sierra, obecnie dwóch najwydajniejszych na świecie.

Dziś architektura Power znajduje zastosowanie w trzech rodzajach urządzeń. IBM produkuje w niej procesory do serwerów, centrów danych i stacji roboczych sprzedawane pod nazwą POWER. NXP Semiconductors (spadkobierca Freescale i Motoroli) produkuje procesory QorIQ przeznaczone do zastosowań telekomunikacyjnych (architektura Power ISA 2.06) oraz niskoenergetyczne mikrokontrolery (architektura POWER1). Wspomniane procesory zabezpieczone przed promieniowaniem, oparte na architekturach POWER1 i PowerPC 1.10 są ciągle wykorzystywane w pojazdach kosmicznych.

Szczytem rozwoju i najbardziej nowoczesną wersją Power są procesory IBM POWER9, których pierwsza wersja trafiła do sprzedaży w 2017 roku. Na kolejnych stronach opiszemy ich budowę.

Strona:
krzyyssZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
krzyyss2019.09.26, 11:40
12#1
Fajnie coś poczytać, z trudniejszej tematyki, ale napisane lżejszym językiem.

Dopiszę ciekawostkę. Ta przegrana Kasparowa nie była taka oczywista. Algorytmy szachowe świetnie liczą warianty na spore głębokości, do tego robią to bardzo dokładnie, można przyjąć, że nie przeoczą niczego (choć tu można pokazać, że szczególnie te starsze potrafiły przegapić sporo), ale słabiej radzą sobie z ofiarami pozycyjnymi. Znaczy z pozycjami, gdzie oddajemy materiał za inicjatywą/aktywność bierek. I Kasparow wiedząc o tym, poszedł w pozycję, gdzie miał gorszą, ale pod warunkiem, że komputer właśnie odda materiał za inicjatywę, czego akurat robić nie lubi. Opinia wielu (czołowych) szachistów jest taka, że Kasparow został tu oszukany, że była ingerencja człowieka w partią graną przez komputer. Dzisiaj co prawda to już nieco inna bajka, moc obliczeniowa komputerów i algorytmy szachowe na tyle dobre, że szachiści szans nie mają, ale ... stara przypadłość pozostała, komputery nadal słabiej radzą sobie w pozycjach, gdzie coś oddajemy za długotrwałą inicjatywę. A pozycje, gdzie jest przewaga materialna, potrafią pokazać jako wygrane (duża przewaga), gdzie średniej klasy szachista bez problemu utrzymuje remis.

edit
najprostszy przykład - 9 gońców jednego koloru, np białopolowe, po drugiej stronie goły król, pozycja poprawna szachowo. Silniki oceniają to jako wygraną (ogromna przewaga materialna), a tego nie da rady nijak nie tylko wygrać, ale nawet przegrać, gdyby druga strona nawet chciała się podkładać.
Edytowane przez autora (2019.09.26, 11:46)
nojeZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
noje2019.09.26, 11:47
jestem z wami dla takich artykułów! super!
czolgista778Zobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
czolgista7782019.09.26, 12:55
IBM zawsze na propsie, firma legenda.
KenjiroZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
Kenjiro2019.09.26, 13:09
Dałbym za ten artykuł 5 gwiazdek, ale zniknęły przy zmianie layoutu...
djryhardZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
djryhard2019.09.26, 13:43
-18#5
Do liczenia 2+2 się nadaje bez problemu. Jeśli chodzi zaś o wygraną z Kasparowem to bajeczki można opowiadać internetowym Sebastianom znawcom IT. Polecam przeczytać pozycję 'Hello Word' - Hannah Fry. Pozycja która pięknie ośmieszą ten pseudo naukowy blekot o rzekomym powstawaniu sztucznej inteligencji i osiągnięciach cywilizacyjnych które zawdzięczamy komputerom. To fakt, od czasów ZX Spectrum komputery znacznie przyspieszyły w obliczeniach. Są natomiast tak samo głupie jak były 30 lat temu choć Google i reszta cwaniaków 'IT' będą wciskać ten kit do bólu. Zabawne artykuły tu dajecie, ale cóż Sebastiany kupią wszytko a ten portal stał się tylko pośmiewiskiem w dziedzinie szeroko rozumianego IT. Nowy właściciel, nowa polityka informacyjna dla lamerów komputerowych . Tak trzymać PClab ;-) ha ha ha
iwanmeZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
iwanme2019.09.26, 14:00
To fakt, od czasów ZX Spectrum komputery znacznie przyspieszyły w obliczeniach. Są natomiast tak samo głupie jak były 30 lat temu choć Google i reszta cwaniaków 'IT' będą wciskać ten kit do bólu.

Nie są 'tak samo głupie', postęp w hardware jest ogromny i podobnie w stosowanych algorytmach. Powgryzaj się w uczenie maszynowe, mimo że to koncepty i algorytmy z poprzedniego wieku to dziś w powiązaniu z wydajnością obliczeń zdecydowanie komputery dają nowe możliwości. Popatrz sobie też jakie postępy robią firmy z komputerami kwantowymi.
Sztuczna inteligencja to nazwa marketingowa uczenia maszynowego, nikt poważny tu w najbliższym czasie nie przewiduje pojawienia się samodzielnej komputerowej osobowości .
122019.09.26, 15:02
djryhard @ 2019.09.26 13:43  Post: 1218460
Do liczenia 2+2 się nadaje bez problemu. Jeśli chodzi zaś o wygraną z Kasparowem to bajeczki można opowiadać internetowym Sebastianom znawcom IT. Polecam przeczytać pozycję 'Hello Word' - Hannah Fry. Pozycja która pięknie ośmieszą ten pseudo naukowy blekot o rzekomym powstawaniu sztucznej inteligencji i osiągnięciach cywilizacyjnych które zawdzięczamy komputerom. To fakt, od czasów ZX Spectrum komputery znacznie przyspieszyły w obliczeniach. Są natomiast tak samo głupie jak były 30 lat temu choć Google i reszta cwaniaków 'IT' będą wciskać ten kit do bólu. Zabawne artykuły tu dajecie, ale cóż Sebastiany kupią wszytko a ten portal stał się tylko pośmiewiskiem w dziedzinie szeroko rozumianego IT. Nowy właściciel, nowa polityka informacyjna dla lamerów komputerowych . Tak trzymać PClab ;-) ha ha ha

Widzisz drzewa, ale nie dostrzegasz lasu - taki masz problem. Samoświadomości nie da się zaprogramować bo nie wiemy jak to zrobić, jednak całe to maszynowe uczenie i inne SI bzdury rozwijane są po to aby tą samoświadomość odkryć. Najprędzej zrobi to maszyna (moc obliczeniowa), albo przypadkiem człowiek. Póki co ludzie tworzą różne algorytmy bo nie wiadomo, który z nich będzie punktem 'rozruchowym'. Wszyscy wielcy w tym siedzą bo ten kto to odkryje ten zawładnie światem, choćby gospodarczo.
Promilus1984Zobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
Promilus19842019.09.26, 15:07
@djryhard - no tak, monitoring na skrzyżowaniach, który rozpoznaje twarze, rejestracje itp. itd. to nie jest postęp ;) Z pewnością 50 ludzi kukających do baz danych by to ogarnęło w czasie rzeczywistym... a nie, jednak nie ;)

A teraz odnośnie artykułu... niestety jest babol. IBM architekturę POWER opracował SAM! AIM (Apple, IBM, Motorola) nie opracowywały POWER, opracowały PowerPC czyli design procesora dla komputerów desktop opierający się w dużej mierze na POWER ISA od IBM. PowerPC to po prostu stworzony później 'fork' od POWER, miał celować w nieco inne obszary (i swego czasu dawał radę), a mianowicie laptopy, desktopy i embedded (panele operatorskie itp.)
Jedyna rzecz opracowana wspólnie dla PowerPC, która pojawiła się w POWER to AltiVec (co najciekawsze rozszerzenie to nie było implementowane w POWER tak wcześnie jak w PowerPC).
ashaegenZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
ashaegen2019.09.26, 15:15
-1#9
Ciekawe jak wypada na tle x86 (Epyc/Xeon) w serwerowych zastosowaniach pod względem wydajności/W
mbrzostekZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
Autor publikacjimbrzostek2019.09.26, 15:38
Promilus1984 @ 2019.09.26 15:07  Post: 1218475
IBM architekturę POWER opracował SAM!

Przecież dokładnie to jest napisane w drugim zdaniu artykułu. Nawet gdyby tylko oglądać obrazki, to diagram powinien to zasugerować.
Zaloguj się, by móc komentować
1