激战：展望IBM POWER8与至强E7v2王者之争（转）

走向开放的POWER8王者归来？

在上文中，我们已经提到了IBM POWER服务器目前所面临的严峻形势，造成这一形势可谓有多种原因，但我认为其中最关键的一条则是IBM POWER自身相对封闭的生态环境实际上正在制约着POWER本身的发展，与x86相比已经渐渐脱离了越来越多的当前应用环境，慢慢向所谓的关键应用领域收缩。而在性能与RAS特性方面，POWER仍然有着传统优势。不过，POWER的下滑曲线有可能将随着POWER8的发布而出现扭转，至少从生态环境本身，走向开放的POWER8将把POWER家族带入一个新的时代。

就我个人的看法，POWER处理器只是一款非x86的CPU，并不能因此而认为POWER就注定是“高高在上”的。想想上一代总销量达几亿台的三大游戏主机——XBOX 360、PS3、Wii所使用的均是基于POWER架构的处理器，虽然彼POWER非此POWER，但同出一脉，所以不能说一提到POWER就觉得它就是“高贵”的代名词，对于这一点可能是因为人们长久的将POWER与“UNIX小型机”所等同起来，但看看一插槽与双插槽的PowerSystems服务器（7R1、7R2），还能称得上是所谓的小型机吗？因此，从POWER8时代开始，它也必将与“小型机”进一步解耦，回归其通用CPU的纯粹本质。与此同时，IBM在开源平台的高强度持续的投入，使POWER与Linux、OpenStack等非专属的开放软件环境结合得更为紧密，配合OpenPOWER联盟的不断壮大与相应第三方解决方案的丰富，将从根本上将改善POWER的生存环境，再借助于POWER相对于x86在性能上的传统优势，扭转POWER家族的长期颓势并非妄想。

POWER8相对于以往POWER处理器的主要变化

即将于4月28日正式发布的POWER8处理器，相较于其前辈POWER7/7+有着明显的进步，生产工艺从32nm进化至22nm，与英特尔的E5v2、E7v2相当，而在核心数量上则与E5v2持平，不过每核心的线程数则由POWER7/7+的4个，提升至8个。所以按线程数量来划分，E5v2是24线程，E7v2是30线程，而POWER则是96线程。同时，在POWER5与POWER6时代具备，而在POWER7/7+时代消失的片外缓存重新回归，并且达到了128MB的容量，这一切也都预示着POWER8 CPU处理性能的强大。

POWER8的内存控制架构，满配内存容量是POWER7/7+的4倍，采用32GB DIMM时每CPU插槽内存容量为1TB，未来还会进一步提高，这将预示着大容量内存计算不再是x86平台的专利

POWER8内存缓冲芯片设计细节

与CPU性能息息相关是内存带宽，它将决定每个CPU核心是否能被充分的“喂饱”，否则更多的CPU核心与线程数量也只是纸上谈兵。虽然POWER8仍然是两个主内存控制器与8个内存通道，并且仍然由内存缓冲芯片做中介与内存DIMM相连，不过具体的能力已经大不相同。缓冲芯片与处理器之间的总线频率由POWER7/7+的6.4Gb/s提升至9.6Gb/s，总线位宽由16bit提升至24bit，因此每个缓冲芯片与CPU之间的数据带宽是28.8GB/s（8通道总合230GB/s），而缓冲芯片又是4通道的设计，并内置16MB的内存缓存，可支持DDR3-1600的内存，所以缓冲芯片到内存间的带宽最高可达51.2GB/s（4通道），8颗内存缓冲芯片到内存的总带宽最高为410GB/s，而POWER7/7+的内存带宽峰值为136GB/s（DDR3-1066），持续内存带宽（缓冲芯片至CPU）为100GB/s。所以，相较POWER7/7+，POWER8的CPU核心数量提升了50%，线程数量提升了200%，内存持续带宽提升了130%，内存峰值带宽提升了200%。内存的升级与CPU核心的升级基本保持了同步。

POWER8处理器内部的整体架构设计

在CPU内部的整体设计中，POWER8虽然在整体的布局上与POWER7/7+很相似，但实际的组成已经有了明显不同，其中变化最大的要数总线接口，比如集成了PCIe 3.0接口（x16），以及IBM独有的CAPI总线（Coherent Accelerator Processor Interface，一致性加速器接口），其中CAPI可以看作是POWER8开放的一个重要标志。

我们都已经知道IBM在2013年8月联合4家公司（Google、NVIDIA、TYAN、Mellanox）成立了OpenPOWER联盟，之后演化为OpenPOWER基金会，这个基金会旨在通过开放合作的模式，将IBM的POWER硬件资产与软件堆栈，以及第三方联盟伙伴的软件堆栈深度结合，在芯片设计、系统设计与开源软件三个层面推动POWER生态环境的发展与壮大。

OpenPOWER基金会的主要工作内容与当前的主要成员，其中白金厂商全部是董事会成员厂商，包括来自中国的苏州中晟宏芯（PowerCore），而黄金会员全部来自中国，包括创和世纪通讯、浪潮、中兴、华胜天成以及芯原股份有限公司

实际上，除了上述白金与黄金成员外，已经有多家厂商加盟了OpenPOWER

在硬件层面，目前的开放性设计主要就是源自于对CAPI的利用，而在未来将会实现核心级定制化开放设计（类似于ARM）

OpenPOWER的硬件平台基础就是POWER8及未来的POWER核心设计（POWER7根本不予以考虑），不过从某种角度上讲，POWER8也可以说是OpenPOWER的第一个芯片产品，它们是互为对方所准备的。这其中最主要的标志就是CAPI，它是POWER走向开放的第一步。

简单来说CAPI就是在PCIe 3.0的物理总线上承载CAPI协议，它可以让外具备直接访问CPU的内存空间（一致性）的能力，从而大大提高了外设的运行效率，比如通过CAPI协议可以让外置的闪存PCIe卡的系统开销大幅度降低，减少了不必要的总线占用，根据IBM的内部测试，非数据传输的总线开销（指令传送与响应）可降低50倍，对降低延迟有明显好处。而这一接口，也为POWER8的开放硬件平台提供了基础。

IBM CAPI工作原理，它大大降低了操作系统与设备驱动的系统开销，并打开了系统软件、中间件与企业应用的开发想像空间——软件可以直接利用CAPI来进行加速，这一技术目前在x86平台上还没有出现

事实上，OpenPOWER基金会的大部分成员都会专注于CAPI上的利用，比如将外置的网络、GPU、闪存等设备直接与CPU相连接，并在此基础上根据不同的主流应用场景进行开放的，定制化的系统设计，而相应的开源与应用软件（至少是IBM自己的软件产品组合）也必然会跟进，“软硬兼施”让定制化的POWER8硬件平台渗透进相关的行业，进而使POWER8的生态不断丰富化，这无疑将大大增强POWER8整体的竞争能力，并由此可能带动整体POWER系统的复兴。

回到本文的主题，我们再来看POWER8本身，可能很多人都会关心其具体的性能表现，不过现在还没有SPEC的评测数据发布，但根据IBM给出的POWER7+的基准对比，不难预测POWER8的可能实力。

POWER8相对于POWER7+的进步幅度，要比至强E7v2相对于E7更大

由于有消息表明POWER8在发布时，会首先发力双路服务器，配合IBM在Linux与开源软件领域的投资，反攻当前x86占主流的Scale-Out市场，所以它也将直接与英特尔的至强E5v2平台进行正面的对攻。在此，我根据IBM给出的POWER8相较POWER7+的进步幅度，制作了相应的性能对比图表，将其与英特尔E5v2和E7v2进行同台比较，以期给大家一个更为直观的认识，在此谨供参考（POWER8的数据均由POWER7+为基准推测而来）。

在整数性能方面，POWER8估计是E7v2的1.2倍，是E5v2的1.5倍

在浮点性能方面，POWER8估计是至强E7v2的1.4倍，是E5v2的1.72倍

在8插槽系统的SAP ERP性能方面，POWER8估计是E7v22.18倍，是上一代E7的4倍（由于这一对比中原来的POWER数据是基于POWER7的，所以在加权时，较POWER7+的对比值又提高了少许）

如果不出意外（IBM给出的参考数据靠谱），那么POWER8在时隔两个多月后从至强E7v2手中夺回性能宝座是没有任何悬念的，尤其是在商业应用性能方面，POWER8将会明显领先，重演当初POWER7对决至强7500的一幕。当然，不可否认的是x86目前正处于“乘胜追击”的关键时刻，而POWER则处于“力挽狂澜”的关键时刻，x86的性能虽然仍如POWER强劲，但其生态系统的强大有目共睹，并已逐渐形成惯性，而POWER系统虽然持续被边缘化，但OpenPOWER基金会的能量也不可小看，而其会员的数量与质量的不断提升与类别的不断丰富，也预示着一个可预期的良好的基础，这个基础已经明显不再局限于传统的IT本身，而会强力向ICT领域扩展，带给POWER8以及继任者更大的施展拳脚的空间。

所以x86与POWER这种兵来将往的竞争态势，着实让未来的发展态势变得幻化莫测，说“x86必胜、POWER必死”的人，如果足够理智可能都会重新进行思考（虽然论调可能不变）。而就我本人而言，x86的综合优势仍然明显，但POWER8已经算是“另立门户”——从与小型机的概念进行解耦，到一如既往的性能强劲，以及告别封闭的传统体系，构建起初具规模的开放生态环境，都让人实实在在觉得反击力量的强大，至少相对以往，我对其是持偏向乐观的态度——按这个势头发展，它很可能会建立新的竞争堡垒，并重夺部分失守的阵地。

总之，POWER与x86双方的竞争必将进入一个新的层面的缠斗，互有攻防的态势也更加明显，从而也将带给这个市场更多的选择，相信也会让相关的用户多一份思考。不过，上述一切有关竞争态势的预测，其前提在于POWER8是否真如本文所分析的那样诱人？OpenPOWER的运作是否能如其所宣称的那样卓有成效？