浅谈 POWER10 芯片的若干亮点

浅谈 POWER10 芯片的若干亮点

下面的这个 CPU 芯片路标图片，熟悉 Power 服务器的小伙伴们肯定已经见过很多次了， POWER10 处理器是 2020 年 8 月份由 IBM 在 Hot Chips 大会上发布的。

因为基于 POWER10 芯片的服务器还没有正式发布，所以本文只是基于笔者目前收集到的一些材料，对于 POWER10 的亮点进行一些说明和推测。

• 芯片制造商是三星电子

相比前一代的 POWER9 处理器，这次 POWER10 处理器是 7 纳米的制程。处理器核心数会达到 30 个。其中比较值得说的是这次的芯片生产厂商是三星电子，相比三星电子，原来的生产厂 Global Foundries 显然有点不够看了。这也让我们对于 POWER10 有了更多的期待。

（知识点：三星电子是韩国最大的电子工业企业，是三星集团旗下最大的子公司。1938年3月三星电子于韩国成立，创始人是李秉哲。现任会长是李健熙，李秉哲的小儿子。三星电子在 2020 年《财富》世界 500 强排名 19 位，营业收入 1977 亿美元，排在他前面只有 2 家科技公司，亚马逊排在第 9 名，苹果排在第 12 名。关于三星电子的故事，小伙伴们可以自行百度，总之是很厉害。）

• 更多的核心数量

按现有的资料来看， POWER10 芯片每 socket 可以做到 30 核，每核心 8 线程，在 602 平方毫米的面积中集成了 180 亿个晶体管。单芯片封装时可以做到 15 个 SMT8 的核心（理论上是 16 个，估计是考虑良品率，只发布了 15 个），如果是双芯片封装， 30 个（ 15*2 ）是应该完全没有问题的。

单芯片封装，最大可以扩展到 16 个 Socket ，这款机型应该是对应 POWER9 产品的 E980 ，目前姑且猜测后续 P10 机型为 E1080 。

双芯片封装，最大可以扩展到 4 个 Socket ，这款机型貌似应该是对应 POWER9 的 E950 ，但和 E950 最大的不同应该是核心数量大大的增加了。之前 E950 的 4 个 socket 都是单芯片封装。之所以笔者目前不确定后续出来的机型到底会是什么样子的，是因为笔者还从未在 Power 服务器上看到过这种高密度机型的先例，这款很是值得期待。很久以前的 POWER5 出过一款 560 服务器，在 2 个 CEC 抽屉里面安装了 4 个双芯片封装的 POWER5 CPU ，达到了 16 核，但因为和当年的 570 的性能有重叠，怕冲击已有的市场定价，当时此款机器并没有大力推广。

作为一款老牌的服务器芯片， POWER10 对比目前市场上爆炒的 EPYC ZEN3 加持的 Milan 芯片，并不会让人产生一出生就落后的感觉。

（知识点： AMD 的“ Milan ”服务器芯片是一款基于 Zen 3 架构的处理器，是第二代 EPYC 服务器芯片“ Rome ”的后续产品。上一代的 Rome 芯片让大家看到 x86 服务器市场有望结束 Intel 一家独大的局面）

下图为 AMD 的 EPYC Milan 芯片的简单的规格列表

Milan 的最大核心数是 64 核，但线程只有 2 个。 POWER10 的多线程技术从 POWER5 开始， P6,P7,P8,P9 一路走来，目前 P10 应该是继续延续 POWER8 时代就登顶巅峰的 SMT 8 的技术。究竟会是谁把谁 KO 了，可能还是得看实际的测试效果和适用场景。笔者这里可以肯定的是 4 路以上的场景，大概率会是 POWER10 会赢。

至于 Intel ， 7 纳米已经延期，目前至强系列最新的 CPU 是 10 纳米的 Ice Lake 和 14 纳米的 Cooper Lake 系列。据称要在 2023 年才能有 7 纳米的芯片出来。牙膏厂要加油了。

• PowerAXON Interface 和 Open Memory Interface

这是从 POWER10 处理器开始提出的新的接口形式，之前是没出现在 POWER CPU 上的，按照下图的说法就是，采用了瑞士军刀的理念，一种接口可以适应多种的场景，更灵活，更模块化。

从下图可以看到，无论是 PowerAXON 还是 OMI 接口，都达到了 1TB/ 秒的带宽。

其中 PowerAXON 接口用于 CPU 互联， OMI 用于和内存的连接。（见下图） OMI 接口带宽会支持更多的内存条和更大的内存容量。目前版本的 POWER10 单 socket 能支持 4TB 的内存。

相比之前的 DDR4 ，会有 6 倍的性能提升。并且可以预见的是， POWER10 肯定会引入 DDR5 内存。按下面的这个测试结果，在做 Stream 这个内存测试的时候， DDR5 OMI 接口，要超过 DDR4 OMI 接口 1 倍的性能。这当然是 DDR5 的功劳，但也侧面说明 OMI 接口带宽的强悍。

OpenCAPI 接口也是复用了 PowerAXON 接口，只是连接的时候走的协议不同而已。这个就是前文提到的“瑞士军刀”，一刀多用。如下图，其实 CAPI 是在 POWER8 时候引入的概念，概念很好，但市场反应并不是很接受，更多的只是个技术能力的体现。希望在 POWER10 这一代能有更好的改善。

• PCIe Gen5

POWER9 的时候引入了 PCIe Gen4 ，在 POWER10 的时候引入 PCIe Gen5 。这个不奇怪，这是由 POWER 服务器在高端领域的统治性地位决定的，动辄 8 路 16 路的高端配置，不由得不重视 IO 方面的处理能力，高端机器上不配置几十块的万兆网卡， 16Gb HBA 卡都不敢号称高端，何况百 Gb 网络， 32Gb HBA 已经成为高端标配了。十成十的重 IO 妄想症患者。

• 2.6 倍的性能功耗比

如下图，笔者见到的 PPT 上宣称 POWER10 会比前一代的 POWER9 有更好的性能功耗比。其中，性能提升是 30% ，而能耗下降了一半。因此算下来，每瓦特功耗提供的性能相比前一代，提高了 2.6 倍。并非单纯的性能提升。坦白讲，某种程度上看，摩尔定律已经失效， 18 个月性能提升 1 倍太难了。面临此种窘境，并非 POWER 服务器一家，其他家也都是如此。

• AI-optimized ISA

目前的指令集设计里面，宣称是面向 AI 优化的，所谓 AI Infused ，其字面就是指里面注入一些新的指令和数据类型，比如 SIMD 指令，能大幅度提升相关 AI 操作的速度。

目前 POWER9 芯片使用的 ISA 是 3.0 ， IBM 近期发布了 ISA 3.1 ，从目前最新的材料看， POWER10 会使用 Power ISA 3.1 的指令集。因为水平有限，笔者没有看到什么特殊的东西，大概可能是没看懂吧，对，就是没看懂。请大家自行理解吧。

• Memory Clustering: Distributed Memory Disaggregation and Sharing

坦白讲，按笔者的理解这个东西就是它字面上的意思，把位于不同物理机器上的内存做成了集群，集群内各个节点之间可以共享内存。这个概念很好，但坦白讲，不知道成品机器出来以后会是什么样子的。我感兴趣的是机器之间走的是什么连接，希望不是特别贵的玩意。

下图就是我看到的 PPT 上的概念图，供大家参考。

上面主要是简单介绍了一下 POWER10 芯片的一些特性和亮点，限于水平有限和参考材料并不充足，目前只能比较粗略的介绍一下。抛砖引玉，请大家批评指正。