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IBM超重磅开源平台charging集成电路处理器架构?国产芯是又将迎来新契机?


自去年 IBM 以 340 亿美元收购了 Linux 巨头红帽之后,这家 107 岁的蓝色巨人终于又在开源方面有大动作了!近日在 Linux 基金会开源峰会上,IBM 宣布向开源社区提供 Power 指令集架构(ISA,Instruction Set Architecture),为开源贡献力量!除开源 ISA外,其还计划向开源社区贡献其他技术,包括 IBM Power 指令集架构的软核部署、开放式一致性加速处理器接口(OpenCAPI)和开放式内存接口(OMI)的参考设计。
107 岁的 IBM 和强大的 Power 架构芯片



IBM 引以为傲的 Power 架构芯片,在性能上有着绝对的优势。据官方统计,围绕 Power 架构,IBM 已贡献了超过两百万行开源系统固件代码和系统参考设计,以及大量的相关技术文档。OpenPOWER 家族中最新的 POWER9 CPU 具有 80 亿个晶体管,最多达 24 个处理核心。目前最顶级的超算系统、美国能源部的 Summit 和 Sierra 超级计算机系统内采用的正是 POWER9。图源:IBM 官网


此外,OpenCAPI 和 OMI 两种接口标准的开源还可增加处理器和连接设备之间的内存带宽,使开发人员能够避免性能瓶颈,允许开源开发人员创建更多创新的硬件组件,而这最终可能使 IBM 更好地与英特尔竞争。IBM 的这个决定其实已经准备了很长一段时间。CSDN 此前也曾报道过:创立于 1911 年的 IBM 已经存活了 107 岁了,早已超过梦想要活 102 岁的阿里巴巴。在这 107 年中,从穿孔卡片到 System/360 大型计算机,从制表机到兆级浮点运算,从创始人沃森到超级计算机“沃森”——IBM 似乎在高速运转的计算机新时代下越来越疲惫,此前不仅因软件销售、大型服务器需求疲软等原因导致连续 20 个季度营收下滑,如今在拥抱人工智能、大数据、云计算等数字化转型过程中也遭遇了难点......而开源,就是包括 IBM 在内的昔日巨头们重新夺回赛道的重要手段。事实上,从历史上看,蓝色巨人一直是 Linux 和相关项目的忠实贡献者。IBM 于 1999 年首次宣布支持免费操作系统 Linux,当时微软的 Windows 系统在桌面和服务器上都取得了胜利,而 Linux 远没有今天这么成熟。而且据统计到 2008 年,IBM 雇佣了大约 600 名开发人员,涉及 100 多个 Linux 项目,包括 Xen、Linux 工具链、Apache、Eclipse 和内核本身。长时间以来,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。尽管它并非完全出于利他主义,但很显然的事实是,IBM 对 Linux 产生了不可否认的积极影响。当然,如果 IBM 十年前就发力开源的话,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 本身以及整个 Linux 生态系统都产生了重大的积极意义,而现在,IBM 也终于迈出了下一步。除了以上的开源动作外,IBM 还宣布将推动 OpenPower 基金会加入 Linux 基金会。OpenPower 基金会是由 Google、Mellanox Technologies、Nvidia 和 Tyan 在 6 年前所组建的,旨在创建一个围绕 Power 系列处理器的指令集架构的生态系统。因此,如果你曾经想创建自己的 Power 处理器,但被 IBM 昂贵的许可证费用“吓退”了的话,现在机会来了,你不需要参与 OpenPower 基金会也可以使用 Power 指令集。与 RISC-V、MIPS 等开源指令集相比,Power 指令集最大的优势就是性能强大,而 RISC-V 等指令集主要面向低功耗的 IoT 设备等,所以对 HPC 高性能运算、AI 人工智能、深度学习等需要高性能的领域来说,Power 开源又提供了一次良好的发展机会。
从 PowerPC 到成功的“搅局者”



IBM 开放 Power 体系架构的漫长历程最早可以追溯到 1991 年。上世纪 90 年代,苹果、IBM 和摩托罗拉公司一起建立了 PowerPC 联盟,意欲打破个人电脑市场的垄断。当时 IBM 开始把注意力转到 RS/6000 Unix 系统(Unix 在当时风靡一时)采用的 Power 体系结构,Sun 微系统公司和惠普公司正像饥饿的狼群,围绕着 IBM 的专有大型机和小型计算机伺机而动,而瘦弱饥饿的甲骨文公司则在附近龇牙低吼。而在这些背景的后面,IBM 正准备将其专有的 AS/400 企业小型机系统转移到一个带有 RS/6000 的通用硬件平台上,一个可靠的 Windows 服务器已经存在好几年了(而且很快就会在 Power Iron 上运行),而年轻的 Linus  Torvalds 刚刚创建了第一个 Linux 内核(这最终将成为保持 Power Iron 在 HPC 中心,特别是某些企业数据中心中存活的关键)。历史是漫长而又复杂的,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,而将其转向到 64 位处理器则尤其困难。有趣的是,IBM 在明尼苏达州罗切斯特市的 AS/400 处理器团队创造了一个非常好的 64 位 PowerPC 芯片,该芯片还嵌入了一个双泵矢量处理器,正是这个处理器,而不是奥斯汀的 AIX 设计人员所设计的处理器,才是自那以后所有 Power 芯片和系统的核心。最终,Sun 微系统公司因为采用了 UltraSparc-III 系统而岌岌可危,惠普和英特尔也因为构建了 Itanium,而陷入了一连串的困境,这就为 IBM 在 21 世纪初成为一个搅局者大开了方便之门。就在那个时候,确切说是在 2001 年,IBM 就推出了它的第一个双核芯片和第一个能在 1 GHz 以上工作的处理器,也就是 Power4“千兆处理器”,而 IBM 在 Unix 中的这一重锤出击,为蓝色巨人带来的回报是 Sun 公司和惠普公司在 Unix 中的两倍,凭借这一成功举措,它疯狂地抢占了市场份额。与此同时,摩托罗拉 68000 系列芯片也在不断发展,它是苹果个人电脑的核心,也是无数嵌入式控制器的核心。可能今天是 ARM 占据着嵌入式控制器市场的主导地位,但在那时候,统治着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体系架构首先是用 PowerPC 体系架构完成的,实际上也是由它实现的。当然,从那时起,Unix 市场基本上已经被运行 Linux 和 Windows 服务器的 x86 系统所取代,而 Sun 公司的 SPARC 和惠普公司的 PA-RISC,以及英特尔公司的 Itanium 都已不复存在。摩托罗拉也已将嵌入式控制器市场拱手相让给了 ARM,IBM 一直试图通过 2004 的 Power.org 和 2013 的 OpenPower 基金会,来为 Power 架构注入一些活力。每迈出一步,IBM 都将其技术进一步开放,并扩大其吸引力,但这种开放是否足够仍是一个问题。所以尽管 Power 芯片指令集(Power ISA)对其它指令集来说拥有许多架构上的优势,但是没有人会说,OpenPower 基金会将很容易地发展它的生态系统,虽然它的发展确实比一个封闭的架构要容易得多。现在 Power 芯片指令集的许可也被免费授予,这是利大于弊的。IBM 的 OpenPower 部门总经理 Ken King 表示:“我们在六年前开始成立 OpenPower 联盟,因为......我们发现需要更强大的系统来支持 HPC、人工智能和数据分析,我们需要找到其他方法来驱动系统性能,由于处理器的限制,在堆栈上下集成和创新的能力变得越来越关键。这导致了一些事情,如支持 Nvidia 推出 NVLink, 和 Mellanox 在互联技术(interconnect)建立密切关系,以及为支持其它设备采用 OpenCAPI(开放式一致性加速器接口)标准,我们在这里都看到了一些进展。但随着很多公司转向更开放的硬件,我们也看到了行业的转变。”“IBM 将 Power 架构开放到我们可以将 CPU RTL 许可授予给其他人的程度,这样他们就可以设计自己的处理器。但其效果是有限的,因为没有多少人愿意花费数亿美元(不是为支付许可费,而是为全面开发)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 多家供应商正在开发基于 Power 的系统。我们也看到新兴的 RISC-V 体系结构的有趣发展,超级巨头们正在雇佣他们自己的芯片设计师,构造他们自己的 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,也要推动这一发展。”在这种行业环境下,自然是时候开放 Power 芯片指令集了!
对于开发者和行业来说,开源意味着什么?



Power 架构最大的特点就是采用对称多处理器技术,能够保障内存访问任何一个 CPU 时速度都是一样的,这是英特尔 X86 架构都做不到的优点,因此 Power 架构未来被应用于高端服务器市场的前景非常广泛。此番开源 Power 芯片集,IBM 可以说是为整个开源社区做出了巨大贡献——这意味着任何公司可都以使用 Power 芯片指令集来构建一个芯片,而不必支付一毛钱给 IBM 或 OpenPower 基金会,就可拥有开发芯片的专利权。除了这些,IBM 还提供了一个在 FPGA(一种大概来自 Xilinx,而不是 Altera公司的器件)上实现的 Power 芯片指令集的软核模型供人们使用。并且,IBM 还采用了 OpenCapi 加速器接口及其 OpenCapi 内存接口变体,这是今年某个时候推出的 Power9’(这是一个单引号,而不是一个打字错误)处理器的一个关键功能,实际上,它正在为这些参考设计向独立于 OpenPower 的 OpenCapi 联盟提供 RTL。机遇与挑战并存。虽然 IBM 是美国企业,但开源的 Power 指令集是不会受到美国“禁令”的影响,其效率高、性能强劲的特点对于国内厂商来说,或许也会提供国产芯的新机遇?而且,如果真的能基于 Power ISA 做出 CPU,相信对于目前 x86、ARM 的垄断也是强有力的挑战。但与此同时,在独立性和兼容性上,IBM 也有自己的坚持。King 解释说,公司必须保持与指令集的兼容性,并且有一整套兼容性要求。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,在关于未来可以对 Power 芯片指令集做出哪些改变的问题上,IBM 与其它 OpenPower 基金会成员拥有相同的投票权。IBM 还将保留对 Power 架构进行任何更改以满足其自身需求的权利,但所有其它更改需要成员的多数投票以确保兼容性。“一切更改都必须遵守合规性准则,因为我们不希望出现一堆碎片。”如果任何公司想进行不符合规定的变更,则需要成员一致投票决定。参考链接:(*本文为 AI 科技大本营转载文章,转载请联系原作者)



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