IBM四核处理器 - 全文

　　z196处理器是一种四核芯片，在512平方毫米的面积上包含了14亿个晶体管。这种芯片是IBM在纽约州Poughkeepsie的工程师设计的，由IBM在纽约州 East Fishkil的300毫米晶圆加工厂采用45纳米SOI加工工艺生产的。IBM在奥斯汀、德克萨斯州、德国、以色列和印度的实验室都为z196芯片做出了贡献。

　　简介

　　截止2010年08月最快CPU诞生！IBM z196主频高达5.2GHz。

　　Porell说，我们用了15亿美元制造这种芯片。在6个国家和22个实验室的5000人参加了这个芯片的开发工作。

　　同时，从性能的角度看，IBM最新推出的zEnterprise System是IBM迄今为止功能最强的系统。zEnterprise System中的核心服务器叫作zEnterprise 196，包含96个全球速度最快的和最强大的处理器，每秒可执行500亿条指令，大约是IBM流行的System/360系列服务器中的91型服务器在 1970年执行的指令数量的1.7万倍。

        据了解，Z196处理器有14亿个晶体管，面积为512.3平方毫米，这使其在晶体管数量和面积上都要大于POWER7芯片。z196芯片采用 了IBM的触点陈列封装，被称为C4的金属触点封装取代了以往的针状插脚——其触点数量惊人：8093个电源触点和1134个信号触点。

　　z196芯片每个核心都有64KB的L1指令缓存和128KB的L1数据缓存，这一点和Z10非常相似。但是z196有100个新指令和超 标量通道允许指令重新排序，这样Z196通道就比z10的更有效，而且其编辑代码是不可见的。除此之外，Z196的每个核心都有1.5MB的L2缓存。

　　工作原理

　　z196引擎的超标量通道可以在每个时钟周期内解码3个z/Architecture CISC指令并执行多达5个操作。每个核心有6个执行单元：2个整数单元，1个浮点单元，2个加载/保存单元和1个小数单元。IBM表示，这浮点单元要比 z10芯片中的更好，但是没有透露它在每个时钟周期内可以做多少flops。之前的一些z/Architecture CISC指令已经被分割成块，使其能够更有效地分散在通道中，让z196更像是RISC。

　　与POWER7芯片一样，z196在芯片中采用嵌入式的DRAM（eDRAM）作为L3缓存。这种eDRAM比经常用作缓存的静态DRAM（SRAM）速度更慢，你可以将其指定到一个特定的区域。对很多工作负载来说，让更多内存接近于芯片要比使用高速内存更加重要。z196处理器有 24 MB的eDRAM L3缓存，被划分为2个存储体，并由2个片上L3缓存控制器进行管理。

　　每个z196芯片可以作为一个GX I/O总线控制器——这种方法同样被用于POWER系列芯片中，用于连接主机通道适配器和其他外围设备，每个插槽分配得到一个与受RAID保护的DDR3 主内存相连接的内存控制器。此外，z196芯片还有2个加密和压缩处理器，IBM大型机采用了这种第三代电路设计。

　　z196芯片采用两个核心共享其中一个协同处理器方式，且每个核心有16KB的缓存空间。最终达到每个z196芯片有一个可连接SMP Hub/共享缓存芯片接口。如下图所示，有2个芯片被集成到一个z196多芯片模块（MCM）上，提供了交叉耦合允许MCM上所有6个插槽通过40GB /s相连接。Z196提供的是交叉耦合访问方式，在MCM上提供了六个插槽以40GB/s的速度连接到各芯片上，zEnterprise 196 SMP Hub/共享缓存。

　　在IBM大型机中，z196处理引擎相当于中央处理器（CP），而CP的互连芯片称为共享缓存（SC）。每个SC有6个CP接口相互连接，其中有3个架构接口连接到全加载的z196系统中其他3个MCM。

　　从上面的架构图来看，SMP Hub的一个优点就是可以加载到带有L4缓存的组件上，这是大多数服务器所没有的——几年前IBM曾向至强处理器的EXA芯片组上增加了一些L4缓存（即采用了eX4架构的IBM X3850M2/3950M2平台，可通过扩展组建升级为16路系统。对应的CPU为Xeon 7400系列）。L4缓存之所以重要，其原因在于大型机引擎的主频要远高于主内存速度，但是如果只通过增加一个缓存层来满足Z196的引擎需求是非常昂贵 的。不管怎样，这种SMP Hub/共享缓存芯片和CP一样也是采用45nm制程工艺，有15亿个晶体管，面积为478.8平方毫米，封装中有8919个触点。

　　每个MCM上部署6个CP和2个SC，MCM是一个边长96毫米的正方形，功耗1880瓦。每个处理器板有一个MCM，这使得一个完全连接的系 统可以达到96个CP，十几个控制器可以访问多达3TB RAID内存，32个I/O Hub接口最高可实现288 GB/s的I/O带宽。顶架式zEnterprise 196 M80设备中的80个CP可用于运行工作负载，其他可以使用Parallel Sysplex集群来耦合系统、管理I/O和热备份等等。

　　支持视窗系统

　　IBM大型机自12月16日起将支持Windows系统

　　据国外媒体报道，从今年12月份起，IBM ZEnterprise 196大型机将在Linux、X86系统之外增加Windows系统。这将跨越许多数据中心的一条大系统分界线。IBM此前曾宣布有意在ZEnterprise 196大型机中运行Windows系统。今年12月16日起，IBM大型机将启用Windows管理功能。

　　用户希望数据中心有新的运行能力。现在有许多基于Windows 、可与大型机进行数据交互的应用，包括IBM制造的许多机器在内。但现在此类应用必须单独管理。

　　IBM表示，支持Windows系统将促进大型机企业环境的安全性和速度，也将使用户得以在专用网络上连接系统，避免其他网络的波动，并实现一体化管理。

　　IBM Z系统部门业务主管格雷格·洛特科（Greg Lotko）说：“添加Windows系统是IBM真正认识到世界的复杂关联性。”目前，Z系统平台支持Z/OS、Linux、Unix 和Windows系统。

　　Clabby Analytics分析师乔·克拉比（Joe Clabby）认为IBM此举对用户有利。Z系统以其运行数据传输和批处理工作负载的能力闻名，而Linux可以支持Java工作负载。Z系统还将有一项功能，将其管理扩展至zBX 刀片式服务器，使它更易于整合和处理相关数据。

　　克拉比说，整合管理能力将减少运行多个操作系统的大型机环境所需的劳动力。而且，单一体系的管理也省钱。

　　IDC公司的分析师让·波兹曼（Jean Bozman）表示，支持Windows系统将使Windows 应用程序和大型主机之间的连接速度非常快。大型机的运行性能和点对点管理速度也更快。