Power10

Power10
Power10 processzor egycsipes modulban (SCM)
Power10 processzor egycsipes modulban (SCM)
Gyártás2021
TervezőIBM, OpenPower partnerek
GyártóSamsung
Max CPU órajel3.5 és 4 GHz között
Gyártás technológia méret7 nm
ArchitektúraPower utasításkészlet-architektúra (Power ISA v.3.1)
MikroarchitektúraP10
Magok száma15 SMT8 mag
30 SMT4 mag
L1 gyorsítótár48 + 32 KiB magonként
L2 gyorsítótár2 MiB magonként
L3 gyorsítótár120 MiB csipenként
TokozásOLGA SCM és DCM
Foglalat1–16
Alkalmazásaszerverek
ElődPOWER9
Power Architektúra
NXP (volt Freescale és Motorola)
IBM
IBM-Nintendo együttműködés
Egyéb
Kapcsolódó hivatkozások
  • OpenPOWER Alapítvány
  • AIM szövetség
  • RISC
  • Blue Gene
  • Power.org
  • PAPR
  • PReP
  • CHRP
  • AltiVec
  • tovább...
    dőlt betűsek a történelmi tételek
Sablon:Power architektúra

A Power10 egy szuperskalár, többszálú, többmagos mikroprocesszor család, ami a nyílt forráskódú Power utasításkészlet-architektúrán alapul. Az IBM POWER sorozatába tartozó mikroprocesszor-típus. Az IBM tervezte az OpenPOWER Alapítvány partnereinek közreműködésével. Kifejezetten az analitikus számítástechnika és a Big Data számítási igényeinek kielégítésére tervezték.[1][2]

2020 augusztusában jelentettek be a Hot Chips konferencián. Általánosan elérhető 2021 szeptemberétől az IBM Power10 Enterprise E1080 szerverben.[3]

A processzor 16 magot tartalmaz, de ezekből csak 15 használható, mivel egy magot tartaléknak tartanak fenn, a gyártás során felmerülő hozamproblémák kivédésére.

A Power10 processzorokat a Samsung gyártja, 7 nm-es EUV litográfiai folyamattal,[4] 18 fémréteggel és 18 milliárd tranzisztorral a 602 mm2 felületű szilíciumlapkán.[5][6][7][8]

A Power10 egy wattra vetített teljesítménye magasabb, jobb memória- és be-/kimeneti architektúrákkal rendelkezik, mint elődje, és főleg a mesterséges intelligencia (MI) területén jelentkező számítási feladatokra fókuszál.[9]

Tervezés

A Power10 magokban a funkcionális egységek többségét megduplázták, a megelőző POWER9 sorozathoz képest. A mag nyolcutas szimultán többszálas végrehajtású (SMT8), mindegyik mag 48 KiB L1 utasítás- és 32 KiB L1 adat-gyorsítótárral, egy 2 MiB-os L2 gyorsítótárral rendelkezik és egy nagyon nagy, 4096 bejegyzéses címfordító gyorsítótárral (TLB, translation lookaside buffer).[7] A különböző gyorsítótár-fokozatok és a TLB késleltetési ciklusai jelentősen csökkentek. Mindegyik mag nyolc végrehajtási szelettel rendelkezik, amelyek mindegyikében egy lebegőpontos egység (FPU), aritmetikai-logikai egység (ALU), elágazás-előrejelző (branch predictor), betöltő-tároló egység és SIMD motor található, és ezek egyszerre 128 bites (64+64) utasításokat tölthetnek be, tehát egy lépésben tölthetik be a Power ISA v.3.1-ben bevezetett új prefixált/összevont utasításokat. Mindegyik végrehajtó szelet 20 utasítást képes kezelni, amelyeket egy osztott 512 bejegyzéses utasítástábla támogat, és továbbít a 128 bejegyzés széles (64 egyszálas) betöltési sorba és 80 bejegyzés széles (40 egyszálas) tárolási sorba. A jobb elágazás-előrejelzési logika megduplázza az előrejelzés pontosságát, ami a sebességet növeli. Egy maghoz négy mátrixaritmetikai kisegítő egység (MMA, Matrix Math Accelerator) is tartozik,[10] a SIMD kód hatékonyabb kezeléséhez, különösen a mátrixszorzási utasítások esetében, ami a MI következtetések számítási feladataiban 20-szoros teljesítménynövekedést okoz.[11]

A processzornak két "féltekéje" van, mindegyikben nyolc maggal, amelyek egy elosztott 64 MiB-os L3 gyorsítótárat érnek el, így a processzor összesen 16 magot és 128 MiB L3 gyorsítótárat tartalmaz. Kihozatali (gyártási) problémák miatt legalább egy mag mindig le van tiltva, ami 8 MiB-tal csökkenti az L3 gyorsítótár méretét, így áll elő a használható összesen 15 mag és 120 MiB L3 gyorsítótár. A csip tartalmaz még nyolc kriptográfiai gyorsítót, amelyek csökkentik az olyan általános algoritmusok terhelését, mint az AES és SHA-3.

A fokozott órajelkapuzás,[12] a minden fokozatban átdolgozott mikroarchitektúra a fuzionált/prefixes utasításokkal együtt nagyobb munkát tesz lehetővé kevesebb egységgel, az "okosabb" gyorsítótárak alacsonyabb memóriakésleltetése és effektívcím-címkézése csökkenti a találati hibákat, mindez lehetővé teszi, hogy a Power10 mag feleannyi energiát fogyasszon, mint a POWER9. A számítási képességek akár 30%-os javulásával együtt a teljes processzor 2,6-szor jobb egy wattra eső teljesítményt nyújt, mint elődje. A modulra két magot építve az összteljesítmény akár háromszoros lehet, ugyanolyan energiafelhasználás mellett.

Mivel a magok nyolc logikai processzorként működnek, a 15 magos processzor az operációs rendszer szemszögéből 120 magnak tűnik. Egy kétcsipes modulon ez 240 egyidejű szálat jelent foglalatonként (socket).

I/O

A csipeken teljesen átdolgozták a memóriakezelő és a bemeneti/kimeneti architektúrákat, a (nyílt) Open CAPI (OpenCAPI) és Open Memory Interface (OMI) technológiák alkalmazásával.[13] A soros memóriakommunikáció használata a csipen kívüli vezérlők felé csökkenti a csip kimenő és bejövő jelsávjait, növeli a sávszélességet és lehetővé teszi a processzor számára a memóriatechnológia rugalmas kezelését.[8]

A Power10 memóriatípusok széles skáláját támogatja, amibe beletartozik a DDR3–DDR5, GDDR, HBM, és a tartós tárolómemóriák. Ezeket a konfigurációkat a felhasználó megváltoztathatja, hogy az a legjobban illeszkedjen a rendszer tervezett használati esetéhez.

  • DDR4 – max. 16 TiB RAM, 410 GiB/s, 10 ns késleltetés támogatva
  • GDDR6 – max. 800 GiB/s
  • Állandó tárak – max. 2 PiB

A Power10 lehetővé teszi az adatok titkosítását, teljesítménycsökkenés nélkül minden szakaszban, a RAM-tól kezdve a gyorsítókon és a klasztercsomópontokon át az adatok tárolásáig.

A Power10 el van látva a csipek közötti kommunikációt biztosító PowerAXON be-/kimeneti rendszerekkel,[14] amik emellett a rendszerek közötti, a gyorsítók felé az OpenCAPI busz, a be-/kimenet és egyéb nagy teljesítményű gyorsítótár-koherens perifériák kommunikációját végzik. Ez a készlet kezeli a csomópontok közötti kommunikációt egy 16-szoros foglalatú egychipes modul (SCM), vagy egy 4-szeres foglalatú kétcsipes modul (DCM) klaszterben. Kezeli még a memória szemantikát a rendszerek klaszterezéséhez, lehetővé téve a mag betöltő-tároló logikája (load/store) számára a hozzáférést max. 2 PiB RAM-hoz az egész Power10 klaszterben. Az IBM ezt a funkciót Memory Inception-nek nevezi.

Az OMI és a PowerAXON képes kezelni az 1 TiB/s sebességű csipen kívüli kommunikációt.

A Power10 processzor lapkán belüli PCIe 5 interfészt is tartalmaz. Az SCM 32, a DCM 64 PCIe 5 sávos. A processzorban azért szüntették meg az NVLink támogatását, mert a PCIe 5.0 jobb lehetőségeket biztosít a sávszélesség terén, így az NVLink teljesítményben alulmaradt a Power10-re tervezett használati esetekben.[7] Az NVLink lapkára integrált támogatása korábban a POWER8 és POWER9 processzorok versenyelőnyt jelentő tulajdonságai voltak.

Változatok

A Power10 csip két változatban elérhető, amit a tokban található firmware határoz meg. Annak ellenére, hogy a csipek fizikailag azonosak, és a különbség a firmware-ben szoftverrel van beállítva, azt a gyártás után sem a felhasználó, sem a gyártó (azaz az IBM, Samsung, stb.) nem képes megváltoztatni.[15]

  • 15× SMT8 mag
    • magas adatátviteli sebességű, de kevésbé számításigényes alkalmazásokhoz optimalizált változat
  • 30× SMT4 mag
    • nagy számításigényű alkalmazásokhoz optimalizált változat, amelyek a kibővített utasításkészletet használják, és több ciklust igényelnek a gyorsítótárba betöltött információkhoz

Modulok

A Power10 három flip-chip plasztik LGA (FC-PLGA) tokozásban készül: egy egycsipes modul (SCM) és két kétcsipes modul (DCM és eSCM) formában.

  • SCM, egycsipes modul – 3,6–4,15 GHz, max. 15 SMT8 mag. A foglalatok klaszterbe foglalhatók, legfeljebb 16. x32 PCIe 5 sáv. A modul mérete: 68,5 × 77,5 mm. A modul egyedi konfigurációval rendelkezik, 8 csatlakozóval a hordozón (OTF) a szimmetrikus többprocesszoros működéshez (SMP), ami közvetlenül kábelekkel csatlakozik más Power10 SCM modulokhoz.
  • DCM, kétcsipes modul (DCM) – 3,4–4,0 GHz, max. 24 SMT8 mag. Legfeljebb négy foglalat klaszterbe csoportosítható. x64 PCIe 5 sáv. A DCM ugyanabban a termikus tartományban van, mint a korábbi ajánlatok. A modul mérete: 74,5 × 85,75 mm. A DCM négy változatban kapható.[16]
    • EPEU – 12 mag, 3,36–4,0 GHz
    • EPEV – 18 mag, 3,2 –4,0 GHz
    • EPGW – 24 mag, 2,95–3,9 GHz
    • EHC8 – 24 mag, 2,95–3,9 GHz (az észak-amerikai egészségügy számára)
  • eSCM, belépő szintű egycsipes modul – 3,0–3,9 GHz, max. 8 SMT8 mag. Ez két Power10 csipet kombinál. Az első csip teljesen funkcionális, 4–8 aktív maggal. A másik csip csak a PCIe funkcionalitást használ, szerepe csak a be-/kimenet vezérlésére korlátozódik, rengeteg PCIe sávval. Ezek az eSCM modulok legfeljebb négy foglalatig csoportosíthatók. A modul mérete: 74,5 × 85,75 mm. Az eSCM-et „ioscm”-nek is nevezik.[17][18]

Rendszerek

Enterprise

Az IBM Power E1080, Denali kódnevű modellek[19] a Power10 processzoros rendszerek csúcskategóriás kiadásai. 1–4× „központi elektronikai komplexum” (Central Electronics Complex, CEC) elnevezésű csomópontból áll, mindegyik 5U helyet foglal.[20] Minden csomópont 4 Power10 SCM-et tartalmaz, processzoronként 10, 12, vagy 15 SMT8 maggal konfigurálható, és legfeljebb 16 TiB OMI-DDR4 RAM-ot tartalmazhat. A Power E1080 natív módon futtatja a PowerVM-et IBM AIX, IBM i és little-endian Linux operációs rendszereken.[21] Egy E1080 rendszernek szüksége van egy 2U magas rendszervezérlő egységre is a felügyelet és konfiguráció számára.

A Power E1080 akár tizenhat I/O bővítő fiókot is támogat, négyet CEC csomópontonként. Mindegyik bővítőfiók két PCIe fanout modullal csatlakozik a megfelelő CEC csomóponthoz, és tizenkét FHFL PCIe bővítőhellyel rendelkezik. Ezek közül négy PCIe 3.0 x16, míg a maradék nyolc PCIe 3.0 x8. A maximális konfiguráció specifikáció lehetővé teszi, hogy a Power E1080 192 egyfoglalatos PCIe kártyát támogasson egy 16 foglalatos rendszerben.[22]

Középkategóriás rendszerek

  • IBM Power E1050 – 4U ház. 2-4× CPU foglalat 2-4× DCM modulhoz, 24-96 mag. 64× OMI memóriafoglalat, ami max. 16 TiB RAM-ot támogat. 11× PCIe bővítőhely, 8× gen.5 és 3× gen.4. A tárolókhoz 10 foglalat, legfeljebb 64 TiB-os NVMe alapú SSD-k számára. Linux, AIX vagy IBM i operációs rendszerek kombinációját futtathatja.[16][23]

Scale-out

Az S modellek Linux, IBM i és AIX rendszerekkel használhatók. Az L modelleket alapvetően Linuxhoz tervezték, de AIX és IBM i rendszerek is használhatók rajtuk, a rendelkezésre álló processzorok 25%-ának erejéig.[17]

  • IBM Power S1024 & L1024 - 4U ház. 1–2× CPU foglalat 1–2× DCM modulhoz, 24–48 mag. 32× OMI memóriafoglalat, ami max. 8 TiB RAM-ot támogat. 10× PCIe bővítőhely, 8× gen.5 és 2× gen.4. 16 foglalat, legfeljebb 102 TiB NVMe alapú SSD-k számára.
  • IBM Power S1022 & L1022 - 2U ház. 1–2× CPU foglalat 1–2× DCM modulhoz, 24–40 mag. 32× OMI memóriafoglalat, ami max. 4 TiB RAM-ot támogat. 10× PCIe bővítőhely, 8× gen.5 és 2× gen.4. 8 foglalat, legfeljebb 51 TiB NVMe alapú SSD-k számára.
  • IBM Power S1022s - 2U ház. 1–2× CPU foglalat 1–2× eSCM modulhoz, 4–16 mag. 16× OMI memóriafoglalat, ami max. 2 TiB RAM-ot támogat. 10× PCIe bővítőhely, 8× gen.5 és 2× gen.4. 8 foglalat, legfeljebb 51 TiB NVMe alapú SSD-k számára.
  • IBM Power S1014 - 4U ház vagy egy asztali torony. 1× Power10 eSCM modul 4 vagy 8 maggal. 8× OMI memóriafoglalat, ami max. 1 TiB RAM-ot támogat. 5× PCIe bővítőhely, 4× gen.5 és 1× gen.4. 16 foglalat, legfeljebb 102 TiB NVMe alapú SSD-k számára.
  • IBM Power S1012 - 2U, fél-széles ház vagy egy asztali torony. 1× Power10 eSCM modul 1, 4 vagy 8 maggal. 4× OMI memóriafoglalat, ami maximálisan 256 GiB RAM-ot támogat. 4× PCIe bővítőhely, 4× gen.5. 4 foglalat, legfeljebb 6,4 TiB NVMe alapú SSD-k számára.

Operációs rendszer támogatás

Összehasonlítás a korábbi POWER CPU-kkal

A 7-nm gyártási folyamatra való áttérés jelentősen magasabb wattonkénti teljesítményt eredményezett.

A PowerAXON szolgáltatáscsomag ettől kezdve egészen 2 PB méretig terjedő, több klasztercsomóponton keresztül elosztott egyesített klaszteres memóriaterület képes kezelni, és magában foglalja a PCIe 5 támogatását.

Új SIMD utasítások és új adattípusok jelentek meg, beleértve a bfloat16, INT4(INTEGER) és INT8(BIGINT) adatformátumokat,[26][27] amelyek főleg a mesterséges intelligencia terén jelentkező számítási feladatok hatékonyságát fokozzák.

A korábbi POWER9 és POWER8 CPU-kkal ellentétben, a Power10 zárt forráskódú, harmadik féltől származó firmware-t igényel a CPU-modul biztonságra érzékeny területein belül, valamint további hozzáadott zárt forrású, harmadik féltől származó firmware-t a szükséges modulon kívüli memóriavezérlőben.[28]

Márkanév

A Power10 elnevezése kissé rendhagyó, mivel ennél az IBM szakított a korábbi POWER processzoroknál használt teljesen nagybetűs névadással. A teljes nagybetűs nevek utolsó képviselője a POWER9-es processzor. Ez a változás az IBM Power Systems termékcsalád márkanévváltásának egyik eleme, amely a Power10-től kezdődően már csak „Power”. A Power10-nek logója is van.[29]

Jegyzetek

  1. ↑ Power10... 2020... 10nm – suddenly IBM snaps awake, scribbles notes (angol nyelven)
  2. ↑ IBM ROADMAP EXTENDS POWER CHIPS TO 2020 AND BEYOND (angol nyelven)
  3. ↑ https://www.lemagit.fr/actualites/252522629/IBM-multiplie-enfin-les-modeles-de-serveurs-Power10
  4. ↑ Prickett Morgan, Timothy: IBM’s Plan For Etching Power10 And Later Chips (angol nyelven). IT Jungle , 2019. január 7.
  5. ↑ Hot Chips 2020 Live Blog: IBM's POWER10 Processor on Samsung 7nm (angol nyelven). AnandTech, 2020. augusztus 17.
  6. ↑ IBM takes Power10 processors down to 7nm with Samsung, due to ship by end of 2021 (angol nyelven). The Register, 2020. augusztus 17.
  7. ↑ a b c IBM Power10 offers 30 cores with SMT8, PCIe 5.0 and DDR5 (német nyelven). Hardware LUXX, 2020. augusztus 17.
  8. ↑ a b IBM POWER10 Searching for the Holy Grail of Compute (angol nyelven). ServeTheHome, 2020. augusztus 17.
  9. ↑ IBM Reveals Next-Generation IBM POWER10 Processor (angol nyelven). IBM, 2020. augusztus 17.
  10. ↑ Jose Moreira, Puneeth Bhat A H and Satish Kumar Sadasivam. Matrix-Multiply Assist Best Practices Guide (2021. április 15.) 
  11. ↑ IBM Debuts Power10; Touts New Memory Scheme, Security, and Inferencing (angol nyelven). HPCwire, 2020. augusztus 17.
  12. ↑ Clock gating: órajelkapuzás: energiagazdálkodási technika, amelyet egyes szinkron áramkörökben alkalmaznak a dinamikus teljesítményleadás csökkentésére, az órajel eltávolításával, amikor az áramkör vagy annak egy része nincs használatban, vagy figyelmen kívül hagyja az órajelet.
  13. ↑ IBM i at the heart of Cognitive Systems (angol nyelven). slideshare.net via Wikiwix .
  14. ↑ A PowerAXON az IBM által használt marketing kifejezés, amely a POWER9 platform által használt nagysebességű I/O-összeköttetések gyűjteményét írja le. A PowerAXON a Power with A-bus, X-bus, OpenCAPI és NVLink rövidítése. Ezek az összeköttetések 25 GT/s jelátviteli sebességgel működnek.
  15. ↑ Prickett Morgan, Timothy: IBM's Possible Designs For Power10 Systems (angol nyelven). IT Jungle, 2020. augusztus 31.
  16. ↑ a b Giuliano Anselmi, Marc Gregorutti, Stephen Lutz, Michael Malicdem, Guido Somers, Tsvetomir Spasov: IBM Power E1050 Technical Overview and Introduction, 2022. július 11.
  17. ↑ a b Giuliano Anselmi, Young Hoon Cho, Andrew Laidlaw, Armin Röll, Tsvetomir Spasov: IBM Power S1014, S1022s, S1022, and S1024 Technical Overview and Introduction, 2022. július 19.
  18. ↑ GitHub/OpenPower/Rainier source
  19. ↑ https://www.ibm.com/fr-fr/products/power-e1080
  20. ↑ Az „U” itt mértékegység, 1 U = 1,75 inch = 44,45 milliméter az ANSI/EIA-310-D-1992 szabvány szerint. Lásd még: 19 colos rack, ismertetés
  21. ↑ This is what the most powerful server in the world looks like
  22. ↑ Giuliano Anselmi, Manish Arora, Ivaylo Bozhinov, Dinil Das, Turgut Genc, Bartlomiej Grabowski, Madison Lee, Armin Röll: IBM Power E1080 Technical Overview and Introduction, 2021. december 9.
  23. ↑ https://poweribmi.fr/gamme-power-systems/
  24. ↑ Linux 5.9 Brings More IBM POWER10 Support, New/Faster SCV System Call ABI (angol nyelven). Phoronix (weboldal), 2020. augusztus 9.
  25. ↑ a b Talking High Bandwidth with IBM's POWER10 Architect (angol nyelven). The Next Platform, 2019. augusztus 6.
  26. ↑ Patrizio, Andy: IBM details next-gen POWER10 processor. Network World , 2020. augusztus 18.
  27. ↑ Data type aliases. IBM , 2020. augusztus 26.
  28. ↑ It's not just OMI that's the trouble with POWER10, 2021. szeptember 8.
  29. ↑ Morgan, Timothy Prickett: No More Shouting The Name “Power” (Well, Except In Our Title Here) (angol nyelven). IT Jungle, 2021. augusztus 2. (Hozzáférés: 2025. január 1.) „„Nincs több kiabálás ...””

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a POWER10 című francia Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként. · Ez a szócikk részben vagy egészben a Power10 című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.}

Források

További információk

Kapcsolódó szócikkek

  • IBM POWER mikroprocesszorok
  • OpenPOWER Alapítvány
  • POWER9