A POWER9 az IBM által gyártott szuperskalár, többszálas, többmagos mikroprocesszor-család, amely a Power utasításkészlet-architektúrán alapul. A POWER8 utódja. 2016 augusztusában jelentették be. A POWER9 alapú processzorok 14 nm-es FinFET eljárással készülnek, 12 és 24 magos kiépítésben, emellett scale out (SO) és scale up (SU) skálázási változatokban elérhetőek, és esetlegesen más változatokban is, mivel a POWER9 architektúra nyitott a licencelés és módosítások céljaira az OpenPOWER Alapítvány tagjai számára. Összesen négy célzott lapka-implementáció létezik (a magok száma szerint 24/SO, 24/SU, 12/SO és 12/SU).
A Summit szuperszámítógép, amely 2024-ben a kilencedik helyen állt a világ szuperszámítógépeinek ranglistáján (a 2024 júniusi TOP500 lista alapján), a POWER9-en alapul, ezek mellett Nvidia Tesla GPU-kat használ gyorsítóként.
Tervezés
Mag A POWER9 magjának két változata van, egy négyutas többszálas SMT4 és egy nyolcutas SMT8 jelű. Az SMT4 és SMT8 magok összeállítása hasonló, mind a kettő több úgynevezett „szeletből” áll (slice), melyeket közös ütemezők táplálnak. A szelet egyszerű 64 bites egyszálas feldolgozó mag, betöltő-tároló (LSU), fixpontos (ALU) egységekkel és egy vektor-skalár egységgel (VSU, SIMD és lebegőpontos műveletekhez). Két összekapcsolt szelet alkotja a „szuperszeletet” (super-slice). Egy SMT4 mag egy -os ( = 1024 bájt) L1 utasítás-gyorsítótárat, egy -os L1 adat-gyorsítótárat, egy utasításlehívó egységet (IFU) és egy utasítássorrend-vezérlő egységet (ISU) tartalmaz, amely két szuperszeletet szolgál ki. Az SMT8 mag gyakorlatilag két SMT4 egység, két készlet L1 gyorsítótárral, valamint IFU-kkal és ISU-kkal rendelkezik, melyek négy szuperszeletet hajtanak meg. Ennek eredményeként az a POWER9 12 és 24 magos változatai azonos számú szeletet (96 darabot) és ugyanannyi L1 gyorsítótárat tartalmaznak.
A POWER9 moduláris felépítése lehetővé tette, hogy csökkentsék az utasítás-futószalag fokozatainak számát, így a magoknak mind az SMT4, mind az SMT8 változatban, 12 fokozatú futószalagjuk van (öt fokozattal rövidebb, mint az elődjében, a POWER8-ban), ami elősegíti a körüli órajel-frekvencia megtartását. Ebben a processzortípusban elsőként jelentek meg a 2015 decemberében kiadott Power ISA v.3.0 elemei, az VSX-3 utasításokkal egyetemben. A POWER9 moduláris tervezése alapján több processzorváltozatban készül és licencelhető, az IBM-étől eltérő gyártási eljárással is. A csipen a tömörítést és kriptográfiát segítő társprocesszorok találhatók, valamint egy nagyméretű, alacsony késleltetésű, eDRAM-mal megvalósított L3 gyorsítótár.
A POWER9-en egy új megszakításvezérlő architektúrát vezettek be, ami felváltja a POWER4-től POWER8-ig alkalmazott sokkal egyszerűbb architektúrát, melynek neve „External Interrupt Virtualization Engine”, röviden XIVE. Az XIVE-t az Power10-ben is felhasználják.
Scale out / scale up A scale out a horizontális skálázást, a scale up a vertikális, ill. felskálázást takarja az IBM terminológiájában, ezeket SO és SU rövidítésekkel jelölik. IBM POWER9 SO – scale-out változat, két foglalatos, legfeljebb /s sávszélességű, közvetlenül csatlakoztatott DDR4 memóriával rendelkező számítógépekre optimalizálva (a tervek szerint 2017-ben vagy 2018 elején jelent meg). IBM POWER9 SU – scale-up változat, négy vagy több foglalatra, nagy NUMA memóriájú gépek számára optimalizált kialakítás, legfeljebb sávszélességgel a pufferelt memóriához (-es jeltovábbítást használ a PowerAXON összeköttetési interfésszel).
Mindkét POWER9 változat olyan változatban is szállítható, amelyben egyes magok le vannak tiltva kihozatali okok miatt, így a Raptor Computing Systems először 4 magos chipeket értékesített, és még az IBM is kezdetben legfeljebb 22 magos chipekkel árulta AC922-es rendszereit, annak ellenére, hogy mindkét típusú chip 24 magot tartalmaz a lapkán.
I/O A lapkákra számos teljesítményt növelő eszköz van építve, ezek segítik a masszív, chipen kívüli be- és kimeneti teljesítményt: Az SO változat integrált DDR4 vezérlőkkel rendelkezik a közvetlenül csatlakoztatott RAM-hoz, míg az SU változat a POWER8-ban bevezetett, chipen kívüli Centaur architektúrát használja a nagy teljesítményű eDRAM (beágyazott DRAM) L4 gyorsítótár és a DDR4 RAM memóriavezérlőkhöz való kapcsolatra. A „Cumulus” és „Nimbus” processzorokban a Bluelink összeköttetést alkalmazzák a több processzor közötti NUMA összeköttetés biztosítására, az Nvidia NVLink protokolljának (NVLink v.2) futtatására, a memóriakoherencia biztosítására a Power9 CPU és az Nvidia „Volta” V100 GPU gyorsítók között, és hogy általánosabb memóriakoherens kapcsolatokat biztosítson más típusú gyorsítókhoz az OpenCAPI portokon keresztül. Általános célú PCIe v.4 csatlakozók normál ASIC-ek, FPGA-k és más perifériák, valamint CAPI 2.0 és a POWER8-hoz tervezett CAPI 1.0 eszközök csatlakoztatásához. Multiprocesszoros (szimmetrikus többprocesszoros rendszer) kapcsolatok más POWER9 processzorok összekapcsolására ugyanazon az alaplapon, vagy más, szorosan kapcsolt felépítési elemekben.
Lapkatípusok A POWER9 processzorok kétféle maggal készülhetnek, ezen belül scale out vagy scale up (horizontálisan vagy vertikálisan skálázható) konfigurációban. A POWER9 magok vagy SMT4, vagy SMT8 típusúak; az SMT8 magokat PowerVM virtualizációs szoftvert alkalmazó rendszerekhez szánják, míg az SMT4 magok PowerNV rendszerekhez készülnek, melyek nem használnak PowerVM-et és leginkább Linuxot futtatnak. A POWER9 családban a scale out funkcióhoz készült chipek támogatják a közvetlenül csatlakoztatott memóriát, míg a scale up chipek a kettőnél több CPU-foglalattal rendelkező gépekhez használhatók, és pufferelt memóriát használnak.
+ POWER9 csipek PowerNV PowerVM 24 × SMT4 mag 12 × SMT8 mag scale out Nimbus ismeretlen scale up Cumulus
Modulok Az IBM OpenPOWER portálja felsorolja a Nimbus chiphez elérhető három modult, bár a PowerVM-hez készült scale-out SMT8 változat is a LaGrange modult/foglalatot használja: Sforza – × , 4 DDR4, 48 PCIe sáv, 1 XBus 4B Monza – , 8 DDR4, 34 PCIe sáv, 1 XBus 4B, 48 OpenCAPI sáv LaGrange – , 8 DDR4, 42 PCIe sáv, 2 XBus 4B, 16 OpenCAPI sáv
A Sforza modulok land grid array (LGA) 2601 tűs foglalattal készülnek.
Rendszerek
Raptor Computing Systems / Raptor Engineering Talos II – kétfoglalatos munkaállomás/kiszolgáló platform POWER9 SMT4 Sforza processzorok használatával; 2U kiszolgáló (server), 4U kiszolgáló, torony kiépítésben, vagy EATX alaplapként elérhető. A cég biztonságosként és tulajdonos által vezérelhetőként hirdeti, szabad és nyílt forráskódú szoftverrel és firmware-rel kerül forgalomba. Kezdetben 4 magos, 8 magos, 18 magos és 22 magos kiszerelésben szállították, míg a több maggal rendelkező lapkák nem álltak rendelkezésre. Talos II Lite – a Talos II alaplap egyfoglalatos változata, ugyanazon hordozó áramköri lap felhasználásával. Blackbird – egy foglalatos microATX platform SMT4 Sforza processzorokkal (akár 8 magos 160 W-os változatban), 4–8 maggal, 2 RAM bővítőhellyel (a teljes RAM mérete elérheti a ).
Google–Rackspace partnerség Barreleye G2 / Zaius – kétfoglalatos szerverplatform LaGrange processzorokkal; mind a Barreleye G2, mind a Zaius váz a Zaius POWER9 alaplapot használja.
IBM
Power System AC922 – 2U, 2× POWER9 SMT4 Monza, akár 6× Nvidia Volta GPU-val, 2× CAPI 2.0 csatolt gyorsítókkal és DDR4 RAM-mal. Az AC itt az Accelerated Computing rövidítése; ez a rendszer „Witherspoon” vagy „Newell” néven is ismert. Power System L922 – 2U, 1–2× POWER9 SMT8, 8–12 mag processzoronként, max. 4 TiB DDR4 RAM ( = ), Linuxot futtató PowerVM.
Power System S914 – 4U, 1× POWER9 SMT8, 4–8 mag, max. DDR4 RAM-mal, AIX/IBM i/Linux rendszert futtató PowerVM. Power System S922 – 2U, 1–2× POWER9 SMT8, 4–11 mag processzoronként, max. DDR4 RAM-mal, PowerVM alatt futó AIX/IBM i/Linux. Power System S924 – 4U, 2× POWER9 SMT8, 8–12 mag processzoronként, max. DDR4 RAM-mal, PowerVM alatt futó AIX/IBM i/Linux. Power System H922 – 2U, 1–2× POWER9 SMT8, 4–10 mag processzoronként, max. DDR4 RAM-mal, PowerVM, amely (Linux alatti) SAP HANA (HochleistungsANalyseAnwendung) rendszert futtat, AIX/IBM i-vel a rendszer legfeljebb 25%-án. Power System H924 – 4U, 2× POWER9 SMT8, 8–12 mag processzoronként, max. DDR4 RAM-mal, (Linux-os) SAP HANA-t futtató PowerVM, AIX/IBM i-vel a rendszer legfeljebb 25%-án. Power System E950 – 4U, 2–4× POWER9 SMT8, 8–12 mag processzoronként, max. pufferelt DDR4 RAM. Power System E980 – 1–4× 4U, 4–16× POWER9 SMT8, 8–12 mag processzoronként, max. pufferelt DDR4 RAM. 7063-CR2 hardverkezelő konzol – 1U, 1× POWER9 SMT8, 6 mag, DDR4 RAM.
Penguin Computing Magna PE2112GTX – 2U, kétfoglalatos szerver, nagy teljesítményű számítástechnika céljaira, LaGrange processzorokkal szerelve. Gyártja a Wistron.
IBM szuperszámítógépek
Summit és Sierra – Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma az Oak Ridge nemzeti laboratóriummal és Lawrence Livermore nemzeti laboratóriummal közösen szerződést kötött az IBM-mel és az Nvidiával két szuperszámítógép, a Summit és a Sierra megépítésére. Ezek POWER9 processzorokon alapulnak, Nvidia Volta GPU-kkal párosítva. A rendszerek a tervek szerint 2017-ben váltak elérhetővé. A Sierra az IBM Power Systems AC922 számítási csomópontján alapul. A Summit első rackjait 2017. július 31-én kezdték szállítani az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumba. A Summit-ot 2024 novemberében leszerelték, a Sierra még aktív. MareNostrum 4 – a negyedik MareNostrum szuperszámítógép feltörekvő technológiák blokkjában kiépített három fürt (klaszter) egyike egy Nvidia Volta GPU-kkal felszerelt POWER9 klaszter. Ez a klaszter várhatóan több mint számítási kapacitást biztosít a teljes üzemben. A MareNostrum 4 feltörekvő technológiák blokkja azért jött létre, hogy tesztelje: az új fejlesztések „alkalmasak lehetnek-e a MareNostrum jövőbeli változataihoz”.
Operációs rendszer támogatás Mint elődjét, úgy a POWER9-et is támogatja a FreeBSD, IBM AIX, IBM i, Linux (PowerVM-mel és anélkül is), és az OpenBSD.
A POWER9 támogatás megvalósítása a Linux kernelben a 4.6-os verzióban kezdődött, 2016 márciusában.
A Red Hat Enterprise Linux (RHEL), SUSE Linux Enterprise (SLES), a Debian Linux, az Ubuntu Linux és a CentOS 2018 augusztusától támogatott.
A GNU Guix csomagkezelő szintén támogatja a POWER9-et, azonban a Guix rendszerdisztribúció támogatása kezdettől fogva „technológiai előzetesként” (Technology Preview) volt elérhető. 2021 augusztusától bizonyos támogatások beépültek a Guix fő disztribúciójába, de maga a platform továbbra is „technológiai előzetes” állapotban van.
Jegyzetek
Fordítás
Források További információk IBM Power9 IBM Portal for OpenPOWER – a TechInsight műszaki értékelése
Kapcsolódó szócikkek
IBM Power mikroprocesszorok OpenBMC
Kategória:Párhuzamos számítástechnika Kategória:IBM mikroprocesszorok Kategória:Power mikroprocesszorok Kategória:Power Architektúra Kategória:64 bites mikroprocesszorok