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PODER8

IBM Power E870 se puede configurar con hasta 80 núcleos POWER8 y 8 TB de RAM.

POWER8 es una familia de microprocesadores multinúcleo superescalares basados ​​en Power ISA , anunciados en agosto de 2013 en la conferencia Hot Chips . Los diseños están disponibles para licencia bajo la OpenPOWER Foundation , lo que supone la primera vez que los procesadores de más alta gama de IBM están disponibles de esta manera. [1] [2]

Los sistemas basados ​​en POWER8 estuvieron disponibles en IBM en junio de 2014. [3] Los sistemas y diseños de procesadores POWER8 realizados por otros miembros de OpenPOWER estuvieron disponibles a principios de 2015.

Diseño

POWER8 está diseñado para ser un chip multiproceso masivo, con cada uno de sus núcleos capaz de manejar ocho subprocesos de hardware simultáneamente, para un total de 96 subprocesos ejecutados simultáneamente en un chip de 12 núcleos. El procesador hace uso de grandes cantidades de cachés eDRAM dentro y fuera del chip , y los controladores de memoria en el chip permiten un ancho de banda muy alto para la memoria y la E/S del sistema. Para la mayoría de las cargas de trabajo, se dice que el chip funciona dos o tres veces más rápido que su predecesor, el POWER7 . [4]

Los chips POWER8 vienen en variantes de 6 o 12 núcleos; [5] [6] cada versión se fabrica en un proceso de silicio sobre aislante (SOI) de 22 nm utilizando 15 capas de metal. La versión de 12 núcleos consta de 4.2 mil millones de transistores [7] y tiene un tamaño de 650 mm2 , mientras que la versión de 6 núcleos tiene un tamaño de solo 362 mm2 . [ 3] Sin embargo, las variantes de 6 y 12 núcleos pueden tener todos o solo algunos núcleos activos, por lo que los procesadores POWER8 vienen con 4, 6, 8, 10 o 12 núcleos activados.

CAPI

Mientras que los procesadores POWER anteriores utilizan el bus GX++ para la comunicación externa, POWER8 lo elimina del diseño y lo reemplaza con el puerto CAPI (Coherent Accelerator Processor Interface) que se encuentra sobre PCI Express 3.0 . El puerto CAPI se utiliza para conectar procesadores auxiliares especializados como GPU , ASIC y FPGA . [8] [9] Las unidades conectadas al bus CAPI pueden utilizar el mismo espacio de direcciones de memoria que la CPU, reduciendo así la longitud de la ruta de computación. En la Conferencia de Supercomputación ACM/IEEE de 2013 , IBM y Nvidia anunciaron una asociación de ingeniería para acoplar estrechamente POWER8 con las GPU de Nvidia en futuros sistemas HPC , [10] con el primero de ellos anunciado como Power Systems S824L.

El 14 de octubre de 2016, IBM anunció la formación de OpenCAPI , una nueva organización para difundir la adopción de CAPI a otras plataformas. Los miembros iniciales son Google, AMD, Xilinx, Micron y Mellanox. [11]

OCC

POWER8 también contiene un denominado controlador en chip (OCC), que es un microcontrolador de gestión térmica y de energía basado en un procesador PowerPC 405. Tiene dos motores de descarga de propósito general (GPE) y 512  KB de RAM estática integrada (SRAM) (1 KB = 1024 bytes), junto con la posibilidad de acceder a la memoria principal directamente, mientras se ejecuta un firmware de código abierto . OCC administra la frecuencia de operación, el voltaje, el ancho de banda de la memoria y el control térmico de POWER8 tanto para el procesador como para la memoria; puede regular los voltajes a través de 1.764 reguladores de voltaje integrados (IVR) sobre la marcha. Además, el OCC se puede programar para hacer overclocking del procesador POWER8 o para reducir su consumo de energía reduciendo la frecuencia de operación (que es similar al TDP configurable que se encuentra en algunos de los procesadores Intel y AMD). [12] [13] [14] [15]

Chip de búfer de memoria

POWER8 divide las funciones del controlador de memoria moviendo algunas de ellas lejos del procesador y acercándolas a la memoria. La lógica de programación, la gestión de energía de la memoria y el punto de decisión RAS se mueven a un chip llamado Memory Buffer (también conocido como Centaur ). [16] La descarga de ciertos procesos de memoria al chip Memory Buffer permite optimizaciones de acceso a la memoria, ahorrando ancho de banda y permitiendo una comunicación más rápida entre el procesador y la memoria. [17] También contiene estructuras de almacenamiento en caché para 16  MB adicionales de caché L4 por chip (hasta 128 MB por procesador) (1 MB = 1024 KB). Dependiendo de la arquitectura del sistema, los chips Memory Buffer se colocan en los módulos de memoria (DIMM/CDIMM personalizados, por ejemplo en los modelos S824 y E880), o en la tarjeta vertical de memoria que contiene DIMM estándar (por ejemplo en los modelos S822LC). [18]

El chip de memoria intermedia está conectado al procesador mediante un enlace serial de múltiples carriles de alta velocidad. El canal de memoria que conecta cada chip de memoria intermedia es capaz de escribir 2 bytes y leer 1 byte a la vez. Funciona a 8  GB /s en los primeros modelos de entrada [17] , y luego aumentó en los modelos de gama alta y HPC a 9,6 GB/s con una latencia de 40 ns [18] [19] [20] para un ancho de banda sostenido de 24 GB/s y 28,8 GB/s por canal respectivamente. Cada procesador tiene dos controladores de memoria con cuatro canales de memoria cada uno, y el ancho de banda máximo del procesador al búfer de memoria es de 230,4 GB/s por procesador. Según el modelo, solo puede estar habilitado un controlador [17] o solo pueden estar en uso dos canales por controlador [18]. Para una mayor disponibilidad, el enlace proporciona aislamiento y reparación de carriles "sobre la marcha". [16]

Cada chip de búfer de memoria tiene cuatro interfaces que permiten utilizar memoria DDR3 o DDR4 a 1600 MHz sin cambiar la interfaz de enlace del procesador. Los 32 canales de memoria resultantes por procesador permiten una tasa de acceso máxima de 409,6 GB/s entre los chips de búfer de memoria y los bancos de DRAM. Inicialmente, el soporte estaba limitado a DIMM de 16 GB, 32 GB y 64 GB, lo que permitía que el procesador pudiera direccionar hasta 1 TB. Más tarde, se anunció el soporte para DIMM de 128 GB y 256 GB, [19] [21] lo que permite hasta 4 TB por procesador.

Presupuesto

El núcleo  POWER8 [22] [23] tiene una caché de datos L1 de 64 KB contenida en la unidad de almacenamiento de carga y una caché de instrucciones L1 de 32 KB contenida en la unidad de búsqueda de instrucciones, junto con una caché L2 de 512 KB estrechamente integrada . En un solo ciclo, cada núcleo puede buscar hasta ocho instrucciones, decodificar y enviar hasta ocho instrucciones, emitir y ejecutar hasta diez instrucciones y confirmar hasta ocho instrucciones. [24]

Cada núcleo POWER8 consta principalmente de las siguientes seis unidades de ejecución :

Cada núcleo tiene dieciséis canales de ejecución:

Tiene una cola de problemas más grande con 4×16 entradas, predictores de bifurcación mejorados y puede manejar el doble de errores de caché. Cada núcleo es multiproceso de hardware de ocho vías y se puede particionar de forma dinámica y automática para tener uno, dos, cuatro o los ocho subprocesos activos. [1] POWER8 también agregó soporte para memoria transaccional de hardware . [26] [27] [28] IBM estima que cada núcleo es 1,6 veces más rápido que POWER7 en operaciones de un solo subproceso.

Un procesador POWER8 es un diseño de 6 o 12 chiplets con variantes de 4, 6, 8, 10 o 12 chiplets activados, en el que cada chiplet consta de un núcleo de procesamiento, 512 KB de caché L2 de SRAM en un bus de 64 bytes de ancho (que es el doble de ancho que en su predecesor [1] ) y 8 MB de caché L3 eDRAM por chiplet compartible entre todos los chiplets. [5] Por lo tanto, un procesador de seis chiplets tendría 48 MB de caché L3 eDRAM, mientras que un procesador de 12 chiplets tendría un total de 96 MB de caché L3 eDRAM. El chip también puede utilizar hasta 128 MB de caché L4 eDRAM fuera del chip utilizando chips complementarios Centaur. Los controladores de memoria en el chip pueden manejar 1 TB de RAM y un ancho de banda de memoria sostenido de 230 GB/s. Los controladores PCI Express integrados pueden gestionar 48 GB/s de E/S a otras partes del sistema. Los núcleos están diseñados para funcionar a velocidades de reloj de entre 2,5 y 5 GHz. [15]

Los chips de seis núcleos se montan en pares en módulos de doble chip (DCM) en los servidores escalables de IBM . En la mayoría de las configuraciones, no todos los núcleos están activos, lo que da lugar a una variedad de configuraciones en las que el número real de núcleos difiere. La versión de 12 núcleos se utiliza en los modelos de gama alta E880 y E880C.

El módulo POWER8 de un solo chip de IBM se llama Turismo [29] y la variante de doble chip se llama Murano. [30] La versión modificada de PowerCore se llama CP1.

POWER8 con NVLink

Se trata de una versión revisada del POWER8 original de 12 núcleos de IBM, y que solía llamarse POWER8+ . La principal novedad es que tiene soporte para la tecnología de bus NVLink de Nvidia , conectando hasta cuatro dispositivos NVLink directamente al chip. IBM eliminó las interfaces A Bus y PCI para conexiones SMP a otros zócalos POWER8 y las reemplazó con interfaces NVLink. La conexión a un segundo zócalo de CPU ahora se proporciona a través del X Bus . Aparte de eso y un ligero aumento de tamaño a 659 mm2 , las diferencias parecen mínimas en comparación con los procesadores POWER8 anteriores. [31] [32] [33] [34]

Licenciatarios

El 19 de enero de 2014, la empresa Suzhou PowerCore Technology Company anunció que se uniría a la Fundación OpenPOWER y licenciaría el núcleo POWER8 para diseñar procesadores hechos a medida para su uso en aplicaciones de big data y computación en la nube . [35] [36]

Variantes

Sistemas

Vista trasera de un E870, en la que la unidad de control del sistema está en la parte superior y el nodo del sistema está en el medio. [19]
IBM
Servidores Scale Out que admiten uno o dos sockets, cada uno con un módulo de doble chip con dos procesadores POWER8 de seis núcleos. Vienen en formatos 2U o 4U y en una configuración de torre. Las versiones "L" solo ejecutan Linux , mientras que las demás ejecutan AIX , IBM i y Linux. Las versiones "LC" están construidas por socios de OpenPOWER. [39] [40] [41]
  • Power Systems S812L  – 1 DCM POWER8 (4, 6 u 8 núcleos), 2U
  • Power Systems S814  – 1× POWER8 DCM (6 u 8 núcleos), 4U o torre
  • Power Systems S822 y S822L  : 1 o 2 DCM POWER8 (6, 10, 12 o 20 núcleos), 2U
  • Power Systems S824 y S824L  : 1 o 2 DCM POWER8 (6, 8, 12, 16 o 24 núcleos), 4U
  • Power Systems S821LC "Stratton"  – 2× POWER8 SCM (8 o 10 núcleos), 1U. Hasta 512 GB de RAM DDR4 con buffer en cuatro chips Centaur L4. Fabricado por Supermicro . [42]
  • Power Systems S822LC para Big Data "Briggs"  : 2 SCM POWER8 (8 o 10 núcleos), 2U. Hasta 512 GB de RAM DDR4 con buffer en cuatro chips Centaur L4. Fabricado por Supermicro. [42]
Servidores empresariales , que admiten nodos con cuatro sockets, cada uno con módulos de 8, 10 o 12 núcleos, para un máximo de 16 sockets, 128 núcleos y 16 TB de RAM. Estas máquinas pueden ejecutar AIX , IBM i o Linux . [19]
  • Power Systems E850  – 2×, 3× o 4× POWER8 DCM (8, 10 o 12 núcleos), 4U
  • Power Systems E870  : 1 o 2 nodos de 5U, cada uno con cuatro sockets con módulos monochip POWER8 de 8 o 10 núcleos, para un total de hasta 80 núcleos
  • Power Systems E880  : 1, 2, 3 o 4 nodos 5U, cada uno con cuatro zócalos con módulos de un solo chip POWER8 de 8 o 12 núcleos para un total de hasta 192 núcleos
Computación de alto rendimiento :
  • Power Systems S812LC  – 1× POWER8 SCM (8 o 10 núcleos), 2U. Fabricado por Tyan. [43]
  • Power Systems S822LC "Firestone" – 2× POWER8 SCM (8 o 10 núcleos), 2U. Dos GPU  Nvidia Tesla K80 y hasta 1 TB de RAM DDR3 estándar. Fabricado por Wistron . [37] [43] [44] [45]
  • Power Systems S822LC para HPC "Minsky"  – 2× POWER8+ SCM (8 o 10 núcleos), 2U. Hasta cuatro GPU Nvidia Tesla P100 con NVLinked y hasta 1 TB de RAM DDR4 estándar. Fabricado por Wistron . [42] [46]
Consola de gestión de hardware
  • 7063-CR1 HMC  – 1× POWER8 SCM (6 núcleos), 1U. Basado en el diseño SuperMicro "Stratton". [47]
Tian
  • Una placa base ATX con un zócalo POWER8 de un solo chip llamada SP010GM2NR. [29]
  • Palmetto GN70-BP010 , sistema de referencia OpenPower. Servidor 2U, con un SCM POWER8 de cuatro núcleos, cuatro zócalos de RAM, basado en una placa base Tyan. [29] [48]
  • Habanero TN-71-BP012 . 2U, con un SCM POWER8 de 8 núcleos, 32 zócalos de RAM [37] [45] [48]
  • GT75-BP012 . 1U, con un solo SCM POWER8 de 8 o 10 núcleos y 32 zócalos para módulos RAM [49]
Google
Google ha mostrado una placa base con dos zócalos, pensada únicamente para uso interno. [50] [51]
Velocidad de pila
StackVelocity ha diseñado una plataforma de referencia de alto rendimiento, Saba.
Inspirar
Inspur ha llegado a un acuerdo con IBM para desarrollar hardware de servidor basado en POWER8 y tecnologías relacionadas. [52] [53]
  • Servidor 4U, dos sockets POWER8. [54]
Cirrascale
RM4950  : procesador SCM POWER8 de 4 núcleos y 4U con cuatro aceleradores Nvidia Tesla K40. Basado en la placa base de Tyan. [37] [44] [45] [55]
Zoom Netcom
RedPOWER C210 y C220  : servidores 2U y 4U con dos sockets POWER8 y 64 sockets para módulos RAM. [37] [56]
RedPOWER C310 y C320  : servidores 2U y 4U con dos sockets CP1. [56]
Chuang He
OP-1X  – 1U, un solo socket, 32 ranuras de RAM. [37] [57]
Espacio en rack
Barreleye  – 1U, 2 sockets, 32 ranuras de RAM. Basado en la plataforma Open Compute Project para su uso en su servicio OnMetal. [45] [57] [58] [59] [60]
Sistemas informáticos Raptor / Ingeniería Raptor
Talos I  – servidor o estación de trabajo 4U inédito, 1 socket, 8 ranuras de RAM. [61]
Computación de pingüinos
Serie de productos Magna [62] [63]
  • Magna 2001 (desarrollo de software) [64]
  • Magna 1015 (virtualización) [65] [66]
  • Magna 2002 y Magna 2002S (aprendizaje automático) [67] [68]

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

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