IBM 重磅开源 Power 芯片指令集！国产芯迎来新机遇？

整理 | 郭芮

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

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：

https://www.nextplatform.com/2019/08/20/big-blue-open-sources-power-chip-instruction-set/

【END】

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