出處：芯智訊  作者：浪劍客

當(dāng)?shù)貢r間 8 月 20 日周二，IBM 在美國圣地亞哥的 OpenPower 峰會上，正式宣布開源旗下高性能 CPU —— Power 處理器的指令集架構(gòu)（ISA）作為開放標(biāo)準(zhǔn)。

此外，作為該計劃的一部分，OpenPower 基金會將成為 Linux 基金會的一個部門。

Power 指令集架構(gòu)正式開源

隨著 IBM 向 OpenPower 基金會提供了 Power ISA 許可，開發(fā)者可借此確保在 Power 上運(yùn)行的軟硬件的協(xié)同定義，鼓勵他們構(gòu)建新的硬件、借助領(lǐng)先的企業(yè)功能來處理數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載、為 AI 和混合云創(chuàng)建新的軟件應(yīng)用程序、并獲得獨(dú)特的硬件優(yōu)勢。

除了開放源代碼的 Power ISA 之外，IBM 還將提供多種其它技術(shù)，包括 Power ISA 的軟核實現(xiàn)（softcore implementation）、與架構(gòu)無關(guān)的開放式相干加速處理器接口（OpenCAPI）、以開放式內(nèi)存接口（OMI）的參考設(shè)計。

據(jù)介紹，IBM 為開源社區(qū)貢獻(xiàn)了一個新開發(fā)的軟核。在很短的時間內(nèi)，一位 IBM 工程師能夠在 Power ISA 上開發(fā)出一個軟核，并將其安裝在 Xilinx FPGA 上運(yùn)行。這一軟核實現(xiàn)將在本周的北美 OpenPower 峰會上得到展示。

此外，OpenCAPI 和 OMI 技術(shù)也有助于最大化處理器和連接設(shè)備之間的內(nèi)存帶寬，對于克服 AI 等新興工作負(fù)載的性能瓶頸至關(guān)重要。

IBM OpenPower 總經(jīng)理 Ken King 表示：" 隨著今日的發(fā)布，IBM 正在向著通過開放技術(shù)和開源來推動整個行業(yè)的創(chuàng)新而邁出了重要的一步。"

值得一提的是，在 2018 年，IBM 還耗資 340 多億美元收購了 Red Hat 紅帽公司，這是一家專注開源領(lǐng)域長達(dá) 25 年之久的軟件公司。Red Hat 是開源生態(tài)系統(tǒng)的主要玩家，以 Linux 發(fā)行版而聞名。

而為了推動新療法的研究進(jìn)展，幫助人類更快地攻克癌癥。IBM 在不久前還開源了 3 個治療癌癥的人工智能項目。

此次 Power ISA 的開源可以說是 IBM 對于開源社區(qū)的又一重大貢獻(xiàn)。需要指出的是，目前 OpenPower 芯片的底層物理架構(gòu)還沒有開源。

OpenPower 進(jìn)入全新階段

2013 年 8 月，IBM 聯(lián)合 Google、NVIDIA、Mellanox 等公司成立 OpenPower 聯(lián)盟，致力于將 IBM 的 Power 系列 CPU 架構(gòu)對外開放授權(quán)，以抗衡日益強(qiáng)大的 Intel X86 以及 ARM 等 CPU 體系的威脅。

IBM 當(dāng)時宣布開放了 Power 架構(gòu)周圍技術(shù)，如處理器規(guī)格、固件、軟件和技術(shù)自由許可，將和合作伙伴一起使用共享、協(xié)作開發(fā)模式。

在此基礎(chǔ)上，IBM 還牽頭成立了 OpenPower 基金會，旨在促進(jìn)高端 Power 架構(gòu)的 Power8 及更高版本產(chǎn)品發(fā)展，促進(jìn)和鼓勵基于 IBM Power 架構(gòu)的協(xié)作創(chuàng)新。支持成員定制 Power 處理器、系統(tǒng)平臺、固件和中間件軟件，進(jìn)行優(yōu)化，滿足其業(yè)務(wù)和組織需求。

在那時，OpenPower 聯(lián)盟成員需要支付相對高昂的許可費(fèi)才能獲得 Power 的授權(quán)，而現(xiàn)在，隨著 Power ISA 的開源，開發(fā)者無需支付版稅以及專利費(fèi)就能夠獲得 Power ISA，并且有可能在此基礎(chǔ)上研發(fā)出擁有專利權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品。

OpenPower 基金會歡迎指令集的開放，認(rèn)為此舉對開源社區(qū)來說就是福音。OpenPower 基金會執(zhí)行董事 Hugh Blemings 在公告中說：" 通過讓 Power ISA 采用開放模式 ...... 并將它提供給日益壯大的開放技術(shù)群體，我們能夠幫助開放軟硬件領(lǐng)域的創(chuàng)新能夠加速發(fā)展。"

作為這項工作的一個延伸，IBM 將使 OpenPower 基金會并入 Linux 基金會，成為其一個部門，歸其管理。OpenPower 基金會現(xiàn)在讓 OpenBMC、CHIPS Alliance、OpenHPC 及其他多個項目和組織加入 Linux 基金會。將該基金會移交給業(yè)界最負(fù)盛名的開源軟件組織有望提供另一股推動力，從長遠(yuǎn)來看促使 OpenPower 得到采用。

值得注意的是，去年 11 月底，Linux 基金會和 RISC-V 基金會宣布將共同合作加速推廣 RISC-V ISA 的開發(fā)及采用，Linux 基金會還將為 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)提供大量資源，包括培訓(xùn)計劃、基礎(chǔ)工具以及社區(qū)擴(kuò)展、營銷和法律專業(yè)知識。這種合作關(guān)系將使 RISC-V 能夠進(jìn)一步發(fā)展其開源生態(tài)系統(tǒng)。

而現(xiàn)在，擁有 Power ISA 的 OpenPower 基金會已成為 Linux 基金會的一個部門，接下來 Linux 基金會必然也將會大力推廣 Power ISA。那么 Linux 基金會將如何處理這兩個架構(gòu)之間的競爭關(guān)系呢？這是一個需要思考的問題。

Power ISA 開源帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

有業(yè)內(nèi)人士表示，IBM 開源 Power ISA 主要是為了應(yīng)對另外兩大開源處理器架構(gòu)—— MIPS 和 RISC-V 的挑戰(zhàn)。特別是 RISC-V 架構(gòu)，自去年以來備受國內(nèi)廠商追捧，并且目前已有非常多的廠商推出了基于 RISC-V 架構(gòu)的芯片。

不過，相對于在功耗、能效上更具優(yōu)勢的 RISC-V 架構(gòu)來說，IBM 的 Power 架構(gòu)則在性能上有著較大的優(yōu)勢。

資料顯示，早在 1980 年，IBM 就推出了基于 Power 架構(gòu)的原型機(jī)。Power 架構(gòu)采用的也是精簡指令集（RISC）。相比 X86 架構(gòu)，Power 架構(gòu)在硬件上的最大特點(diǎn)是采用對稱多處理器技術(shù)（Symmetric Multiprocessing，SMP），可以保障內(nèi)存訪問任何一個 CPU 時速度都是一樣的。

但是 Intel 的 X86 架構(gòu)做不到，它對于一個 CPU 訪問自己部分的內(nèi)存速度很快，但是在訪問其他 CPU 的內(nèi)存時速度明顯變慢。這樣的性能差距在高端應(yīng)用中，特別是核數(shù)越多的處理器性能差距就越大，因此IBM 的 Power 架構(gòu)主要應(yīng)用于高端服務(wù)器市場而且應(yīng)用前景非常廣泛，在國內(nèi)銀行等關(guān)鍵行業(yè)都有重要應(yīng)用。

資料顯示，目前 IBM 最新的 Power 架構(gòu)處理器是 Power 9，基于 14nm FinFET SOI 工藝，單個核心可以支持 4 線程或者 8 線程，分別能最多配置 24、12 個核心，邏輯線程總數(shù)最多都是 96 個。并且，Power 9 還采用了一流 I/O 子系統(tǒng)技術(shù)，包括下一代 NVIDIA NVLink、PCIe Gen4 和 OpenCAPI 的處理器。

這些頂尖技術(shù)為 Power 9 帶來了非凡的性能表現(xiàn)，最高可提供相當(dāng)于 X86 服務(wù)器 9.5 倍的 I/O 帶寬，其性能內(nèi)核約為 X86 的兩倍，支持的 RAM 相當(dāng)于 X86 的 2.6 倍，內(nèi)存帶寬相當(dāng)于 X86 的 1.8 倍。

目前美國能源部的超級計算機(jī) Summit 和 Sierra 系統(tǒng)里面運(yùn)行的就是 Power 9 芯片。而根據(jù)今年 6 月 17 日在德國法蘭克福舉行的國際超級計算大會發(fā)布的最新全球超級計算機(jī) TOP 500 名單顯示，雖然美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室開發(fā)的 " 頂點(diǎn) " 和美國能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發(fā)的 " 山脊 " 分別奪得了第一和第二。足見 IBM 的 Power 處理器的性能強(qiáng)大。

在目前國產(chǎn) X86 架構(gòu)的高性能 CPU 的發(fā)展遭遇較大的背景之下，可以預(yù)見的是，Power ISA 的開源或?qū)⒂兄谕苿訃a(chǎn)高性能 CPU 的發(fā)展。

2013 年 4 月，由上海市國資委下屬上海聯(lián)和投資有限公司和臺灣威盛集團(tuán)所屬公司合資成立了上海兆芯集成電路有限公司，中方國資占據(jù)控股地位（持股約 80%）。上海兆芯因此也順利從威盛那里獲得了 X86 架構(gòu)的授權(quán)。

不過，隨著威盛與 Intel 的 X86 授權(quán)協(xié)議于 2018 年 4 月到期，威盛已經(jīng)無法在使用 Intel 新的 X86 專利及相關(guān)軟件，這也意味著兆芯未來的 X86 產(chǎn)品升級或?qū)⒂鲎瑁m然其可能仍然可以使用舊的 X86 專利。

2016 年，AMD 與中國天津海光先進(jìn)技術(shù)投資有限公司（THATIC）成立合資公司，可以利用 AMD 的 X86 技術(shù)和 SoC IP 用于芯片開發(fā)。

不過在今年 6 月，AMD CEO 蘇姿豐（ LisaSu）證實，AMD 與天津海光的合作僅限于 AMD 的第一代 Ryzen 和 EPYC 的 Zen 架構(gòu)，AMD 新推出的 Zen 2 微架構(gòu)設(shè)計則無權(quán)使用。這也意味著海光后續(xù)也將無法獲得新的 X86 專利授權(quán)以及 AMD 的 SoC IP 授權(quán)。

另外，不久前美國商務(wù)部還將中科曙光及其下屬的海光列入了出口管制的 " 實體名單 "。這也使得為國產(chǎn)高性能 X86 CPU 的發(fā)展蒙上了一層陰影。

而此次 IBM Power 指令集的開源，或?qū)⒊蔀橥苿訃a(chǎn)高性能 CPU 的發(fā)展一條新的可選之路。雖然 IBM 是美國企業(yè)，但是開源的 Power 指令集將基本不會受到美國 " 禁令 " 的影響，這與同樣源自美國的開源的 RSIC-V 指令集一樣。

不過需要指出的是，雖然基于 Power 指令集的處理器具有效率高、性能強(qiáng)勁等特點(diǎn)，但對于國內(nèi)廠商來說，真要引進(jìn)消化并不容易。畢竟 Power CPU 相比常規(guī)處理器要復(fù)雜太多，而且 IBM 并未開源 Power 芯片的底層物理架構(gòu)，所有單純的通過 Power 指令集來開放自己的 CPU 還是有著很高的難度。另外在生態(tài)上，Power 也遠(yuǎn)不如 Arm 和 X86 完善。

成立于 2013 年的蘇州中晟宏芯信息科技有限公司（下稱 " 中晟宏芯 "），其員工主要來自中科院計算所和 IBM，2014 年中晟宏芯在工信部電子司和蘇州政府的扶持下，加入 IBM 發(fā)起的 OpenPower 基金會，獲得 IBM Power CPU 的授權(quán)，并且得到了 IBM、中科院計算所提供的技術(shù)支持。

在 2015 年 6 月發(fā)布了第一款 IBM 授權(quán) Power 架構(gòu)的服務(wù)器芯片產(chǎn)品 CP1。然而，這款芯片似乎并未得到應(yīng)用，而這家企業(yè)在 2015 年年底就傳出了 " 欠薪事件 "。

2016 年 6 月，中晟宏芯宣布已拿到 IBM 服務(wù)器處理器芯片 Power 8 芯片架構(gòu)和指令系統(tǒng)的永久授權(quán)，并可以基于該芯片進(jìn)行自主創(chuàng)新。

甚至 IBM 已同意中晟宏芯可以刪除 Power 8 的安全模塊，代之以國產(chǎn)的安全模塊系統(tǒng)，以符合中國政府在安全方面的監(jiān)管要求。

按照計劃，中晟宏芯可以在 2019 年完全實現(xiàn) Power 芯片的消化吸收再創(chuàng)新，并制成完全國產(chǎn)化的 Power 系列 CPU。

然而到目前為止，中晟宏芯的自研 Power 系列 CPU 仍不見蹤跡。隨著現(xiàn)在 Power 指令集的開源，中晟宏芯之前所獲得的競爭優(yōu)勢，到現(xiàn)在來看已經(jīng)是耗盡了大半。

對于其他國產(chǎn)芯片廠商來說，Power 指令集的開源，或?qū)⑹且粋€新的機(jī)遇，但是挑戰(zhàn)也是巨大的。