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來源：內容編譯自nextplatform。

如果您需要一個能夠支持數十 TB 內存、數十個 PCI-Express 外圍設備插槽、數千個直接連接的存儲設備的大型、強大的盒子，所有這些都將輸入到數百個可以跨越該內存占用空間并具有大量帶寬的內核中，那么您沒有太多選擇。

這就是為什么 IBM 仍然擁有基于其 Power 系列 RISC 處理器的 Power Systems 服務器業務的原因之一。該系列處理器支持 IBM 自主研發的 Unix 變體、其專有且備受推崇的 IBM i（以前稱為 OS/400）以及 Linux 操作系統。而這款“大型機”的盈利能力，以及需要大型 NUMA 機器的客戶對這些機器的完全依賴，使其能夠支持海量事務型數據庫管理系統及其周邊應用程序，正是藍色巨人仍然有能力投資 Power 處理器的原因。

因此，Power11 處理器于上周推出，并將于 7 月 25 日開始在一系列入門級、中端和企業級服務器上發售。

從某種程度上來說，Power11 芯片是 2021 年 9 月首次亮相的 Power10 芯片的深度分類。

Power10芯片經歷了一段艱難時期，芯片代工合作伙伴GlobalFoundries先后取消了10納米和7納米制造工藝。同樣的工藝轉型對英特爾來說也是一次史詩級的失敗，而制造工藝的一次又一次推遲，讓AMD有機會憑借其兼容的Epycs芯片超越Xeon X86服務器芯片，AMD的市場份額也從此不斷增長。

格芯于 2014 年 10 月收購了 IBM 微電子公司，并負責當時正在進行的藍色巨人 14 納米工藝的產品化。據我們所知，GlobalFoundries 采用 14 納米工藝蝕刻的 Power9 芯片上市晚了大約一年，而 IBM 花了一整年的時間才在 2018 年提高產量。（首批 Power9 芯片于 2017 年底交付，分別用于橡樹嶺國家實驗室的“Summit”超級計算機和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的“Sierra”超級計算機，并通過 NVLink 互連配對，與 Nvidia“Volta”V100 GPU 加速器共享內存。曾經應該有一個 Power9' - 這是一個“素數”符號，用于表示低于“+”的更新，通常意味著工藝縮小，并且通常意味著 Power 處理器系列中插槽中的芯片數量翻倍 - 但這從未發生過。（Power8' 是將 Power8 芯片與 NVLink 端口緊密耦合到 Nvidia“Pascal”P100 GPU 加速器的試驗臺。）

正如我們在 2021 年 6 月 IBM 起訴 GlobalFoundries 違約時所討論的那樣， Power10 的原始計劃是轉向 10 納米工藝和新的 Power 微架構，使核心數量比 Power9 翻一番。這意味著 24 個核心，每個核心 8 個線程（IBM 稱之為 SMT8），或者 48 個核心，每個核心 4 個線程（IBM 稱之為 SMT4）。該芯片計劃于 2020 年上市，配備更快的 OpenCAPI 和 NVLink 直接 I/O 以及內存共享端口。后續的 Power11 計劃在此之后幾年推出，大概采用 7 納米工藝，并且其核心中肯定會配備更寬的矢量處理引擎。

在此過程中，GlobalFoundries 告知 IBM，由于 10 納米工藝的延遲，它將直接跳到 7 納米，IBM 不得不重新設計 Power10 的設計。在 7 納米節點，我們所看到的 IBM 路線圖表明，藍色巨人將使用 GlobalFoundries 的 7 納米工藝，提供 60 個 SMT4 核心和 30 個 SMT8 核心的 Power10 變體，兩種變體共計 240 個線程。2018 年 8 月，GlobalFoundries 加大了雙管齊下研發 7 納米工藝的力度（一種使用標準浸沒式光刻技術，另一種使用更昂貴的極紫外 (EUV) 技術），這讓藍色巨人不得不為其 Power 和 System z 大型機 CPU 尋找代工廠。

IBM 選擇了三星，后者生產自己的智能手機芯片，并且非常希望在 7 納米及更小的節點上為更大的計算引擎打造高性能工藝。IBM 是學習該工藝的理想初始客戶，因為它在芯片開發和制造方面擁有數十年的專業經驗。

作為向三星轉型的一部分，IBM 著手改進 Power 的指令集和架構，并在 Power 設計中已有的整數核心和浮點向量核心中增加了矩陣數學單元。我們認為，如果不是因為制造問題導致 Power10 和 Power11 的發布延遲，這項改進本應在 Power11 中實現。新冠疫情也為 IBM 提供了掩護，使其能夠從容不迫地開發 Power10，并做好它。從這個意義上講，交付的 Power10 正是我們想象中的 Power11 的樣子。因此，如果抽象地理解，Power10 實際上就是 Power11，而 Power11 實際上是 Power11+。

Power10 和 Power11 芯片出廠時都擁有 16 個核心，晶體管數量同樣為 180 億；區別在于核心的使用方式和時鐘頻率。Power10 芯片同樣擁有 128 MB 三級緩存，蝕刻在兩個緩存體中，SMT8 核心環繞其外，每個核心配備 2 MB 二級緩存。最大的區別在于，Power11 的所有 16 個核心都可以激活運行操作系統，而 Power10 最多只能使用 15 個核心，因為在三星最初的 7 納米工藝中，至少有一個核心會失效。而且根據 Power10 的 SKU 來看，似乎還有不少核心失效了。（英特爾和 AMD X86 服務器處理器也是如此，SKU 堆棧的內核數量因此會縮減。）

借助 Power11，對于具有一或兩個插槽的所謂“橫向擴展”系統，IBM 擁有具有四個、八個、十個、十二個或十五個可用內核的 Power11 芯片，并通過單芯片模塊（稱為 SCM）和雙芯片模塊（稱為 DCM）來利用這些內核。DCM 的頻率范圍為 2.4 GHz 至 4.15 GHz，SCM 的頻率范圍為 3 GHz 至 4.2 GHz。DCM 還有一種特殊變體，其中插槽中的第二個芯片的所有內核均已停用（有意或由于良率低），但芯片的所有 I/O 功能均可使用。因此，這種入門級 SCM（IBM 稱之為 eSCM）在一個芯片上有四個或十個活動內核，而第二個芯片上沒有活動內核，但 I/O 能力卻是預期的兩倍。

我們看到的一些文檔中，有一些表格顯示 Power11 芯片擁有 300 億個晶體管，時鐘頻率范圍為 3.8 GHz 至 4.4 GHz，芯片面積為 654 平方毫米，而Power10 芯片面積為 602 平方毫米，時鐘頻率范圍為 3.75 GHz 至 4.15 GHz。我們不知道這些表格中更高的晶體管數量和芯片面積從何而來，并已聯系 IBM 尋求澄清。據我們所知，Power10 和 Power11 芯片的芯片尺寸和晶體管數量相同；但這些晶體管中可用的數量肯定發生了變化。

在體型龐大、性能糟糕的 Power E1180 服務器上，該機器與 2021 年發貨的 Power E1080 幾乎完全相同。一個很大的區別是，Power E1180 默認配備 DDR5 內存，這是 Power E1080 末期的一個升級選項，而 Power E1080 最初配備的是 DDR4 內存。購買了 E1080 并花費大量資金購買 DDR4 內存的客戶可以將其處理器升級到 Power11，但保留 DDR4 內存，這樣可以通過犧牲一些性能規格來節省一大筆錢。IBM 之所以能夠做到這一點，是因為它通過 OpenCAPI 內存接口 (OMI) 實現了與其內存的差異化接口，DDR4 或 DDR5 協議是在內存芯片上實現的，而不是在 Power10 或 Power11 芯片上的控制器上實現的。

這是實現主存儲器的一種聰明方法，業界可以從 IBM 在 Power Systems 上使用 OMI 存儲器的做法中學到一些東西。

Power11 芯片的外觀如下，它看起來應該和 Power10 一樣熟悉：

下面是 Power11 SCM 各通道的框圖，它與 Power10 SCM 相同，但進行了一些封裝調整以提高能源效率：

Power11 芯片的 SCM 模塊頂部有 72 個 I/O 通道，可支持單節點內 CPU 插槽之間的 X-bus 互連，以及跨多節點的 A-bus NUMA 鏈路。目前尚不清楚 Power11 中 X-bus 鏈路的運行速度，但我們猜測是 50 Gb/秒；我們知道 A-bus 鏈路的運行速度是 32 Gb/秒。

Power E1180 每個節點有四個插槽，單個共享內存系統包含四個節點，最多可提供 256 個 4.4 GHz 核心，以及高達 64 TB 的主內存。考慮到內存成本，我們預計實際應用中的大型 Power E1180 機器（即使是運行 SAP HANA 內存數據庫及其應用程序的機器）的內存容量最高也只有 16 TB，偶爾甚至會達到 32 TB。除非真的有商業用途，否則內存成本實在太高，不值得浪費。

這是一個非常大的機器，并且 I/O 和內存與計算能力實現了良好的平衡。AMD 系統最多可在一個 NUMA 集群中配置兩個 CPU，其中配備Zen 5 核心的普通版“Turin” Epyc 9005擁有 128 個核心和 256 個線程，運行頻率為 2.7 GHz；而配備“Turin” Zen 5c 的變體則擁有 128 個核心和 256 個線程，運行頻率為 2.25 GHz，通過將芯片上使用的 L3 緩存大小減半，核心數量翻倍。現在，假設這臺機器運行全速 6.4 GHz DDR5 內存，可以提供 1.5 TB/秒的內存帶寬。如果使用 64 GB DDR5 DIMM（我們認為由于價格原因這是一個實際的上限），這臺機器將擁有 3 TB 的內存。

IBM 大幅降低了 DDR5 內存的速度，并在 Power11 芯片上安裝了 16 個內存控制器，從而使內存運行溫度更低、更可靠，從而從 16 路 Power11 服務器中獲得 12.8 TB/秒的內存，并使用 64 GB 差分 DIMM 在 16 個插槽上獲得 16 TB 的內存。（它有 32 GB、64 GB、128 GB 和 256 GB 的 D-DIMM 可供選擇。）

一臺使用英特爾“Granite Rapids”至強 6 處理器的八路服務器，每個插槽最多可容納 86 個核心，或在整個 NUMA 機器上最多可容納 688 個核心，但這些核心的運行頻率僅為 2 GHz。如果使用 64 GB DDR5 DIMM 內存，運行頻率為 6.4 GHz，那么這臺英特爾至強 6 系統將為機器中的所有內存控制器提供 8 TB 的容量和 5.5 TB 的帶寬。

多年來，IBM 一直在模糊內存、I/O 和加速器之間的界限。早在 2018 年 8 月，我們就展示了IBM 可以用 Power9 處理器實現的一些有趣的選項。在 Power 服務器中，相對于內存帶寬，調低核心數量很容易——只需購買帶有大量無效核心的處理器模塊即可。您可以根據 DIMM 的容量來調整系統的內存容量。帶寬就是帶寬。您可以通過填充內存插槽來增加帶寬，也可以通過不填充內存插槽來減少帶寬。

但是，如果相對于內存容量或內存帶寬而言，需要更多的計算能力，那么增加核心數量就會很困難。因此，我們建議 IBM 創建一種稱為擴展 DCM（xDCM）的東西，它將系統上的部分 OMI 內存端口和 OpenCAPI 端口轉換為 X-bus 和 A-bus NUMA 鏈路，從而通過將 Power E1180 節點擴展到四路 NUMA 以上來提升高端 Power11 機器的可擴展性，或者通過在機箱中添加更多 NUMA 節點來提升系統可擴展性。我們懷疑后者可能效果更好。

無論如何，以下是基于 Power9、Power10 和 Power11 處理器的最近三代高端 Power Systems 機器的堆疊情況，以及理論上的 Power E1185 和 Power E1185X 的比較情況：

我們不知道這樣的調整會有多昂貴，但增加更多核心意味著 IBM 可以在機箱中添加更多虛擬機，從而幫助將企業工作負載整合到大機箱中。

https://www.nextplatform.com/2025/07/16/the-worlds-most-powerful-server-embiggens-a-bit-with-power11/

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