简单认识POWER系列架构处理器

1974年，IBM 提出了精简指令集（RISG)概念，使计算机在单个机器运行周期或者电子脉冲中完成一个任务，极大地提升了计算机的运行效率。而后IBM 于 1980 年推出了基于 RISC 指令集的 POWER ( Performance Optimization With Enhanced RISC) 架构的原型机。1990年 IBM 推出了第一代的 POWER1架构处理器，随后 1993 年发布了 POWER2 架构处理器，并成为当时性能最高的处理器。1998年，IBM 发布了实现 64位POWER 指令集的 POWER3 架构处理器，此后的处理器全部实现了完整的 64 位指令集。目前 POWER 架构最新的处理器是 2017 年发布的 POWER9，采用14nm 工艺制造，性能远超 ×86 架构处理器。POWER 系列架构历代产品的简单说明见表 2-10。

目前，IBM POWER 架构处理器主要面向高端服务器市场。相较于利用 CISC指令集的 ×86 架构处理器，POWER 架构处理器在高性能领域优势明显。从硬件方面看，POWER 架构采用了对称多处理器技术(Symmetric Multiprocessing,SMP），可以保障内存在访问任意一个CPU 时的速度是一致的。而×86架构采用非一致存储访问结构 (Non-uniform Memory Access, NUMA)，CPU 和内存分区，导致每个 CPU 访问自己部分的内存时速度很快，但访问其他部分内存时速度较慢。随着 CPU 数量的增多，POWER 架构的性能优势进一步体现。而在软件方面，IBM 专用的 AIX 系统在软件方案集成度、厂商技术支持能力和稳定性等方面都更强。性能稍弱的 x86 架构处理器目前占据超过 90%的服务器市场，主要原因有三点。一是 POWER 架构在稳定性和运行维护等方面相对更优，但价格过于高昂。二是新型计算模式的兴起。在谷歌推出云计算模式后，分布式计算系统逐渐受到业界重视，系统开始降低对小型机的依赖。三是 IBM 自身与其他整机企业的竞争。IBM 提供的是从芯片到服务器到系统，与其他服务器厂商形成了竞争。Intel 作为纯粹的处理器芯片厂 商，与全球大多数设备生产商合作，由此产生了完善的 ×86 服务器生态系统；同时巨大的出货量使 Intel 的产品成本持续降低，进一步提升了 ×86架构的市场占有率。

面对来自Intel 和 AMD 在服务器处理器市场的压力，2013 年 IBM 联合谷歌、NVIDIA 等企业建立了 OpenPOWER 基金会，向开发者公开了部分 POWER 芯片架构固件代码，并允许第三方企业对这一产品进行改进，从而打造一个开放的POWER 生态图。目前，中晟宏芯、华胜天成、浪潮、中兴通讯等企业均已加入OpenPOWER 联盟。‍‍‍

除服务器处理器外，基于POWER 架构平台还衍生出了 PowerPC处理器。该系列产品始于 1991年 IBM、苹果和摩托罗拉建立的 AIM联盟，研发面向PC和低成本工作站的 RISC 架构POWER 处理器，以打破Intel 在个人计算机市场上的垄断地位。1993年，IBM推出了PowerPC 处理器，兼容大部分 POWER 指令集，但加入了单精度浮点运算指令以及对 64位的延伸和 SMP 结构的扩展等。另外，PowerPC处理器最大的优点是开放性，允许外部开发者设计和制造与PowerPC 兼容的处理器。目前PowerPC 系列三个主要产品为 32 位的 PowerPC700 系列、64位的 PowerPC 系列和嵌入式产品 PowerPC400系列。

摩托罗拉、苹果和IBM 最初希望借助于 PowerPC 处理器，与垄断PC 市场的Intel 竞争。但由于PowerPC 处理器能耗过高，产业生态不完善，新产品的推出远远落后于 Intel，导致 PowerPC 处理器在 PC 市场中的竞争力逐渐丧失。2005年，苹果宣布采用 Intel ×86 架构处理器，标志着 PowerPC 处理器最终退出了 PC市场。不过，目前 PowerPC 处理器在汽车电子、航空和网络通信设备等领域仍然被广泛应用。

　　审核编辑：汤梓红