POWER6新特性

Bradly McCredie(左)与Satya Sharma手持POWER6晶圆在一起

几个月前,当IBM推出POWER6处理器的时候，业界几乎都被4.7GHz的主频技术所吸引，却忽略了它的其他技术特性。随着POWER6架构的重要组成部分—AIX6操作系统于11月正式面世，整个POWER6架构的整体应用特性才真正得以完全施展。也正因为有了这些独一无二的技术特性，尤其是虚拟化技术上的革新，IBM才基于此在12月发布了下一代虚拟化理念，从部件级虚拟化上升到通过虚拟化资源、虚拟化管理和虚拟化服务实现跨越整个数据中心和系统网络的资源调动。

然而，这些仍然不能概括POWER6架构的重要创新技术。到底POWER6有多少非说不可的新特性?近日，IBM终身院士暨IBM POWER6总设计师Bradly McCredie与IBM杰出工程师暨IBM AIX首席架构师Satya Sharma来到中国，从技术角度全面重新审视了POWER6架构，让我们看看这两位技术大师最推崇哪些POWER6技术。

POWER6新特性：POWER6强调三个特性

POWER6的芯片设计到底有何惊人之处?短短的10分钟介绍，POWER6总设计师McCredie最为强调三点技术新特性。

除了物理技术上实现高主频，在POWER6设计阶段中，IBM还将处理芯片的内指令执行也进行了全新改进。McCredie介绍说：“我们可以保持POWER6和POWER5具有相同的流水线长度，大约是15～16级。而一味地加长流水线长度的做法虽然可以提高主频，但无法提高整体性能。”也就是说，IBM提高芯片性能的新方法，主要是通过在保持指令队列阶段(在一个时钟周期内必须完成的大量操作)数目不变的情况下尽可能多地进行并行操作。这样，执行时间就削减一半，功耗也得到了降低。

McCredie强调的另外一个特性在于POWER6的扩展能力，以均衡方式扩展服务器的处理器性能和系统设计(高速缓存容量和带宽)对提高系统总体性能具有实际应用意义。如果将主要精力放在处理器的性能上，忽略服务器向芯片传递数据的能力，就很难充分发挥处理器的速度优势。POWER6的每个芯片都有8MB高速缓存容量，是POWER5的4倍，目的在于与超大带宽保持同步。而且，IBM还专门设计I/O、内存通道，大大提高了POWER6的吞吐量。

此外，POWER6在可靠性、可用性和可服务性(RAS)方面也做了多达9项重要的创新功能改进，大大提高了系统稳定性。其中，断点程序技术是McCredie特别推崇的一项功能：“这个功能此前只有IBM大型机具备，由于此次应用于全新的POWER6架构，使得CPU的出错几率可以缩减30%。”据了解，处理器中的断点程序功能可以把每个处理器每一个时钟周期的处理器运行状况全部记录下来作为断点。

一旦计算过程中出现任何问题，系统就可以在每一个断点的基础上重试，这就是断点重启侦测，从而加强了系统稳定性。值得一提的是，对于软件错误，断点程序可以重试3次;一旦发现硬件错误，工作负载还可以动态迁移到其他处理器上，整个迁移过程不会影响用户的应用操作。

POWER6新特性：AIX虚拟化功能突出

同样短暂的介绍时间，IBM AIX首席架构师Sharma似乎意犹未尽。的确，多达20多种创新功能不可能在短时间内一一描述，而AIX创新的虚拟化功能是他特别强调的。

POWER6可以把工作负载从一个服务器转到另一个服务器，而且不会使运行产生任何中断。虽然VMware的Vmotion功能已经实现了一定程度上的应用动态迁移，不过，AIX6的迁移在技术上更为彻底。Sharma称,它也是UNIX系统中唯一实现在不影响应用的前提下，将运行中的应用(甚至整个操作系统分区)从一台物理计算机转移到另一台计算机的虚拟化技术，这些功能包括活动分区迁移(Live Partition Mobility)和活动应用迁移(Live Application Mobility)。

以往如果用户要实现工作负载的转移，就必须使用高可用性的集群，因为文件系统的恢复和数据系统的恢复必然会带来运行的中断。在Sharma看来，动态迁移对于用户至少有两层含义：一是零停机维护，用户系统执行多个应用和程序需要做服务器定期维护，动态迁移任务负载就可以做到零停机维护;二是零停机升级，用户的服务器和软件升级不用停机也可实现。

此外，AIX6还实现了将目前两种典型的虚拟化架构集于一身的技术特色，可以在操作系统之上或之下实施虚拟化，即不仅可以利用POWER处理器的逻辑分区(LPAR)技术实现硬件层的虚拟化，也可以通过AIX操作系统实现应用层的虚拟化。后一种新功能被IBM称作工作负载分区(WPAR),它允许用户将多个工作负载放在同一个操作系统环境中。

由于IBM将操作系统中包括用户文件系统的所有内容都彻底进行了虚拟化，使得每一个工作负载分区可以拥有自己独立的虚拟CPU和内存环境。它的一个好处就是，可以减少操作系统的数量进而减少用户的管理成本。Sharma表示：“两种方式选择哪种，这具体看用户的选择和喜好，用户也可以两种都选。”

除了虚拟化，AIX6在RAS方面全新的虚拟内存管理功能也被Sharma认为是IBM的特色技术。目前市场上多数操作系统都只能运行一个独立的内存环境，一旦某个驱动器出现故障，就可能覆盖整个用户数据内存空间。而AIX6支持一个操作系统拥有多个独立内存空间，这样一旦出现故障，就不会造成内存空间的全部错误覆盖。Sharma强调：“它的重要之处在于，之前75%的问题都是因为操作系统没有多个独立内存空间产生的，因此可以说，这一新功能可以减少75%的故障。”。此外，未来很多系统核心补丁也不需要重启系统就可以完成修复过程。值得一提的是，虚拟内存管理也是一项来自于IBM大型机的技术。

POWER6新特性：POWER6架构两大疑问

那么，为何POWER6采用提高主频而非增加核数的方式来提高应用效能呢，IBM到底如何看待多核发展?McCredie认为，这是因为整个行业的发展趋势是硬件比软件在多线程上走得要快。而设计CPU需要平衡每个处理器内核分配到的缓存数量、考核提供给每个内核的总带宽、每一个内核分配I/O的能力等等，就是需要看待处理器整体吞吐量的提升，而POWER6则达到了一个最佳平衡点。他同时认为，当软件朝着多线程并行计算的方式发展时，IBM也会在保证单线程性能的前提下走上多核多线程的道路，不过，“在这个过程中，起主宰作用的并不是硬件，而是软件的技术”。

而对于虚拟化可能造成的安全问题，Sharma则非常自信。不同于其他独立虚拟化企业，IBM的虚拟化技术集成了自身的芯片技术、固件和POWER Hypervisor技术以及AIX6操作系统，因此安全方面自然具有不可比拟的优势。相比较x86平台，AIX6则是达到CAPP/EAL4+安全标准认证的UNIX操作系统，而且，AIX6还在安全方面设计了新的增强功能。

工作负载分区管理允许单一AIX6拷贝拥有多个定义过的分区，每一分区拥有自己的管理员、用户和应用负载安全设置，摒弃了一个超级用户分配资源的不安全性。除此之外，AIX6还提供了Security Expert新功能，允许管理员通过单一控制台控制300个以上的安全设置。