當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月20日周二，IBM在美國(guó)圣地亞哥的OpenPOWER峰會(huì)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(jì)劃的一部分，OpenPOWER基金會(huì)將成為Linux基金會(huì)的一個(gè)部門。

POWER指令集架構(gòu)正式開源

隨著IBM向OpenPOWER基金會(huì)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(lì)他們構(gòu)建新的硬件、借助領(lǐng)先的企業(yè)功能來(lái)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(shì)。

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(shí)現(xiàn)（softcore implementation）、與架構(gòu)無(wú)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(jì)。

據(jù)介紹，IBM為開源社區(qū)貢獻(xiàn)了一個(gè)新開發(fā)的軟核。在很短的時(shí)間內(nèi)，一位IBM工程師能夠在POWER ISA上開發(fā)出一個(gè)軟核，并將其安裝在Xilinx FPGA上運(yùn)行。這一軟核實(shí)現(xiàn)將在本周的北美OpenPOWER峰會(huì)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(duì)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(guò)開放技術(shù)和開源來(lái)推動(dòng)整個(gè)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(gòu)了Red Hat紅帽公司，這是一家專注開源領(lǐng)域長(zhǎng)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(dòng)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(gè)治療癌癥的人工智能項(xiàng)目。

此次POWER ISA的開源可以說(shuō)是IBM對(duì)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(méi)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(duì)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(shí)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(huì)，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(lì)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(tái)、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(shí)，OpenPOWER聯(lián)盟成員需要支付相對(duì)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(wú)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(huì)歡迎指令集的開放，認(rèn)為此舉對(duì)開源社區(qū)來(lái)說(shuō)就是福音。OpenPOWER基金會(huì)執(zhí)行董事Hugh Blemings在公告中說(shuō)：“通過(guò)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?！?/p>

作為這項(xiàng)工作的一個(gè)延伸，IBM將使OpenPower基金會(huì)并入Linux基金會(huì)，成為其一個(gè)部門，歸其管理。OpenPower基金會(huì)現(xiàn)在讓OpenBMC、CHIPS Alliance、OpenHPC及其他多個(gè)項(xiàng)目和組織加入Linux基金會(huì)。將該基金會(huì)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(dòng)力，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看促使OpenPOWER得到采用。

值得注意的是， 去年11月底，Linux基金會(huì)和RISC-V基金會(huì)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(huì)還將為 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)提供大量資源，包括培訓(xùn)計(jì)劃、基礎(chǔ)工具以及社區(qū)擴(kuò)展、營(yíng)銷和法律專業(yè)知識(shí)。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(huì)已成為L(zhǎng)inux基金會(huì)的一個(gè)部門，接下來(lái)Linux基金會(huì)必然也將會(huì)大力推廣POWER ISA。那么Linux基金會(huì)將如何處理這兩個(gè)架構(gòu)之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系呢？這是一個(gè)需要思考的問(wèn)題。

POWER ISA開源帶來(lái)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(duì)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(lái)備受國(guó)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(guò)，相對(duì)于在功耗、能效上更具優(yōu)勢(shì)的RISC-V架構(gòu)來(lái)說(shuō)，IBM的POWER架構(gòu)則在性能上有著較大的優(yōu)勢(shì)。

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(jiǎn)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(duì)稱多處理器技術(shù)（Symmetric Multiprocessing，SMP），可以保障內(nèi)存訪問(wèn)任何一個(gè)CPU時(shí)速度都是一樣的。但是英特爾的X86架構(gòu)做不到，它對(duì)于一個(gè)CPU訪問(wèn)自己部分的內(nèi)存速度很快，但是在訪問(wèn)其他CPU的內(nèi)存時(shí)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(chǎng)而且應(yīng)用前景非常廣泛，在國(guó)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(gè)核心可以支持4線程或者8線程，分別能最多配置24、12個(gè)核心，邏輯線程總數(shù)最多都是96個(gè)。并且，POWER9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POWER9帶來(lái)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(guó)能源部的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit和Sierra系統(tǒng)里面運(yùn)行的就是POWER9芯片。而根據(jù)今年6月17日在德國(guó)法蘭克福舉行的國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)發(fā)布的最新全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP 500名單顯示，雖然美國(guó)能源部下屬橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的“頂點(diǎn)”和美國(guó)能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(guó)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?dòng)國(guó)產(chǎn)高性能CPU的發(fā)展。

2013年4月，由上海市國(guó)資委下屬上海聯(lián)和投資有限公司和***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(guó)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(guò)，隨著威盛與英特爾的X86授權(quán)協(xié)議于2018年4月到期之后，威盛已經(jīng)無(wú)法在使用英特爾新的X86專利及相關(guān)軟件，這也意味著兆芯未來(lái)的X86產(chǎn)品升級(jí)或?qū)⒂鲎?，雖然其可能仍然可以使用舊的X86專利。

2016年，AMD與中國(guó)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(guò)在今年6月，AMD CEO 蘇姿豐（ LisaSu）證實(shí)，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(jì)則無(wú)權(quán)使用。這也意味著海光后續(xù)也將無(wú)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(guó)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(shí)體名單”。這也使得為國(guó)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?dòng)國(guó)產(chǎn)高性能CPU的發(fā)展一條新的可選之路。雖然IBM是美國(guó)企業(yè)，但是開源的POWER指令集將基本不會(huì)受到美國(guó)“禁令”的影響，這與同樣源自美國(guó)的開源的RSIC-V指令集一樣。

不過(guò)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(duì)于國(guó)內(nèi)廠商來(lái)說(shuō)，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(guò)POWER指令集來(lái)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(lái)自中科院計(jì)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(huì)，獲得IBM POWER CPU的授權(quán)，并且得到了IBM、中科院計(jì)算所提供的技術(shù)支持。在2015年6月發(fā)布了第一款I(lǐng)BM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POWER8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POWER8的安全模塊，代之以國(guó)產(chǎn)的安全模塊系統(tǒng)，以符合中國(guó)政府在安全方面的監(jiān)管要求。按照計(jì)劃，中晟宏芯可以在2019年完全實(shí)現(xiàn)POWER芯片的消化吸收再創(chuàng)新，并制成完全國(guó)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。而隨著現(xiàn)在POWER指令集的開源，中晟宏芯之前所獲得的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，到現(xiàn)在來(lái)看已經(jīng)是耗盡了大半。而對(duì)于其他國(guó)產(chǎn)芯片廠商來(lái)說(shuō)，POWER指令集的開源，或?qū)⑹且粋€(gè)新的機(jī)遇，但是挑戰(zhàn)也是巨大的。