باور 10

الموسوعة الحرة

Power10 هي عائلة معالجات دقيقة فائقة التوازي ، متعددة الخيوط ، ومتعددة النوى ، مبنية على بنية Power ISA مفتوحة المصدر ، أُعلن عنها في أغسطس 2020، وتتوفر في الأسواق منذ سبتمبر 2021. صُمم المعالج ليحتوي على 15 نواة . من أبرز ميزات Power10 الأداء العالي لكل واط ، وبنية ذاكرة وإدخال / إخراج محسّنة، مع التركيز على تطبيقات الذكاء الاصطناعي . تتميز كل نواة في Power10 بضعف عدد الوحدات الوظيفية مقارنةً بسابقتها POWER9 . يتوفر Power10 في مجموعة من طرازات IBM، ويدعمه أنظمة تشغيل مثل Linux 5.9 وPowerVM. يتميز Power10 بتسميته غير المألوفة، حيث لا يُكتب اسمه بأحرف كبيرة كما هو الحال في POWER9 وجميع معالجات POWER السابقة.

وصف

تعتمد عائلة معالجات Power10 فائقة التوازي ، متعددة الخيوط ، ومتعددة النوى ، على بنية Power ISA مفتوحة المصدر . وقد أُعلن عنها في أغسطس 2020 خلال مؤتمر Hot Chips . وأصبحت الأنظمة المزودة بمعالجات Power10 متاحة بشكل عام بدءًا من سبتمبر 2021 في خادم IBM Power10 Enterprise E1080. صُمم المعالج ليحتوي على 15 نواة ، ولكن سيتم تضمين نواة احتياطية أثناء التصنيع لمعالجة مشكلات الإنتاج بكفاءة من حيث التكلفة . تتمثل الميزات الرئيسية لمعالجات Power10 في الأداء العالي لكل واط ، وبنية ذاكرة وإدخال /إخراج محسّنة ، مع التركيز على تطبيقات الذكاء الاصطناعي . [ 1 ]

تُصنّع معالجات Power10 بواسطة سامسونج باستخدام تقنية 7 نانومتر ، وتتكون من 18 طبقة معدنية و18 مليار ترانزستور على شريحة سيليكون بمساحة  602 مم² . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

تصميم

يتميز كل معالج Power10 بمضاعفة معظم الوحدات الوظيفية مقارنةً بسابقه POWER9 . يدعم المعالج تعدد الخيوط ثماني الاتجاهات (SMT8)، ويحتوي على ذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الأول (L1  ) بسعة 48 كيلوبايت للتعليمات و32  كيلوبايت للبيانات ، بالإضافة إلى ذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الثاني (L2) بسعة 2 ميجابايت، ومخزن مؤقت كبير جدًا للبحث عن الترجمة (TLB) بسعة 4096 مدخلًا. [ 4 ] وقد انخفضت دورات زمن الوصول إلى مراحل ذاكرة التخزين المؤقتة المختلفة ومخزن TLB بشكل ملحوظ. يحتوي كل معالج على ثماني شرائح تنفيذ، كل منها مزودة بوحدة حسابية عائمة (FPU)، ووحدة حسابية منطقية (ALU)، ووحدة تنبؤ بالتفرعات ، ووحدة تحميل وتخزين ، ومحرك SIMD ، قادرة على استقبال تعليمات 128 بت (64+64) من تعليمات البادئة/الدمج الجديدة في Power ISA v.3.1. يمكن لكل شريحة تنفيذ معالجة 20 تعليمة، مدعومة بجدول تعليمات مشترك مكون من 512 مدخلاً، وتُغذى إلى قائمة تحميل بعرض 128 مدخلاً (64 منها أحادية الخيوط) وقائمة تخزين بعرض 80 مدخلاً (40 منها أحادية الخيوط). وقد ضاعفت ميزات التنبؤ المحسّنة بالتفرع الدقة. تحتوي النواة على أربعة محركات مساعدة في العمليات الحسابية للمصفوفات (MMA) [ 6 ] ، لتحسين معالجة كود SIMD، وخاصةً لتعليمات ضرب المصفوفات حيث تشهد أحمال عمل استدلال الذكاء الاصطناعي زيادة في الأداء بمقدار 20 ضعفًا. [ 7 ] 

يحتوي المعالج على نصفين، كل منهما يضم ثمانية أنوية، ويتشاركان  ذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الثالث (L3) بسعة 64 ميجابايت، ليصبح المجموع 16 نواة  وذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الثالث بسعة 128 ميجابايت. ونظرًا لمشاكل الإنتاجية، يتم تعطيل نواة واحدة على الأقل دائمًا، مما يقلل سعة ذاكرة التخزين المؤقتة من المستوى الثالث بمقدار 8  ميجابايت، ليصبح المجموع القابل للاستخدام 15 نواة  وذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الثالث بسعة 120 ميجابايت. كما تحتوي كل شريحة على ثمانية مُسرّعات تشفير تُخفف العبء عن الخوارزميات الشائعة مثل AES و SHA-3 .

بفضل زيادة التحكم في تردد الساعة وإعادة تصميم البنية الدقيقة في كل مرحلة، بالإضافة إلى تعليمات الدمج/البادئة التي تُمكّن من إنجاز المزيد من العمل بوحدات عمل أقل، وذاكرة تخزين مؤقتة أكثر ذكاءً مع زمن استجابة أقل للذاكرة ووضع علامات عناوين فعّالة يقلل من أخطاء ذاكرة التخزين المؤقت، يستهلك معالج Power10 نصف الطاقة التي يستهلكها معالج POWER9. ومع التحسينات في قدرات الحوسبة بنسبة تصل إلى 30%، يصبح أداء المعالج ككل أفضل بمقدار 2.6 مرة لكل واط مقارنةً بسابقه. وفي حالة تركيب نواتين على نفس الوحدة، تصل السرعة إلى ثلاثة أضعاف مع الحفاظ على نفس استهلاك الطاقة.

بما أن النوى يمكن أن تعمل كثمانية معالجات منطقية، فإن كل معالج من المعالجات الخمسة عشر يبدو لنظام التشغيل وكأنه 120 نواة . في وحدة ثنائية الشريحة، يصبح ذلك 240 خيط معالجة متزامن لكل مقبس .

الإدخال/الإخراج

تتميز هذه الرقاقات ببنية ذاكرة وإدخال/إخراج مُعاد تصميمها بالكامل، باستخدام واجهة معالج التسريع المتماسك المفتوحة (OpenCAPI) وواجهة الذاكرة المفتوحة (OMI). ويؤدي استخدام اتصالات الذاكرة التسلسلية مع وحدات التحكم الخارجية إلى تقليل مسارات الإشارة من وإلى الرقاقة، وزيادة عرض النطاق الترددي ، ومنح المعالج مرونة في تقنية الذاكرة. [ 5 ]

يدعم نظام Power10 مجموعة واسعة من أنواع الذاكرة، بما في ذلك DDR3 إلى DDR5، وGDDR، وHBM، وذاكرة التخزين الدائمة. ويمكن للعميل تغيير هذه الإعدادات لتناسب حالة الاستخدام المقصودة للنظام على أفضل وجه.

  • DDR4 – يدعم ذاكرة وصول عشوائي تصل إلى 16 تيرابايت ، بسرعة نقل بيانات 410 جيجابايت/ثانية، وزمن استجابة 10 نانوثانية   
  • GDDR6 – تصل سرعته إلى 800 جيجابايت/ثانية
  • تخزين دائم - يصل إلى 2 بيتابايت

تتيح تقنية Power10 تشفير البيانات دون أي تأثير سلبي على الأداء في كل مرحلة بدءًا من ذاكرة الوصول العشوائي، مرورًا بالمسرعات وعقد المجموعة، وصولًا إلى البيانات المخزنة.

يأتي نظام Power10 مزودًا بخاصية PowerAXON التي تتيح الاتصال بين الشرائح، وبين الأنظمة، وعبر ناقل OpenCAPI للمسرعات، ووحدات الإدخال/الإخراج، وغيرها من الأجهزة الطرفية عالية الأداء ذات ذاكرة التخزين المؤقت المتماسكة . يدير هذا النظام الاتصالات بين العُقد في مجموعة من وحدات الشريحة الواحدة (SCM) ذات 16 مقبسًا، أو مجموعة من وحدات الشريحة المزدوجة (DCM) ذات 4 مقابس. كما يدير أيضًا دلالات الذاكرة لتجميع الأنظمة، مما يتيح الوصول إلى عمليات التحميل/التخزين من النواة إلى ما يصل إلى 2  بيتابايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) على مستوى مجموعة Power10 بأكملها. تُطلق IBM على هذه الميزة اسم "Memory Inception" .

يمكن لكل من OMI و PowerAXON التعامل مع  اتصالات بسرعة 1 تيرابايت/ثانية خارج الشريحة.

يتضمن معالج Power10 منفذ PCIe 5. يحتوي وحدة التحكم في النظام (SCM) على 32 مسار PCIe 5، بينما تحتوي وحدة التحكم في البيانات (DCM) على 64 مسار PCIe 5. وقد اتُخذ قرار إزالة دعم NVLink من Power10 نظرًا لقدرات عرض النطاق الترددي لـ PCIe 5.0 التي جعلت دعم NVLink غير ضروري لحالات الاستخدام التي صُمم Power10 من أجلها. [ 4 ] كان دعم NVLink المدمج في الشريحة سابقًا ميزة تسويقية فريدة لمعالجي POWER8 وPOWER9.

المتغيرات

تتوفر شريحة Power10 بنسختين، يتم تحديدهما بواسطة البرامج الثابتة الموجودة في العبوة. على الرغم من أن الشريحتين متطابقتان فيزيائيًا، والاختلاف يكمن في البرامج الثابتة، إلا أنه لا يمكن للمستخدم أو لشركة IBM تغييره بعد التصنيع. [ 8 ]

  • 15 نواة SMT8
    • مُحسَّن للتطبيقات ذات الإنتاجية العالية ولكنها أقل استهلاكًا للموارد الحاسوبية
  • 30 نواة SMT4
    • مُحسَّن للتطبيقات كثيفة الحساب التي تتطلب مجموعات تعليمات معقدة ودورات متعددة لتحميل المعلومات في الذاكرة المؤقتة.

الوحدات

يأتي جهاز Power10 في ثلاث حزم من نوع flip-chip plastic land grid array (FC-PLGA) : وحدة رقاقة واحدة (SCM) ووحدتين من الرقاقات المزدوجة (DCM و eSCM).

  • وحدة SCM ، وحدة أحادية الشريحة - بتردد 3.6-4.15 جيجاهرتز، تصل إلى 15 نواة SMT8. يمكن تجميعها حتى 16 مقبسًا. منفذ PCIe x32 بخمسة مسارات. أبعاد الوحدة: 68.5 × 77.5 مم. تتميز الوحدة بتصميم فريد مع 8 موصلات على الركيزة (OTF) لكابلات المعالجة المتعددة المتناظرة (SMP) التي تربط مباشرةً وحدات Power10 SCM الأخرى.
  • وحدة DCM ثنائية الشريحة - بتردد 3.4-4.0 جيجاهرتز، وتصل إلى 24 نواة SMT8. يمكن تجميعها حتى أربعة مقابس. تدعم PCIe x64 بخمسة مسارات. تقع وحدة DCM ضمن النطاق الحراري نفسه للإصدارات السابقة. أبعاد الوحدة: 74.5 × 85.75 مم. تتوفر وحدة DCM بأربعة إصدارات. [ 9 ]
    • وحدة معالجة EPEU - 12 نواة، 3.36-4.0 جيجاهرتز
    • معالج EPEV - 18 نواة، بتردد 3.2-4.0 جيجاهرتز
    • معالج EPGW - 24 نواة، بتردد 2.95-3.9 جيجاهرتز
    • EHC8 - 24 نواة، 2.95-3.9 جيجاهرتز (للرعاية الصحية في أمريكا الشمالية)
  • وحدة eSCM ، وهي وحدة شريحة واحدة للمبتدئين - بتردد 3.0-3.9 جيجاهرتز، وتصل إلى 8 أنوية SMT8. تجمع هذه الوحدة بين شريحتين من نوع Power10. الشريحة الأولى تعمل بكامل طاقتها مع 4-8 أنوية نشطة. أما الشريحة الأخرى فتستخدم وظيفة PCIe فقط، حيث تعمل كمحول إدخال/إخراج مع عدد كبير من مسارات PCIe الإضافية. يمكن تجميع وحدات eSCM هذه حتى أربعة مقابس. أبعاد الوحدة: 74.5 × 85.75 مم. تُعرف وحدة eSCM أيضًا باسم "ioscm". [ 10 ] [ 11 ]

الأنظمة

يتوفر نظام التشغيل Power10 في مجموعة من أجهزة الكمبيوتر من شركة IBM.

مَشرُوع

يُعدّ جهاز IBM Power E1080 ، المسمى Denali ، حاسوب Power10 المتطور من IBM. يتكون من 1 إلى 4 وحدات من مُجمّع الإلكترونيات المركزية (CEC)، تشغل كل منها مساحة 5U. تحتوي كل وحدة على 4 وحدات Power10 SCM، قابلة للتكوين بـ 10 أو 12 أو 15 نواة SMT8 لكل معالج، وذاكرة وصول عشوائي (RAM) تصل إلى 16 تيرابايت من نوع OMI - DDR4 . يعمل Power E1080 بنظام PowerVM الذي يُشغّل أنظمة AIX و IBM i و Linux ( بترتيب البايتات الصغير ) . [ 12 ] يحتاج نظام E1080 أيضًا إلى وحدة تحكم نظام (SIC) بارتفاع 2U للمراقبة والتكوين.

يدعم جهاز Power E1080 ما يصل إلى ستة عشر وحدة توسعة للإدخال/الإخراج، أربع وحدات لكل عقدة CEC. تتصل كل وحدة توسعة بعقدة CEC الخاصة بها عبر وحدتي توزيع PCIe، وتحتوي على اثنتي عشرة فتحة PCIe من نوع FHFL. أربع من هذه الفتحات من نوع PCIe 3.0 x16، بينما الفتحات الثماني المتبقية من نوع PCIe 3.0 x8. يسمح التكوين ذو المواصفات القصوى لجهاز Power E1080 بدعم 192 بطاقة PCIe أحادية الفتحة عبر نظام مكون من 16 مقبسًا. [ 13 ]

متوسط ​​المدى

  • IBM Power E1050 - هيكل 4U. يحتوي على 2-4 مقابس لوحدة المعالجة المركزية (CPU) تدعم 2-4 وحدات DCM، من 24 إلى 96 نواة. 64 فتحة ذاكرة OMI تدعم ما يصل إلى 16 تيرابايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). 11 فتحة PCIe، 8 منها من الجيل الخامس و3 من الجيل الرابع. 10 فتحات تدعم ما يصل إلى 64 تيرابايت من محركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) القائمة على تقنية NVMe. يدعم تشغيل أنظمة تشغيل متنوعة مثل Linux وAIX وIBM i. [ 9 ]

التوسع الأفقي

يمكن لطرازات S تشغيل أنظمة Linux وIBM i وAIX. أما طرازات L فهي مصممة لنظام Linux، ولكن يُسمح لها بتشغيل أنظمة AIX وIBM i على ما يصل إلى 25% من أنوية المعالج المتاحة. [ 10 ]

  • IBM Power S1024 و L1024 - هيكل 4U. مقبس أو مقبسان لوحدة المعالجة المركزية (CPU) لوحدة أو وحدتين من وحدات DCM، من 24 إلى 48 نواة. 32 فتحة ذاكرة OMI تدعم ما يصل إلى 8 تيرابايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). 10 فتحات PCIe، 8 منها من الجيل الخامس و2 من الجيل الرابع. 16 فتحة لوحدات تخزين SSD من نوع NVMe بسعة تصل إلى 102 تيرابايت.
  • IBM Power S1022 و L1022 - هيكل بحجم 2U. يحتوي على مقبس أو مقبسين لوحدة المعالجة المركزية (CPU) لوحدة أو وحدتين من وحدات DCM، بمعالجات تتراوح بين 24 و 40 نواة. يحتوي على 32 فتحة ذاكرة OMI تدعم ما يصل إلى 4 تيرابايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). يحتوي على 10 فتحات PCIe، 8 منها من الجيل الخامس و2 من الجيل الرابع. يحتوي على 8 فتحات لوحدات تخزين SSD من نوع NVMe بسعة تصل إلى 51 تيرابايت.
  • IBM Power S1022s - هيكل بحجم 2U. يحتوي على مقبس أو مقبسين لوحدة المعالجة المركزية (CPU) لوحدة أو وحدتين من وحدات eSCM، من 4 إلى 16 نواة. يحتوي على 16 فتحة ذاكرة OMI تدعم ما يصل إلى 2 تيرابايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). يحتوي على 10 فتحات PCIe، 8 منها من الجيل الخامس و2 من الجيل الرابع. يحتوي على 8 فتحات لوحدات تخزين SSD من نوع NVMe بسعة تصل إلى 51 تيرابايت.
  • IBM Power S1014 - هيكل بحجم 4U أو وحدة مكتبية. وحدة Power10 eSCM واحدة بأربعة أو ثمانية أنوية. ثمانية منافذ ذاكرة OMI تدعم حتى 1 تيرابايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). خمسة منافذ PCIe، أربعة منها من الجيل الخامس ومنفذ واحد من الجيل الرابع. ستة عشر منفذًا لوحدات تخزين SSD من نوع NVMe بسعة تصل إلى 102 تيرابايت.
  • IBM Power S1012 - هيكل بحجم 2U، نصف عرض، أو وحدة مكتبية. وحدة Power10 eSCM واحدة مع 1 أو 4 أو 8 أنوية. 4 فتحات ذاكرة OMI تدعم حتى 256 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). 4 فتحات PCIe، جميعها من الجيل الخامس. 4 فتحات لوحدات تخزين SSD من نوع NVMe بسعة تصل إلى 6.4 تيرابايت.

دعم نظام التشغيل

أنظمة التشغيل التالية التي تدعم Power10:

مقارنة مع معالجات POWER السابقة

  • يؤدي التغيير إلى عملية تصنيع 7 نانومتر إلى أداء أعلى بكثير لكل واط.
  • تمتد منشأة PowerAXON الآن إلى 2 بيتابايت من مساحة الذاكرة المجمعة الموحدة، المشتركة عبر عقد المجموعة المتعددة ، وتتضمن دعم PCIe 5 . 
  • تهدف تعليمات SIMD الجديدة وأنواع البيانات الجديدة، بما في ذلك bfloat16 و INT4 (عدد صحيح) و INT8 (عدد صحيح كبير) ، [ 16 ] [ 17 ] إلى تحسين أحمال عمل الذكاء الاصطناعي.
  • على عكس معالجات POWER9 وPOWER8 السابقة، يتطلب معالج Power10 برامج ثابتة مغلقة المصدر من جهات خارجية في المناطق الحساسة أمنياً في وحدة المعالجة المركزية، بالإضافة إلى برامج ثابتة مغلقة المصدر إضافية من جهات خارجية في وحدة التحكم بالذاكرة الخارجية المطلوبة. [ 18 ]

العلامة التجارية

يتميز معالج Power10 بكونه لا يُكتب اسمه بحرف كبير كما هو الحال مع معالج POWER9 وجميع معالجات POWER السابقة. يُعد هذا التغيير جزءًا من عملية إعادة تسمية IBM لمنتجاتها من أنظمة Power Systems، والتي أصبحت تُعرف بدءًا من Power10 باسم "Power" فقط. كما يمتلك Power10 شعارًا خاصًا به. [ 19 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "شركة IBM تكشف عن معالج IBM POWER10 من الجيل التالي" . IBM . 17 أغسطس 2020.
  2. ↑ د. كاتريس، إيان (17 أغسطس 2020). "مدونة هوت تشيبس 2020 المباشرة: معالج IBM POWER10 بتقنية 7 نانومتر من سامسونج" . أناند تك . مؤرشف من الأصل في 17 أغسطس 2020.
  3. ↑ كواتش، كاتيانا (17 أغسطس 2020). "شركة IBM تُصغّر معالجات Power10 إلى 7 نانومتر بالتعاون مع سامسونج، ومن المقرر شحنها بحلول نهاية عام 2021" . ذا ريجستر .
  4. 1 2 3 شيلينغ، أندرياس (17 أغسطس 2020). "معالج IBM Power10 يوفر 30 نواة مع تقنية SMT8، و PCIe 5.0، و DDR5" . مجلة Hardware LUXX (بالألمانية).
  5. 1 2 كينيدي، باتريك (17 أغسطس 2020). "IBM POWER10: البحث عن الكأس المقدسة للحوسبة" . ServeTheHome .
  6. ↑ جوزيه موريرا، وبونيث بهات إيه إتش، وساتيش كومار ساداسيفام (15 أبريل 2021). دليل أفضل الممارسات لضرب المصفوفات المساعدة .
  7. ↑ راسل، جون (17 أغسطس 2020). "شركة IBM تطلق معالج Power10؛ وتشيد بنظام الذاكرة الجديد، والأمان، والاستدلال" . HPCwire .
  8. ↑ بريكيت مورغان، تيموثي (31 أغسطس 2020). "تصاميم IBM المحتملة لأنظمة Power10" . IT Jungle .
  9. 1 2 جوليانو أنسيلمي، مارك جريجوروتي، ستيفن لوتز، مايكل ماليكديم، غيدو سومرز، تسفيتومير سباسوف (11 يوليو 2022). "نظرة عامة فنية ومقدمة عن IBM Power E1050" (ملف PDF) .{{cite web}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  10. 1 2 جوليانو أنسيلمي، يونغ هون تشو، أندرو لايدلو، أرمين رول، تسفيتومير سباسوف (19 يوليو 2022). "نظرة عامة فنية ومقدمة عن IBM Power S1014 وS1022s وS1022 وS1024" (ملف PDF) .{{cite web}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  11. ↑ "open-power/rainier-xml" . 28 فبراير 2023 – عبر GitHub.
  12. ↑ مورغان، تيموثي بريكيت (8 سبتمبر 2021). "هكذا يبدو أقوى خادم في العالم" .
  13. ↑ جوليانو أنسيلمي، مانيش أرورا، إيفايلو بوزينوف، دينيل داس، تورغوت جينك، بارتلوميج جرابوفسكي، ماديسون لي، أرمين رول (9 ديسمبر 2021). "نظرة عامة ومقدمة فنية على IBM Power E1080" (PDF) .{{cite web}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  14. ↑ لارابيل، مايكل (9 أغسطس 2020). "لينكس 5.9 يُضيف المزيد من الدعم لمعالجات IBM POWER10، وواجهة برمجة تطبيقات جديدة/أسرع لاستدعاءات نظام SCV" . فورونيكس .
  15. 1 2 بريكيت مورغان، تيموثي (6 أغسطس 2019). "الحديث عن النطاق الترددي العالي مع مهندس POWER10 من IBM" . المنصة التالية .
  16. ↑ باتريزيو، آندي (18 أغسطس 2020). "آي بي إم تكشف تفاصيل معالج POWER10 من الجيل التالي" . عالم الشبكات .
  17. ↑ "أسماء مستعارة لأنواع البيانات" . شركة IBM . 26 أغسطس 2020.
  18. ↑ "ليست مشكلة POWER10 مقتصرة على OMI فقط" . 8 سبتمبر 2021.
  19. ↑ مورغان، تيموثي بريكيت (2 أغسطس 2021). "لا مزيد من الصراخ باسم "السلطة" (حسنًا، إلا في عنواننا هنا)" .