IBM Power5「Squadron」初露鋒芒

藍色巨人能顛覆Sun和HP在Unix伺服器市場的優勢嗎？

繼iSeries的i5-520/570之後，IBM在7月14日發表採用Power5處理器的pSeries伺服器，分別是雙處理器的p5-520、4顆處理器的p5-550及16顆處理器的p5-570，藍色巨人最強大的RISC處理器，正式進軍由Sun及HP所主導的Unix伺服器市場。Power5強大的效能及伺服器虛擬化功能，也在逐漸以英特爾Itanium處理器為主流的RISC市場中，掀起了滔天巨浪。Power5處理器及新一代p-Series伺服器

Power5「Squadron」是Power4「Regatta」處理器的強化衍生版本，採用130nm SOI晶圓製程生產，除了第二階及第三階快取的容量加大、運作時脈提高，最重要的特色，就是導入同步多執行緒架構（SMT），每個處理器核心在邏輯上等同於兩顆處理器。相較於英特爾Pentium 4為了Hyper-Threading僅增加5%的額外電路，為了SMT，Power5核心較Power4增加了高達24%的功能電路，快取記憶體的組關聯性亦有所提升，以提升SMT的使用效率。此外，Power5提供8組執行緒優先層級，以改進處理器執行資源的分配彈性。對於無法從SMT模式中得到效益的單執行緒應用程式，Power5亦提供ST模式，將全部運算資源集中在該執行緒，在AIX下，系統管理者可以使用smtctl命令動態啟動/關閉SMT模式（Linux尚未支援）。由於SMT提高處理器執行單元的使用率，直接拉高處理器的耗電量，Power5實作了動態電源管理機制，有別於一般降低時脈或是關閉部分功能單元的方式，Power5可以在不降低時脈的前提下，動態關閉邏輯閘，以兼顧效能及省電。

先前Power4效能上的一大弱點，就是處理器核心必須藉由外部fabric匯流排才能存取第三階快取。Power5的第二階及第三階快取、以及不同處理器的第二階快取之間採用直接連結的設計，主記憶體控制器（同時支援DDR/DDR2 SDRAM）也整合至處理器晶粒之中，結合改良的資料預先擷取機制，可以改進多處理器環境下的記憶體系統效能。目前的Power5採用雙晶片封裝，包含一顆Power5以及第三階快取。IBM預計年底將推出8-chip MCM版本的Power5，整合4顆Power5以及4組第三階快取，以供構建更大型的多處理器系統之用。

p5伺服器系列沿用和i5完全相同的硬體架構，這也意味著，p5將可與i5執行相同的作業系統，包含AIX、i5/OS以及Linux。IBM降低Power5系統成本的意圖，不言可喻。值得注意的是，有別於獨立單一的伺服器，最高階的p5-570是由四組Building Block透過SP Flex Bus連結所組成的NUMA系統，為了降低處理器及系統I/O存取遠端記憶體的延遲，IBM同時在軟硬體進行相當程度的最佳化，存取遠端記憶體僅較區域主記憶體多出約25%至50%的延遲，遠勝過以往傳統NUMA系統的十倍以及IBM Enterprise Scalable Nodes的兩倍。AIX 5L 5.3版

IBM在今年第三季將正式發布AIX 5L 5.3版作業系統，屆時才會支援Power5的SMT、Sub-Processor Partition機制以及新增的伺服器虛擬化功能。此外，現有的應用程式也必須針對AIX 5L 5.3進行改版的工作，如果要執行舊版應用程式，就必須在在伺服器上另外執行舊版AIX的分割區。

AIX 5L 5.3版將支援64顆處理器的系統，改進現有JFS2檔案系統的16TB容量限制、可即時縮小檔案系統以提供多組動態儲存配置空間，也支援新型軟硬體規格，如iSCSI、InfiniBand以及Java 1.4.2等。極為驚人的效能

在TPC-C所公布的測試數據中，16顆Power5 1.9GHz處理器的p5-570幾乎可和64顆Itanium 2 1.5GHz處理器的HP Integrity Superdome扯平。Power5更是刷新了SPEC CPU 2000的浮點項目紀錄，創下了2702分的歷史新高，也趕下了Itanium 2盤據長達一年的寶座。事實上，1.65GHz的Power5的浮點表現就已經超越了1.5GHz的Itanium 2。

測試多處理器輸出率的SPEC CPU Rate項目中，也足以證明Power5系統在多處理器環境下擁有極為優異的效能延展性（Scalability），不但整數運算明顯勝過Itanium 2系統，而且浮點運算效能幾乎是Itanium 2系統的兩倍。SAP SD-2 tier測試中，8顆Power5的效能超越32顆Itanium 2及36顆UltraSparc IV。由於英特爾年底才會推出9MB第三階快取的Itanium 2，雙核心的Montecito則是明年第三季才會上市，IBM應可獨領風騷好一陣子了。IBM的優勢及隱憂

IBM預計在明年推出90nm製程的Power5+以及128處理器系統，之後將在2006年推出Power6、2007年Power6+、2008年Power7以及2009年的Power7+，製程技術也規畫至32nm之譜。為了面對英特爾Itanium所帶來的挑戰，藍色巨人所投入的資源及心力是毋庸置疑的。IBM挾著現有的市場佔有率、研發資源及品牌優勢，以企圖擴大高階伺服器市場的版圖，目前已經看到了成效，尤其自從Power4進入市場之後。根據Gartner的資料，去年IBM在Unix伺服器市場成長了13%，銷售額41億。該市場的前兩名Sun和HP，分別萎縮了16%和4%，銷售額為54及53億美元。而且目前Sun和HP都處於青黃不接的狀況，Itanium最快也要到明年底才會導入「不完全」的SMT及虛擬化技術，Power5的推出，將大幅延長IBM的技術優勢。

不過，長期而言，相較於開放規格的英特爾Itanium平臺，IBM的Power系統在持有成本上依然處於劣勢，因為這畢竟還是專屬系統，不但無法使用Windows，也不是一個完整的Linux平臺，如果要發揮完整的功能，必須使用IBM專屬的AIX作業系統。另外，企業可以向多家廠商購買Itanium 2伺服器，但是Power5卻是僅此一家別無分號，IBM也不像英特爾擁有龐大的產能及市場需求攤平產品研發成本。近期Sun宣布將開放Solaris原始碼，也考慮移植至Itanium及Power平臺上。IBM是否對Sun的加入採取歡迎的態度、以強化Power平臺的開放性，將是值得觀察的指標。

技術焦點：LPAR與Micro-Partitioning
IBM早在Power4及AIX 5L 5.1版就提供了邏輯分割區（LPAR，Logical Partition）功能，但是每個分割區必須擁有獨立的處理器、記憶體以及I/O裝置，而且進行分割區的調整都需要重新啟動系統，相當的不便。後來在AIX 5L 5.2中，IBM新增Dynamic LPAR，可以動態更動各分割區的硬體資源，不過還是無法免除各分割區需要擁有獨立網路卡及儲存系統的弱點。目前除了AIX外，Power4平臺上僅有SuSE Linux Enterprise 9支援功能受限的Dynamic LPAR。

從Power5和AIX 5L 5.3開始，以既有的大型主機技術為基礎，IBM進一步發展出微分割（Micro-Partitioning）技術。首先，單一處理器最多可執行10個分割區，以1%為基本單位，亦可組成處理器運算能量儲存池，系統管理者可設定個別分割區所使用的運算資源以及使用權限，以達成最高的資源分配效率。其次，Power5系統也將I/O裝置高度虛擬化，磁碟系統集中在包含Virtual SCSI及Virtual Adapter的Virtual I/O Server上，然後其他的分割區則透過Virtual Ethernet予以存取，同類型的I/O裝置亦予以分門別類虛擬化。如此一來，透過Partition Load Manager，就可依據管理者所制定的政策，動態調節各分割區的使用資源。

結合微分割技術及虛擬化I/O，Power5系統的虛擬伺服器管理彈性遠勝以往。隨著伺服器虛擬化的技術趨勢，在未來，相關的技術發展將成為兵家必爭之地，也將替企業帶來更好的伺服器統合及使用效率。文⊙劉人豪