IBM POWER mimarisi

IBM POWER, IBM tarafından geliştirilen RISC tabanlı bir komut kümesi mimarisidir. POWER serisi mikroişlemcileri ana işlemci olarak birçok IBM sunucusunda, küçük bilgisayarlarda, iş istasyonlarında ve süper bilgisayarlarda kullanılıyor. POWER3 ve sonrasında gelen POWER mikroişlemci serilerinde tamamıyla 64-bit PowerPC mimarisi uygulanmıştır. POWER3 ve üstü mikroişlemcilerde eski POWER komutları uygulanmamıştır.

IBM, POWER mimarisi ya da türevlerini (tüm PowerPC ve Cell) kullanan geliştiricileri ve üreticileri Power.org topluluğu altında desteklemektedir.

1974'te, IBM saniyede en az 300 çağrı kapasitesine sahip büyük bir telefon yönlendirme projesini başlattı. Bu projede her çağrı için 20000 makine komutunun gerçek zamanlı yanıt için gerekli olduğu, böylece işlemci hızının 12 MIPS olması gerektiği görüldü. Bu gereksinim o zaman için çok fazlaydı, fakat işlemcilerin ağır aritmetik işlemler dışında basit giriş-çıkış, dallanma, yazma gibi komutları kullanabilmesinin yeterli olduğu düşünüldü.

Bu basit tasarım düşüncesi, her bir karmaşık işlemin aşamalarını tek bir makine komutuyla yapan ve tüm bu işlemleri tamamlamak için aynı zamana gerek duyması daha sonra RISC adıyla bilinecektir.

1975'te telefon yönlendirme projesi herhangi bir ön ürün alınmadan iptal edildi. Yapılan araştırmalardan elde edilen sonuçlara göre bu proje için üretilecek işlemcinin geleceğe yönelik genel amaçlı bir işlemci olduğu düşünülmüş ve çalışmalar Thomas J. Watson Araştırma Merkezi Bina 801'de devam edilmiştir.

Watson Araştırma Merkezindeki 2 yıl içinde 801 tasarımının süper sayıl limitleri keşfedildi, örneğin IBM System/360 Model 91 ve CDC 6600’ de yapılanlara benzer şekilde, başarımı artırmak için çoklu fonksiyon birimlerinin 801 tasarımında kullanılabilirliğini inceledi.

Başarımı artırmak için Cheetah, dallanma, sabit nokta ve kayan nokta birimlerini ayırdı. 801 tasarımında çoklu işlem birimini desteklemek adına birçok değişiklik yapıldı.

1985’te AMERICA Mimarisi’ni üretmek amacıyla ikinci nesil RISC mimarisi üzerinde çalışmalara IBM Thomas J. Watson Araştırma Merkezinde başlandı. 1986'da IBM Austin aynı mimariyi temel alarak RS/6000 serisini geliştirmeye başladı.

Şubat 1990'da IBM POWER Mimarisini, RISC System/6000 (RS/6000) adıyla birleştirdi. Bu RS/6000'ler POWER istasyon ve POWER sunucu olmak üzere iki sınıfa ayrıldı. RS/6000 işlemcisi 2 seçeneğe sahipti : “RIOS-1” ve “RIOS.9” (ya da diğer adıyla POWER1). RIOS-1’de toplam 11 ayrı çip (komut ön bellek çipi, sabit nokta çipi, kayan nokta çipi, 4 tane veri önbellek çipi, yükleme çipi, 2 tane giriş çıkış çipi ve saat çipi) bulunuyordu. Daha ucuz olan RIOS.9'da toplam 8 ayrı çip (komut önbellek çipi, sabit nokta çipi, kayan nokta çipi, 2 tane veri önbellek çipi, yükleme çipi, giriş çıkış çipi ve saat çipi) bulunuyordu.

POWER2, tasarımında kullanılan 2. sabit nokta birimi, 2. kayan nokta birimi ve diğer başarım bileşenleri ile Kasım 1993'te çıktığında en iyi başarıma sahipti.

POWER2 ile birlikte komut kümesine yeni komutlar da eklenmişti

• Dörtlü kelime yükleme komutları
• Donanım karekök komutu
• Kayan noktalı sayıyı tam sayıya çeviren komutlar gibi.

IBM, POWER2'nin tasarımında katıldığı Apple/IBM/Motorola ortaklığından ayrı olarak RS/6000 ve RS/6000 SP2 ürünlerini de destekleyen tek çipli P2SC (POWER2 Super Chip) tasarımını geliştirdi. P2SC zamanının endüstrisinde en büyük ve en yüksek sayıda transistör içeren işlemciydi. Kayan nokta işlemleri üzerindeki başarısı nedeniyle bilimsel araştırmalarda tercih ediliyordu. P2SC 1997'de IBM Derin Mavi adındaki, Dünya Satranç Şampiyonu Gary Kasparov’u yenen bilgisayarın işlemcisi olarak kullanıldı.

IBM POWER3 işlemcisini 1998'de piyasaya sürdü. İşlemcinin 2 tane kayan nokta birimi, 3 tane sabit nokta birimi ve iki tane yükleme-saklama birimi bulunuyordu. Sonraki tüm POWER işlemcilerde 64-bit PowerPC ve POWER komut kümeleri kullanıldı.

IBM, GIGA-Serisinin ilki POWER4'ü 2001'de piyasaya sürdü. 64 bit işlemci mimarisi ve 64 bit PowerPC komut kümesi kullanılan işlemcinin AS/400 eklentileri bulunuyordu. Bu noktada birkaç eklentiyle PowerPC 2.00 ISA adında yeni bir ISA sürümü çıktı.

IBM POWER5'i 2004'te piyasaya sürdü. Bu işlemci 2 threadli eş zamanlı çoklu kullanım desteğiyle 4 mantıksal işlemci olarak çalışır. POWER5 işlemcileri, VIVA kullanarak tek vektör işlemcisi gibi çalışabilir. POWER5 de ISA'ya pek çok komut eklemiştir. POWER5+ daha da fazla komut ekleyerek yeni ISA 2.02'yi ortaya çıkardı.

POWER6 21 Mayıs 2007'de piyasaya sürüldü. POWER serisine VMX eklendi. VIVA'dan sonra gelen VIVA-2 kullanıldı. Çift çekirdek tasarımına sahip işlemci 65 nm de 4.7 GHz hıza erişti. İşlemci POWER5 ile aynı miktarda güç tüketerek iki kat daha çok başarım göstermiştir.

POWER7 Peta Serisinin ilk ürünüdür ve 2010 yılında piyasaya sürülmüştür.

Stanford Üniversitesi'nde düzenlenen Hot Chips konferansında tanıtılan ve 45 nm. üretim teknolojisi ile üretilen Power7 işlemcisinin 4Ghz. hızında çalışacağı öngörülüyor. Fakat buna rağmen 4.7 Ghz hızında çalışmakta olan bir önceki Power6 işlemcisinden çoklu iş parçacıklı işlemlerde daha iyi performansa sahip olacağı düşünülüyor.

Dahili 8 çekirdek, 32Mb eDRAM gibi göz dolduran teknik özelliklere sahip olacak olan Power7 işlemcisinin dahili 4 kanal DDR3 Bellek denetleyicisi sayesinde 300Gb/s. gibi yüksek bellek bant genişliğine ulaşacağı tahmin ediliyor.

IBM tarafından Nisan ayında dünyaya duyurulan en yeni IBM işlemcisi. 22 nm teknolijisi ile üretilen Power8 işlemcisi, 12 çekirdeğe sahiptir. Her bir çekirdeğinde 512 Kb L2 SRAM ve 8 MBb L3 EDRAM içeren Power8 toplam 6 Mb L2 ve 96 Mb L3 chache barındırmaktadır. 230Gbs hızında 1Tb DRAM desteği sağlıyor. IBM'in yaptığı açıklamaya göre Power8 işlemcileri kıyaslanabilir x86 mimarisine sahip işlemcilere göre Büyük Veri hesaplamalarında 50 ila 1.000 kat daha hızlı işlem gücüne sahiptir.

IBM Gekko işlemcisi PowerPC 750CXe, Nintendo GameCube'de kullanıldı. Gekko'nun üst versiyonu Broadway ise Nintendo Wii için yapıldı.

Cell işlemcisi POWER mimarisi kullanılarak üretildi. İşlemcide bağımsız 8 vektör işlemcisi bulunuyor. İşlemci Sony Playstation 3'te, Toshiba'nın dijital TV sistemlerinde ve IBM'in yüksek performans bilgisayarlarında kullanılıyor.

Microsoft'un oyun konsolu Xbox 360, vektör birimi 3.2 GHz saat hızında PowerPC Xenon işlemcisi kullanıyor.