Power6的系統(tǒng)架構(gòu)完全經(jīng)過了重新設(shè)計(jì)，比前幾代產(chǎn)品先進(jìn)得多。用于大系統(tǒng)的Power5使用兩條單向環(huán)(uni-directional ring)實(shí)現(xiàn)MCM內(nèi)通信，而MCM間通信通過二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來進(jìn)行。Power6則使用了兩層架構(gòu)和新的一致性協(xié)議進(jìn)行配對。每個(gè)Power6 MCM組成了一個(gè)“單元”，全連接網(wǎng)絡(luò)中最多可以排列8個(gè)單元。新的系統(tǒng)架構(gòu)擁有比較低、比較穩(wěn)定的時(shí)延。雖然低時(shí)延對提高性能而言必不可少，但穩(wěn)定時(shí)延大大方便了操作系統(tǒng)(特別是Linux)進(jìn)行管理。就Power6系統(tǒng)而言，有三級時(shí)延：MPU本地、MCM本地和遠(yuǎn)程。相比之下，在大尺寸的Power5+系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程讀取可能需要經(jīng)歷1到4個(gè)MCM間中繼段(hop)、0到2個(gè)MCM內(nèi)中繼段。
 
      從一開始，IBM設(shè)計(jì)的Power6系統(tǒng)就具有極強(qiáng)的可配置性。通常每個(gè)周期傳送8個(gè)字節(jié)的節(jié)點(diǎn)內(nèi)總線可分成低端系統(tǒng)每個(gè)周期傳送2個(gè)字節(jié)，而節(jié)點(diǎn)間總線也能每個(gè)周期傳送4個(gè)字節(jié)。同樣，兩個(gè)集成的內(nèi)存控制器每個(gè)周期都可以傳送一半的字節(jié)，其中一個(gè)可以完全移除。外部的三級高速緩存是可選的，或者出現(xiàn)在MCM中，或者出現(xiàn)在外部配置中。IBM聲稱，所有這些選件旨在提供不同性價(jià)比的型號，以便更好地服務(wù)于客戶。顯然，有些工作負(fù)載可能根本無法放在高速緩存里面進(jìn)行處理，客戶可以訂購功能精簡的部件來節(jié)省費(fèi)用。另一個(gè)因素可能是，IBM正試圖通過重復(fù)使用遇到生產(chǎn)故障的設(shè)備來提高產(chǎn)量。譬如說，如果三級高速緩存不正確地接合到了MCM上，它可以作為“有價(jià)值的”產(chǎn)品重新封裝。
  
       核心方面的變化
 
      雖然Power6的微架構(gòu)不同于前幾代產(chǎn)品，但毫無疑問它承襲了最初在 2000年宣布的Power4核心。IBM聲稱，Power6的性能大約比POWER5提高了一倍。實(shí)現(xiàn)手段是，將頻率和帶寬翻一番，同時(shí)保持了同樣的流水線深度，另外對微架構(gòu)作了許多逐步改進(jìn)。
  
      Power6的基本流水線其級數(shù)與Power5一樣多，不過針對不同階段重新進(jìn)行了平衡。最重要的是，相關(guān)的算術(shù)邏輯單元(ALU)操作如今可以持續(xù)執(zhí)行，這就消除了原先的POWER4/5架構(gòu)存在的一個(gè)缺陷。這就簡化了無序調(diào)度，可能是指令發(fā)送/分派階段在Power6里面使用2個(gè)周期(Power5使用4個(gè)周期)的原因。McCredie博士略帶提到了其他變化，但沒有進(jìn)一步詳細(xì)介紹。
 
      正如去年ISSCC上透露的那樣，Power6的一級數(shù)據(jù)高速緩存(L1D)增加了一倍，增至64KB；聯(lián)合并行處理也增加到了8路。因而， L1D時(shí)延增加到了4個(gè)周期，而Power5及大多數(shù)其他高性能MPU卻是3個(gè)周期。正如前文猜測的那樣，Power6包括兩個(gè)4MB大小的專用二級高速緩存。盡管高速緩存是專用的，卻有一個(gè)快速輸出緩沖器(cast-out buffer)，這便于兩者之間快速通信，而不涉及三級高速緩存或者主內(nèi)存。眾所周知，如果一切都一樣，共享高速緩存可以提供更高性能。不過在 Power6的情況下，并非一切都一樣。尤其是，物理設(shè)計(jì)方面的因素比微架構(gòu)的巧妙性來得重要。8MB的二級高速緩存太大了，在所需的帶寬下，無法在目標(biāo)存取時(shí)間內(nèi)探測到它。因而，高速緩存被一分為二。三級高速緩存也得到了改進(jìn)，因?yàn)樗鼟仐壛薖OWER5+里面使用的分區(qū)技術(shù)；這就加大了三級高速緩存的實(shí)際尺寸，只需要極小成本。高速緩存的許多這些細(xì)小改進(jìn)，尤其是提高了聯(lián)合并行處理能力，對多線程執(zhí)行極其有利，并且?guī)椭鶬BM對Power6里面的同步多線程(SMT)實(shí)現(xiàn)了比前幾代產(chǎn)品更大幅度的提升。
  
      Power6似乎保留了前一代產(chǎn)品的所有功能部件，不過也添加了對二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)(BCD)和Altivec擴(kuò)展指令集的硬件支持。據(jù)IBM聲稱，一半多點(diǎn)的用戶數(shù)據(jù)采用BCD形式?D?D考慮到IBM的System i和p用戶的常見工作負(fù)載，這似乎相當(dāng)合理。大多數(shù)RISC架構(gòu)把BCD支持功能添加到了系統(tǒng)廠商提供的軟件庫里面，這與801、MIPS和RISC- 1/2等早期項(xiàng)目所信奉的理念相一致。然而，IBM的POWER架構(gòu)比與之競爭的架構(gòu)更像CISC。為了支持即將推出的管理BCD的IEEE 754R標(biāo)準(zhǔn)，IBM添加了大約50條新指令以及十進(jìn)制浮點(diǎn)處理單元(FPU)。包括所有的基本指令：加、乘、除，以及比例縮放、轉(zhuǎn)換及其他重要功能。新的十進(jìn)制功能部件共享浮點(diǎn)寄存器、浮點(diǎn)狀態(tài)和控制寄存器。該部件實(shí)際上是四倍精度，可在144位中提供多達(dá)36位準(zhǔn)確性，不過結(jié)果被壓縮成了128位，以適合兩個(gè)浮點(diǎn)寄存器，然后在使用之前進(jìn)行解壓縮?；静僮饔悬c(diǎn)慢于ALU操作，擁有單一周期吞吐量，但有2個(gè)周期時(shí)延。雖然IBM在性能上沒有提供任何有明確量值的好處，但就電信計(jì)費(fèi)基準(zhǔn)而言，與Java、C/C#或者匯編庫相比，BCD支持功能估計(jì)可以把性能分別提高7倍、4倍或者2倍。同樣， AltiVec執(zhí)行部件已添加到了POWER6上，不過PPC970及其他處理器里面的微架構(gòu)的這個(gè)部分有比較齊全的文檔說明。
 
      注重可靠性、可用性及可服務(wù)性
 
      對IBM而言，可靠性、可用性及可服務(wù)性(RAS)必不可少。
  
      Power6使用了檢驗(yàn)點(diǎn)系統(tǒng)來保持正確性、從容地校正及容許故障。這就需要恢復(fù)部件、錯誤記錄器和重啟動機(jī)制。處理器狀態(tài)保存在恢復(fù)部件里面，用錯誤校正編碼法(ECC)來保護(hù)。凡是會引起狀態(tài)變化的操作，譬如寄存器或者高速緩存寫入操作，都會檢驗(yàn)奇偶性以及/或者ECC故障。如果出現(xiàn)可校正的錯誤(或者未出現(xiàn)錯誤)，變化通常傳送到處理器狀態(tài)寄存器里面。不可校正的錯誤，如陣列奇偶性或者控制故障，就會觸發(fā)記錄器，記錄錯誤類型，然后從已知的正確狀態(tài)重新開始執(zhí)行。這時(shí)候，任何臨時(shí)錯誤都會得到正確解決。一再出現(xiàn)的錯誤會上報(bào)，然后已知的正確狀態(tài)被傳送給另一個(gè)CPU，隨后該CPU開始執(zhí)行。這可以透明地發(fā)現(xiàn)任何硬錯誤，然后隔離到單一處理器，但進(jìn)一步的問題可能需要軟件干預(yù)。除了這些注重MPU的改進(jìn)外，另外還有前面提到的可改進(jìn)RAS的系統(tǒng)改變。
 
      在管理方面，IBM也在改進(jìn)Power6里面的虛擬化功能。在某些產(chǎn)品中，一個(gè)處理器就能存放2到300個(gè)虛擬實(shí)例，不過從理論上來說最多有可能使用1024個(gè)虛擬機(jī)。還添加了內(nèi)存分區(qū)和遷移功能，這縮短了用于修復(fù)的系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)間。IBM還將為基于Power6的新系統(tǒng)提供Power Executive管理工具。Power Executive最近在英特爾的開發(fā)者論壇上進(jìn)行了展示，這款管理工具用于處理評估功率、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并使用該信息作出決策，譬如關(guān)閉不需要的風(fēng)扇或者限制功耗。
 
      IBM當(dāng)前在性能方面的領(lǐng)導(dǎo)地位會在2008年面臨重大挑戰(zhàn)，屆時(shí)Sun采用大規(guī)模多線程技術(shù)的Rock處理器和英特爾備受期待的Tukwila處理品將雙雙問世。IBM的路線圖目前包括Power6+，這大概是采用45納米的衍生產(chǎn)品。從IBM以往的做法來看，Power6+會在2008年下半年首次亮相。

多易