絵解き｜POWER10プロセッサ　～IBM開発者のプレゼン資料から理解する◎前編

　POWER10の設計テーマ

IBMが8月に発表したPOWER10については、「米IBMがOpenShiftに最適化した次世代プロセッサ「POWER10」を公開」としてお伝え済みですが、Webサイト上で、POWER10の開発者らによるプレゼンテーションや技術情報が公開されています。本記事では、それらを基に、コンピュータ技術の最先端とも言えるPOWER10の“凄さ”に触れてみます。

最初に、POWER10の設計テーマに触れておきます。次の図のように5項目を挙げています。

POWER10の設計テーマ

上図をざっくり翻訳すると、次のようになります。

● データプレーンの帯域・キャパシティ・コンポーザビリティ・スケーラビリティの向上

ソケットあたりテラバイト/秒、ペタバイト級のシステムメモリ、16ソケットのSMP（Symmetric Multiprocessing）からクラスター化へ

● 強力なエンタープライズ・コア

新しいコア・アーキテクチャの採用、柔軟性、キャッシュの拡大、レイテンシー（遅延）の削減

● エンドtoエンドのセキュリティ

PowerVMを用いたハードウェア駆動かつ最適化されたセキュリティ

● 電力消費の効率向上

POWER9の3倍の効率化

● AI融合のコア

POWER9と比較してソケットあたり10～20倍の行列計算パフォーマンス

POWERプロセッサのロードマップ

POWERプロセッサは、2004年のPOWER5からほぼ3年ごとに次世代のプロセッサが発表されてきています。POWER6は2007年、POWER7は2010年、POWER8は2013年で、2017年にPOWER9が発表されて、今年のPOWER10へと続きます。

IBMは、次のPOWER 11を開発中であることをアナウンスしています。従来通りのスケジュールでいくと2023年のリリースになりますが、詳細は公表されていません。

三星電子で製造されたPOWER10のウエハー

　POWER10プロセッサの内容

冒頭にも掲示した上の写真は、Samsung Electronics（韓国の三星電子）で製造されたPOWER10のウエハーです。IBMにとって初めての線幅7ナノメートル（nm）のチップで、POWER9の14nmよりも大幅に精密化が図られています。

チップのサイズは602mm2（平方ミリメートル）で、トランジスタ数は180憶個。8スレッドのSMT（Simultaneous Multithreading：同時マルチスレッディング）を備える「SMT 8コア」を最大15個搭載しています。各コアのL2キャッシュは2MB、チップのL3キャッシュは最大120MBです。

ソケットに収容されたPOWER10

上の写真は、ソケットに収容されたPOWER10です。ソケット内に1チップを搭載するSingle-chip Modele（SCM）と、2チップを搭載するDual-chip Module（DCM）があります。SCMの動作周波数は最大4GHz、DCMの最大は3.5GHzです。

下図はSCMとDCMの違いを示したもので、SCMのソケットは最大16個まで、DCMは最大4個のソケットを搭載可能です。

Single-chip Modele（SCM）とDual-chip Module（DCM）

POWER10プロセッサのブロック図

上の図は、プロセッサの構造を示したブロック図です。この図に添えられた説明には、次のように明記されています。

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● テクノロジー＆パッケージング

・チップサイズ602mm2、線幅7nm、180億トランジスタ
・18層のメタル、拡張されたデバイス
・1チップまたは2チップ搭載のソケット

● 計算能力

・SMT8を最大15個搭載（最大120の同時ハードウェア・スレッド）
・コアあたり2MBのL2キャッシュ
・最大120MBのL3キャッシュ、ローレイテンシーのNUCA採用
・POWER9と比較して3倍の消費電力効率
・スレッド機能の最適化
・AIおよびセキュリティにフォーカスした命令セットアーキテクチャ（ISA）
・POWER9と比較して2倍の汎用演算、4倍の行列演算
・EAレベルのL1キャッシュ、POWER9と比較して4倍のメモリ管理ユニット（MMU）

● オープンメモリインターフェース

・最大32 GT/s(Transfer/秒)＝1TB/秒を実現
・ニアメモリ→メインメモリ→ストレージ・クラス・メモリのティア間の接続をサポート

● PowerAXONメモリインターフェース

・最大32 GT/s(Transfer/秒)＝1TB/秒を実現
・最大16ソケットまでSMP（同時マルチスレッディング）インターコネクト
・OpenCAPI、高速I/Oなどの接続に利用
・統合的クラスタリングを実現

● PCIe Gen５インターフェース

・最大32 GT/s(Transfer/秒)＝1TB/秒を実現

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POWER10は上記のように「オープンメモリインターフェース（OMI）」「PowerAXONメモリインターフェース」「PCIe Gen５インターフェース」という3週類の高速インターフェースを備えています。

OMIとPowerAXONメモリインターフェース、PCIe Gen５インターフェースの適用先の違いについては、次の本稿でまとめます。

（後編はこちら）