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图1：Power7

　　典型的Power7处理器是单晶片的，具有八个核心，另外也提供4核与6核型号。晶体管数量为12亿，核心面积567mm2。采用的是IBM的45nmSOI铜互联工艺制程。

　　从图2可以看到Power7处理器的内部结构，8个核心，三级缓存，Power7同时还集成了两个四通道DDR3内存控制器，持续内存带宽100GB/s，每个通道的速度为6.4Gbps，最大可以访问32GB(使用两根16GB内存条）。Power7处理器最大可以访问256GB。SMP带宽360GB/s，整个芯片总带宽高达590GB/s。

　　缓存设计上，Power7处理器可谓是高速缓存的佼佼者，每个内核都独占32kb的一级缓存和256KB的二级缓存，另外多达32MB的三级缓存是八个内核共有的。与广泛采用的SRAM（Static RAM，静态内存）不同的是，Power7处理器使用的L3缓存属于DRAM（Dynamic RAM，动态内存），IBM为了避免SRAM技术的规模庞大且成本高昂的弱点，转而采取一种名为E-DRAM的技术，使得晶体管的总数、芯片面积都得以减小。

　　“Power7晶体管的总量保持在12亿个左右，而如果我们将所有的缓存都通过静态RAM来完成，那么晶体管的数量肯定会超过20亿个”IBM技术人员如是说。对比同类处理器，八核心的Nehalem-EX具有23亿个晶体管。

图2：Power7芯片结构

　　除了多核带来的运算性能优势外，Power7每个核心的结构也非常复杂。每个核心都具有12个相对独立执行单元，包括两个整数单元（FXU）、一个十进制整数单元（DFU）、四个向量/标量扩展浮点单元（VSXFPU）、四个存取单元（LSU）和一个条件寄存器/分支单元（CRU/BRU）。

 
　　图3：Power7单个核心结构

　　Power7是OOOE（Out-of-Order Execution，乱序执行）架构的处理器，与上一代POWER6的IOE（In-Order Execution，顺序执行）。顺序执行的结构简单，可以获得较高的运行频率，乱序执行则可获得更好的运行效率。Power7在每个时钟周期可以分发6条指令，Nehalem-EX则是4条。

　　强大的执行能力让Power7可以具有更多的线程能力：每个Power7的内核具有4个同步多线程的处理能力，8核的Power7处理器同时具有32个线程的处理能力，是同为8核的Nehalem-EX的两倍。

　　Power7的一个重点是多路处理器，实现了32路SMP（Symmetrical Multi-Processing）能力，Power7是通过三个方面的设计来达到32路SMP能力：巨大的带宽、特别的拓扑结构和特别的一致性协议。

带宽：
　　Power7处理器拥有出色的I/O性能，其集成有两个四通道的内存控制器，可以连接DDR3内存。Power7持续内存带宽100GB/s，SMP带宽360GB/s，整个芯片总带宽高达590GB/s。
　　 
拓扑结构：
　　Power7一个两层的拓扑模型，4个处理器组成一个本地SMP组（需要7个本地I/O总线），然后8个SMP组之间两两直接互联（每个SMP组需要7个外部I/O总线），为了实现这个目标，Power7提供了两个总线：一个用于本地SMP，一个用于远程SMP。总线的位宽是120Byte。
　　 
协议：
　　Power7的一致性协议混合了两种一致性消息的广播方法：一种是全局广播，一种是本地SMP组的猜测性广播。这个一致性协议定义了13种状态（Nehalem使用的MOESI是5种），并通过缓存线上额外的设置位，Power7最终实现了复杂的结构，在32路处理器、8核心、总共256个处理内核的SMP系统里，可以同时维持20000个缓存一致性操作。