Open Power CPU: Open-Source-ISA als letzte Chance

Die CPU-Architektur Power fristet derzeit ein Nischendasein, wird aber Open Source. Das könnte auch mit Blick auf RISC-V ein notwendiger Befreiungsschlag werden. Dafür muss aber einiges zusammenkommen und sehr viel passen.

Eine Analyse von Sebastian Grüner veröffentlicht am 7. Januar 2020, 12:04 Uhr

Die Power9-CPU von IBM könnte dank offener ISA künftig viele verwandte CPUs bekommen. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Mit Ausnahme von wenigen Supercomputern und Großkunden von IBM wird die Power-CPU-Architektur kaum noch eingesetzt. Im Server- und Cloud-Geschäft und erst recht auf Workstations spielt Power kaum noch eine Rolle. Wohl auch, um aus dieser Nische zu entkommen, hat IBM zusammen mit der Open-Power-Community den Power-Befehlssatz (ISA - Instruction Set Architecture) als Open Source veröffentlicht. Das ist der wohl letzte mögliche Befreiungsschlag für die Power-CPUs.

Die ursprünglich von IBM erstellte Power-CPU-Architektur gilt trotz ihrer Herkunft als reduzierte Befehlssatzarchitektur (RISC) inzwischen als extrem kompliziert und nur schwer vollständig implementierbar. Allein die zuletzt veröffentlichte Spezifikation der Version 3.0 B der ISA umfasst mehr als 1.200 Seiten.

Doch Hugh Blemings, Chef der Open Power Foundation, geht davon aus, dass schon in zwei bis drei Jahren Hardwarehersteller eigene CPUs auf Basis der dann freien Power-ISA veröffentlichen werden. Das hat er Golem.de auf dem vergangenen Open-Power-Summit versichert.

Das erscheint derzeit allerdings extrem ambitioniert. Immerhin ist IBM mit seinen Power8- und Power9-Chips der wohl letzte verbliebene Hersteller von Power-CPUs. Dabei ist es wichtig zu verstehen, dass IBM den Befehlssatz auch in der Vergangenheit schon anderen Herstellern zur Verfügung gestellt hat. So nutzten etwa verschiedene Spielekonsolen eigens erstellte Power-CPUs. Auch der mittlerweile zu NXP gehörende Hersteller Freescale hat bis vor einigen Jahren noch kleine SoCs mit eigener Power-CPU vertrieben.

Ein Softcore als Anfang

Bisher war der Befehlssatz proprietär, künftig lässt sich dank einer Open-Source-Lizenz vergleichsweise einfach darauf aufbauen. Wie einfach das ist, demonstriert IBM mit dem Softcore Microwatt. Dabei handelt es sich um eine minimale Power-CPU, die in der Hardwarebeschreibungssprache VHDL verfasst wurde und etwa auf einem FPGA zum Laufen gebracht werden kann.

Zugegeben, Microwatt ist nur ein sehr kleiner und auf dem FPGA wenig leistungsfähiger Chip, der mit gerade einmal 100 MHz Takt läuft. Doch wie Blemings ausführt, ist das im Prinzip nicht besonders wichtig. Wichtiger aus Sicht der Open Power Foundation: Microwatt nutzt grundsätzlich den gleichen Befehlssatz wie etwa die Supercomputer Summit und Sierra.

Das führt dazu, dass nahezu sämtliche bestehenden Power-Entwicklerwerkzeuge auch für Microwatt wiederverwendet werden können - zumindest soweit es die noch recht dürftige Power-Implementierung zulässt. Aber inzwischen laufen etwa schon Micropython sowie das freie Betriebssystem Zephyr auf dem Softcore.

Nächstes Ziel ist eine Linux-Unterstützung. Für Nutzer und Hersteller stünde dann sämtliche Software bereit, die etwa Debian, Red Hat oder Suse in ihren Paketquellen für PowerPC pflegt. Denn das Ökosystem dafür ist bereits seit langem verfügbar.

Und genau darauf setzt die Open Power Foundation. Denn der Erfolg der offenen Power-ISA hängt maßgeblich von diesem Ökosystem ab, das zeigt sich auch im Vergleich zu anderen offenen Befehlssätzen, allen voran RISC-V.