Open Power CPU: Open-Source-ISA als letzte Chance
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(öffnet im neuen Fenster) 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(öffnet im neuen Fenster). Auch der mittlerweile zu NXP gehörende Hersteller Freescale hat bis vor einigen Jahren noch kleine SoCs mit eigener Power-CPU(öffnet im neuen Fenster) 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(öffnet im neuen Fenster). 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(öffnet im neuen Fenster), 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.
Offener Konkurrenzkampf zu RISC-V
Schon zur Ankündigung, dass die Power-ISA künftig offengelegt wird, haben viele – auch Golem.de – direkte Vergleiche zu RISC-V gezogen. Dabei handelt es sich um die derzeit wohl bekannteste offene Befehlssatzarchitektur, die in nur wenigen Jahren ein klarer Erfolg geworden ist. Vor wenigen Monaten haben wir RISC-V sogar prophezeit, dass es sich durchsetzen wird.
Das liegt unter anderem an den vielen verschiedenen Einsatzbereichen für CPUs außerhalb des klassischen Consumer- und Servermarkts und dem vergleichsweise einfachen Aufbau aus Basis-Instruktionen sowie Erweiterungen – notfalls auch eigener.
Doch interessanterweise bietet die Power-ISA all das bereits, und zwar seit Jahrzehnten. Wie erwähnt sind die derzeit noch typischen Power8- und Power9-CPUs von IBM zwar klassische hochgezüchtete Serverchips. Doch ebenso gab es bereits schon vor Jahren Power-SoCs für Netzwerk- oder Storage-Geräte sowie auch kleinere Varianten für den Embedded-Bereich wie jene von Freescale.
Konkurrenz für RISC-V schnell möglich
Letzteres ist eine Domäne, in die RISC-V abseits von Microcontrollern gerade erst anfängt vorzudringen, vor allem dank der Designs von Sifive. Doch möglicherweise sorgt die Offenlegung von Power nun für eine Neuauflage von früher bereits verkauften Chips und Designs.
Diese könnten sogar von IBM selbst stammen, wie uns Mendy Furmanek auf dem vergangenen Open Power Summit bestätigt hat. Furmanek leitet bei IBM die Abteilung für das Open Power Processor Enablement und ist Vorsitzende der Open Power Foundation. Demnach überlegt IBM, das Design für den PowerPC 405(öffnet im neuen Fenster) offenzulegen.
Das kleine Embedded-SoC wurde zwar bereits vor mehr als 20 Jahren erstmals veröffentlicht, aber auch danach immer wieder genutzt. Ein darauf aufbauendes SoC von Applied Micro(öffnet im neuen Fenster) etwa kostete bei der Einführung im Jahr 2010 weniger als 10 US-Dollar und hatte auch nur eine typische Leistungsaufnahme von etwa 1 Watt im Betrieb. IBM selbst nutzt den PowerPC 405 zur Energie- und Temperaturregelung in seinen Power8-Chips.
Das sind nur einige wenige Beispiele, die recht deutlich zeigen, dass die Power-ISA allein auf Grund ihres Alters – oder besser ihrer langen Entwicklungszeit – Chips für viele verschiedene Hardwarekategorien hervorgebracht hat.
Das sollte eigentlich Kapital genug sein, um sich ähnlich wie RISC-V künftig als offene Architektur dauerhaft in der IT-Landschaft festzusetzen. Der im vergangenen Jahr gnadenlos gescheiterte Versuch, die MIPS-Architektur offenzulegen, zeigt aber, dass das kein Selbstläufer ist und der Erfolg sehr viel Arbeit kostet – und das gilt vor allem abseits der eigentlichen Technik.
Community ist alles
Auch hier lohnt ein Blick zu RISC-V. Der Befehlssatz wurde früh von führenden IT-Unternehmen unterstützt. Und schnell sammelte sich eine große Community rund um die neue Architektur, die eben nicht nur aus Industriegrößen wie Samsung, Western Digital oder Google besteht, sondern gleichberechtigt auch viele kleine und mittelständische Unternehmen integriert, die eigene, simple CPUs samt Erweiterungen erstellen.
Das ist wohl vor allem der RISC-V Foundation zu verdanken, die sich als Dachorganisation nicht nur um die Weiterentwicklung der Spezifikation kümmert, sondern ganz klar um Community-Aktivitäten. Dazu gehören auch verhältnismäßig kleine Roadshows in vielen verschiedenen Ländern, die dazu dienen sollen, Interessierte zusammenzubringen.
Die Power-ISA verfügt bereits seit Jahren über eine eigene Community, die in der Open Power Foundation organisiert ist. In dieser finden sich neben größeren und kleineren IT-Unternehmen auch verschiedene Universitäten, ähnlich wie bei RISC-V.
Was der Open-Power-Community aber noch fehlt, sind die vielen Unternehmen, die in der Lage sind, auch in kleinen Stückzahlen eigene CPUs für eigene kleine Projekt zu erstellen. Dass dem noch so ist, liegt wohl schlicht an der noch nicht vollständig gelösten Situation rund um die Lizenzierung der Power-ISA.
Zwar hat IBM angekündigt, den Befehlssatz komplett zu öffnen und auch Patentlizenzen dafür zu erteilen, wie genau das erfolgen soll, steht aber zumindest derzeit noch nicht offiziell fest. Und die Zeit drängt, um vor allem in dem Segment erfolgreich zu sein, in dem RISC-V bereits Fuß gefasst hat.
Allerdings ist die Open Power Foundation in dem Bereich bereits gut aufgestellt. Es gibt wie erwähnt viele Mitglieder, erfolgreich praktizierte Projektrichtlinien und auch jetzt schon eine Trademark-Lizenz. All das auf auch den eigentlichen Befehlssatz zu erweitern, sollte kein größeres Problem darstellen.
Die Community kann auch Hardware
Und um zurück zur eigentlichen Hardware und Technik zu kommen: Auch hier zeigt sich, dass die Open Power Foundation und ihre Mitglieder bereits gut aufgestellt sind. Besonders hervorzuheben sind hier vor allem die aus Open Power heraus entstandenen offenen Standards für Peripherie-Schnittstellen wie etwa OpenCAPI(öffnet im neuen Fenster), das etwa als Ersatz für PCIe dienen kann.
Schließlich hat die Open Power Foundation auch schon gute Kontakte zur Chips Alliance geknüpft. Mit dieser hat sich aus der RISC-V-Commmunity heraus bereits eine Gemeinschaft gebildet, die ihre Kerne und Designs unter Apache-v2-Lizenz bereitstellt. Innerhalb dieser Gemeinschaft könnten dann künftig zusätzlich zu RISC-V-CPUs vielleicht auch neue Power-CPU designt werden.
Diese wiederum könnten dann weitere Community-Mitglieder genau wie die RISC-V-Designs schnell und einfach selbst einsetzen und adaptieren. Sollten sich IBM oder auch andere Unternehmen dazu entscheiden, ihre bereits existierenden älteren Design in der Chips Alliance offenzulegen, könnte das der Power-ISA eine sehr wichtige und notwendige Starthilfe bieten.
Ähnliche Überlegungen ließen sich auch für die europäische Supercomputer-Initiative anstellen, die bisher noch mit der RISC-V-ISA liebäugelt. Diese müsste sich aber erst einmal in dem Bereich des High-Performance-Computing (HPC) beweisen. Die Power-ISA hat das schon. Ob und inwiefern aber all diese Überlegungen und Möglichkeiten tatsächlich so kommen werden, wird sich wohl im Verlauf dieses Jahres zeigen. Und damit auch die Zukunft von Power.
- Anzeige Hier geht es zu den konfigurierbaren Golem-PCs bei Systemtreff Wenn Sie auf diesen Link klicken und darüber einkaufen, erhält Golem eine kleine Provision. Dies ändert nichts am Preis der Artikel.