史上什么CPU堪称发热量巨大？ 第1页

要是把范围局限在通用CPU上的话（WSE那种专用处理器不算），那没什么CPU的功耗能和IBM大型机服务器比，巴掌大的CPU算什么？来看看和人头一样大的CPU。

IBM Z196，十年前的产品，45nm工艺制造，每个PU包含四个5.2GHz核心，4*1.5MB L2和24MB L3。

下面图片里的Z196 MCM，集成了20个PU（MCM里其实集成了24个，但是有4个是用来备份的，最多只有20个能工作），一共80个5.2GHz核心，120MB L2、480 MB L3和1920MB L4（每两个PU单元共享192MB），每套功耗1800W。没错，煮饭、炒菜、烧开水无所不能。

Z196最高配置（M80），可以放80个PU（4套MCM），每个book里可以放1套，都位于A Frame机柜里。

后来IBM Z13/14和15的处理器，外观类型都是类似的，都是这样的多芯片MCM结构。

2020.04.02更新

今天来回答几个大家都比较关心的问题，IBM大型机处理器的性能，和同年代x86处理器相比如何？

首先要明确的一点是，诸如Z196这样的处理器，名义上是通用处理器，但实际上它的业务特性是比较明显的，最典型的就是银行和证券公司的交易，每天进出多少金额、买卖多少股票，全部都是非常单纯的数学计算。

更关键的是，我们知道一般的计算机都是指2进制计算机，CPU内部运算时都使用2进制浮点数，但我们日常使用的数字却是10进制。而用2进制去表示10进制浮点数时，其结果只是近似的，而且是不连续的。这一点在金融系统高频次、大数据量的交易当中会导致一些问题，比如误差的累积。

这一点其实反映到了这类CPU的硬件设计上，我先看看下面的微架构图。

拿Z196来说，我们可以明显的看出，这是一个三发射、乱序执行的超标量处理器。

很多朋友可能会认为，三发射？这岂不和奔腾4一样落后？其实不然，因为相比x86，Z系列是更接近于传统CISC的设计，流水线的复杂性比x86要更复杂，所以不能直接比较。

就拿奔腾4来说，3个解码器其实是1+2的配置，也就是1个Complex Decoder和2个Simple Decoder，前者的输出是3个uops，后者是1个uop，也就是理论情况下每周期能输出5个uops。而和Z196同时代的Nehalem（INTEL第一代i系列），则是1+3配置，3个Simple Decoder的输出也是1个uop，而1个Complex Decoder的输出是4个uops，一共是7个uops，INTEL挤了那么多年的牙膏Skylake架构也只是1+4配置，一共8个uops。

回到Z196上，我们可以发现，这货根本没有Simple Decoder，3个都是Complex Decoder，这是之前我说它更接近于CISC的原因。每个解码器都能输出3个uops，一共是9个uops，也就是说理论上它的单周期解码能力其实要比nehalem更强。同时带来的是240字节的超大Instruction buffer，Nehalem上功能类似的Pre-decoder buffer只有16字节。

再来看后端SIMD部分，Z196有3组通用执行端口，对应2组Integer单元、1组Floathing单元，以及2组独立的Load/store单元（就是图中的AGU）。Nehalem同样是是3组通用执行端口，对应1组Integer单元、2组Floathing单元，以及3组Load/store单元。可以看出二者的侧重程度不同，Z系列是更侧重整数运算的，这点也能从80组整数浮点/微代码寄存器和4uops的宽度看出来。

然后我们可以注意到Z196最大的一个不同，在Port 4上还有1组Hex Binary FPU和1组Decimal FPU，这就是IBM的绝活了，这两组浮点单元可以直接在硬件层面进行16进制和10进制运算，直接从根本上解决了2进制到10/16进制转换的精度问题，同时也提高了效率。

之后是缓存和内存部分，这一点其实没什么好比的，Z系列拥有更大的、更多级、更复杂的缓存体系，L1 I-Cache和D-Cache的容量是Nehalem的两倍（其实可以看出，Z196也是一个冯诺依曼/哈弗架构混合体），L2 Cache的宽度比Nehalem大50%，MCM上那恐怖的1920MB L4甚至都可以当内存使。

最后由于Z系列的封闭性（资料太少，大多是操作和使用类的），以及客户的特殊性（都是诸如中国人民银行和四大行之类的金融公司，谁敢在上面跑一把鲁大师？这不是被开除的问题，而是要进监狱的），我没有办法从更高的层面去对比Z196的实际性能，只能到此为止。但大体看来，个人认为Z196微架构比同时期的Nehalem更强。

Z196系列除了80个核心外，它还有一个zBX（zEnterprise BladeCenter Extension）配置，其实就是提供额外的POWER服务器来配合处理数据。最高的112 zBX可以扩展112台双路8核心POWER7刀片服务器，装在4个机柜里，一共是224个处理器1792个核心。

PS：当年IBM基于Z196为12306提交了一套方案，但是最终败给了价格，这个玩意只有金融行业用得起。