IBM'ın bir sonraki z ana bilgisayar çekirdeği z/Architecture ve Arm komutlarını doğal olarak çözüyor

IBM, Hot Chips 2026'yı, aynı çekirdekte hem geleneksel ana bilgisayar komut setini hem de Arm komutlarını doğal olarak çalıştıran yeni nesil bir z/Architecture işlemcisiyle açtı. Ayrıntılar, Stanford'daki konferansta Chips and Cheese'nin, bu neslin çekirdek tasarım ekibine liderlik etmiş Distinguished Engineer Christian Zoellin ve IBM Fellow ile Systems Development CTO'su Christian Jacobi ile yaptığı görüşmeden geliyor.

İki komut seti, tek çekirdek

Zoellin, çipin tek bir decode pipeline kullandığını ve çevresindeki mantığın büyük kısmının iki mimari arasında paylaşıldığını açıkladı. z'nin değişken uzunluklu 16 bitten 48 bite kadar olan komutlarını ve Arm'ın sabit uzunluklu 32 bitlik komutlarını çeviren decoder'lar, çekirdeğin içine gömülü ayrı birimlerdir. Görüşmeci George Cozma, en yakın tarihsel öncülün orijinal Itanium olduğunu, ancak IBM'in uygulamasının decoder'ları doğrudan çekirdeğe entegre ederek farklılaştığını belirtti.

Bayt sırası ve bellek sıralaması donanımda çözülüyor

z/Architecture big-endian iken Arm tipik olarak little-endian çalışır. Zoellin'e göre bu uyumsuzluk tamamen load-store biriminde ele alınıyor: veri önbelleği (cache) kelimeler halinde düzenlendiğinden ve çekirdek zaten herhangi bir bayt sınırında hizalanmamış erişimleri desteklediğinden, istenen kelimeyi önbellekten birleştiren biçimlendirme mantığı bayt takası yapacak şekilde genişletildi. Yazılımın müdahalesi gerekmiyor.

Bellek sıralaması benzer bir örüntü izliyor. z çekirdeği her zaman load ve store işlemlerini güçlü biçimde sıralamıştır; buna karşılık Arm zayıf sıralamalıdır ve isteğe bağlı bir total store ordering moduna sahiptir. Zoellin, çekirdekten çıkan her erişimin, hangi komut setinden geldiğine bakılmaksızın güçlü biçimde sıralandığını söyledi; bu, makinenin sıralama sınırları boyunca verimli çalışmasını sağlayan spekülasyon altyapısını zaten barındırması sayesinde mümkün oluyor. Dolayısıyla Arm'ın TSO zorunluluk biti bu tasarımda hiçbir etkiye sahip değil.

Silikonda küçük bir prim

Zoellin, Chips and Cheese'ye çift ISA yeteneğinin görece az alan malı olduğunu söyledi. Ayrı decoder'lar bazı transistörler kaplıyor; ayrıca ekip, z/Architecture'da daha önce bulunmayan BF16 ve FP16 kayan nokta biçimleri için yeni veri akışları ekledi. Bu eklemeler, çekirdeğin büyük branch target buffer'ı ve komut ile veri önbellekleri yanında küçük kalıyor. Temel yapılar — translation lookaside buffer'lar, önbellekler ve genel amaçlı ile vektör register'ları için fiziksel register dosyaları — her iki komut seti için de aynı ve değiştirilmeden kullanılıyor.

IBM Arm'ı neden ekledi

Jacobi kararı, büyük ölçüde hiperölçekli sağlayıcıların veri merkezlerindeki dağıtımlarının iteklediği, kabaca son on yılda Arm sunucu yazılım ekosisteminin hızlı büyümesi çerçevesinde açıkladı. Bu yazılımları z üzerinde doğal olarak çalıştırmak, onları IBM müşterilerinin zaten çalıştırdığı görev açısından kritik veri ve işlemlere, gecikme açısından yakın, aynı güvenlik ve kullanılabilirlik operasyonel ortamının içine yerleştiriyor.

İkinci motivasyon ise iş yükü konsolidasyonu. Jacobi, tek bir sistem ayak izinde binlerce MongoDB veritabanı çalıştıran LinuxONE projelerine değindi; toplam çözümde ayrıca uç nokta güvenliği, yedekleme, izleme ve gözlemlenebilirlik yazılımları da yer alıyor. IBM'in ekosistem ekibi tarihsel olarak bağımsız yazılım satıcılarıyla birlikte bu bileşenleri Linux on z'ye taşımak için çalıştı, ancak her satıcıyı bu yatırımı yapmaya ikna edemedi. Doğal Arm desteği bu sürtünmenin büyük kısmını ortadan kaldırıyor ve IBM bunun çok daha fazla büyük ölçekli konsolidasyon projesini olanaklı kılmasını bekliyor.

RISC-V veya POWER gibi üçüncü bir komut setinin izleyip izleyemeyeceği sorulduğunda Jacobi, şu anki odağın Arm entegrasyonu olduğunu söyledi. Power Systems ile ana bilgisayar hattını kurumsal pazarın farklı bölümlerinde farklı iş yüklerini hedefleyen ürünler olarak tanımladı ve POWER'ı ana bilgisayara katmanın IBM'i kendi Power Systems işine rakip yapacağını, bunun için de bir gerekçe görmediğini savundu. Zoellin ayrıca CISC'e karşı RISC etiketlerine itiraz ederek, z'nin on beş farklı parametre içeren bellekteki bir parametre bloğunu tüketip bir sonuç üreten komutlar barındırdığına dikkat çekti.

Neden önemli

Ana bilgisayarlar tarihsel olarak tescilli bir komut setinin ardına kapalıydı; dolayısıyla yazılım satıcıları IBM'in en güvenilir donanımına ulaşmadan önce ürünlerini taşıtmak zorundaydı. Arm'yı doğal olarak çözerek — ve maliyetin çoğaltılmış bir çekirdek değil, yalnızca birkaç ek decoder'dan oluştuğunu göstererek — IBM platformu, herhangi bir taşıma çabası olmadan modern sunucu yazılım ekosisteminin büyük bölümüne açtı. Yayılan iş yüklerini tek bir güvenilir sistemde konsolide eden kuruluşlar için bu, uzun süredir var olan bir engeli kaldırıyor. Bu ayrıca, önbelleklerin, dal tahmincilerinin ve register dosyalarının silikon bütçesine hükmettiği modern bir çekirdekte komut setinin artık ne kadar az mal olduğunu gözler önüne seriyor.