IBM新一代芯片：Arm与Z架构同核运行

在年度Hot Chips大会上，IBM宣布了一项可能改变主处理器架构的重大创新：一种处理器核心能够原生执行IBM自有指令集和Arm指令集，并在纳秒级时间内在这两种架构间切换。

这款芯片将驱动下一代IBM Z和LinuxONE系统，是有史以来第一款双架构主处理器。它旨在让企业能够直接运行庞大且快速增长的Arm原生Linux软件生态系统——包括日益定义现代基础设施的AI框架——同时运行支撑全球银行、保险公司和政府业务的关键z/OS交易处理工作负载。

“作为双方的技术爱好者，我们真的很兴奋，这款处理器可能是市场上最强大的双架构商用处理器之一，”IBM Z和LinuxONE首席产品官Tina Tarquinio在宣布前的独家采访中告诉VentureBeat。

这一宣布标志着IBM与Arm在四月公布的战略合作的第一个硬件里程碑，为主处理器多年来面临的问题提供了一个直接的解决方案：处理全球大部分监管金融交易的机器，能否在主要由其他公司芯片构建的AI时代继续保持其领先地位？

IBM如何设计双指令集处理器核心

最引人注目的工程决策是IBM选择不采用的做法。公司本可以在处理器旁边添加几个独立的Arm核心——这是其他芯片制造商用于异构计算的更简单设计。相反，IBM将芯片上的每个核心都设计成”双语”的。

“这款芯片上有11个核心，每个核心可以在Arm软件模式和传统Z软件模式之间动态切换，”Jacobi在接受VentureBeat独家采访时解释道。”这使我们能够在同一芯片上直接运行关键任务的企业软件，以及更广泛的Arm应用程序软件生态系统。”

该机制依赖于开源的KVM虚拟机监控程序。企业可以同时运行Arm64 Linux虚拟机和Linux on Z虚拟机，当虚拟机监控程序将每个虚拟机分配到物理核心时，核心会相应地切换到对应模式。Jacobi表示，性能损失实际上为零。”这种切换大约需要纳秒级时间，”他说。”因为你在虚拟机中运行的时间是毫秒级的，这种切换开销几乎可以摊销为零——基本上完全没有影响。”

传统的z/OS工作负载在同一芯片上的独立分区中运行，位于KVM之外——这意味着银行的核心账本、欺诈模型和现代Arm原生监控堆栈都可以共享相同的硅片、相同的内存结构和相同的可靠性保证。Jacobi坦言，IBM曾考虑过更简单的方案但最终拒绝采用。”如果芯片角落里只有几个松散集成的Arm核心，我们并没有真正解决客户的需求，”他说。”它需要深度集成到整个系统设计中，才能保持客户习惯的服务质量水平。”

规格表明这不是一个折衷设计。基于领先的2纳米工艺节点，芯片以超过5.7 GHz的基础频率运行其11个高性能核心——在行业标准下异常快——包含用于交易内欺诈检测的片上AI推理加速器、用于I/O加速的专用数据处理器，以及大型缓存架构。完整系统将扩展到数百个核心和数TB的内存。”与工业界其他产品相比，这真的非常非常快，”Jacobi说。”这只是主处理器技术不是旧技术而是现代尖端技术的另一个例证。”

为何主处理器需要Arm的2200万开发者

该芯片的战略逻辑在于软件而非硬件。IBM的s390x架构运行着世界上大部分关键任务交易，但更广泛的企业软件生态系统——监控工具、安全智能体、云原生中间件，以及最重要的PyTorch、ONNX运行时和容器工作负载的AI堆栈——都是为x86架构构建的，并且越来越多地为Arm架构构建。根据Arm自己的估计，2025年运送到主要超大规模计算提供商的计算设备中，近一半是基于Arm的，这得益于AWS Graviton、Google Axion和微软的Arm芯片。Arm在全球拥有超过2200万开发者。

将每个应用程序移植到s390x一直是一项繁琐的工作，需要逐个独立软件供应商(ISV)进行，而IBM Z和LinuxONE首席产品官Tina Tarquinio直截了当地描述了其中的权衡。”无论我们的生态系统团队多么出色，我们永远无法与所有ISV合作并将它们全部移植，”她告诉VentureBeat。”市场上有很多ISV，所以我们希望从根本上实现重大飞跃。我们从技术角度做出了大胆尝试。”

值得注意的是，她说客户并不是特别要求双架构芯片——他们要求的是结果。”我不会说我们的客户说’请为我创建一个双架构环境’，但他们说’帮助我更快地将这些周边工作负载或不同类型的工作负载推向市场’。”

兼容性承诺非常大胆：Arm Linux二进制文件应该无需修改即可运行。”新的Arm功能设计为100%二进制兼容，”Jacobi说。”例如，一旦你有了Red Hat for Arm Linux，并且有运行在Red Hat for Arm Linux上的应用程序，它们将在系统上无需修改即可运行。”Arm定义了指令集架构并提供验证工具，确保IBM的实现与其他所有Arm芯片行为完全一致——而IBM则完全自主设计和构建芯片。”非常好的合作。也是非常稳固的工程合作伙伴关系，”Jacobi评论道这种合作。