剖析IBM X3架構

X3「Hurricane」晶片組是IBM Enterprise X-Architecture的第三代產品，投入高達1億美元研發經費與3年開發時程，導入了諸多IBM在大型主機和高階伺服器所長期累積的技術，包含了snoop filter（快取一致性窺探協定過濾器）、極為完整的記憶體資料可靠性功能，以及大型主機等級、足以支援虛擬機器架構的高效能I/O系統，堪稱是x86世界中最高階的晶片組。

X3架構以一組4路機箱為節點，透過Hurricane內建的3組6.4GB/s Infiniband匯流排，最多可連接8個機箱以組成32路系統。在多節點組態時，各機箱最多可切割256MB的主記憶體，作為存取遠端機箱資料的虛擬第四階快取，改善大型多路系統的效能。因64位元Xeon MP支援40位元實體定址線，32路X3系統最高可支援512GB記憶體，以因應大型資料庫、ERP及CRM等需求。

Hurricane晶片組同時整合了北橋與南橋，一勞永逸的解決前代EXA2南北橋之間頻寬不足的問題，晶片組主要元件之間均採用Infiniband連接，也支援雙FSB，大幅提升4路系統的效能。除此之外，X3採用DDR2-400記憶體（實際上以DDR2-333模式運作），在安裝4組記憶體卡板且啟動8通道記憶體時，理論記憶體總頻寬高達21.3GB/s之譜。由於晶片組支援ProteXion技術、等於已經整合ChipKill之故，所以毋須採用特製的記憶體模組，即可支援ChipKill等級的記憶體可靠性。

快取資料一致性機制堪稱是X3技術上的重頭戲，Hurricane內建了6MB的嵌入式DRAM作為區域端snoop filter和遠端remote directory之用，記錄cache line的位址及MESI狀態，最高可快取216MB的記憶體位址範圍，以降低系統匯流排的負擔。

簡而言之，該設計兼具窺探式廣播協定與目錄式架構的雙重優點，當一個節點因虛擬第四階快取資料誤失、必須存取遠端受到修改的快取資料時，該節點會採取廣播的方式通知各節點，但僅擁有該快取資料的節點回應此要求，所以可以同時達成低啟動時間與低整體延遲的目標。

X3的I/O控制器亦頗有可觀之處，直接採用p/i/z-Series的IOMMU，可跳過處理器進行虛擬位址的DMA傳輸工作，支援高達4GB的記憶體定址空間。雖然目前既有的Windows與Linux尚未支援該功能，而且僅有最高的處理器執行權限（如虛擬機器的Hypervisor）才能修改IOMMU的記憶體位址轉換表，不過卻可大幅改善虛擬機器架構下I/O系統的可靠性及效能，IBM也表示，未來將會與虛擬軟體廠商合作，在x86伺服器上提供昔日大型主機才能享有的高階功能。文⊙劉人豪