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파워8

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목차

1. 개요

POWER8은 IBM에서 개발한 6코어 또는 12코어 버전으로 제공되는 대규모 멀티스레드 프로세서이다. 22nm SOI 공정으로 제작되었으며, 각 코어는 8개의 하드웨어 스레드를 처리할 수 있다. CAPI, OCC, 메모리 버퍼 칩(Centaur) 등의 기술을 통해 외부 장치 연결, 전력 및 열 관리, 메모리 접근 속도 향상을 지원한다. POWER8 코어는 오픈파워 재단을 통해 라이선스되며, IBM, 히타치 제작소, 구글 등 다양한 기업에서 POWER8 기반 시스템을 사용하거나 개발했다.

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파워8 - [IT 관련 정보]에 관한 문서
프로세서 정보
이름POWER8
듀얼 칩 모듈에 있는 2개의 IBM POWER8 프로세서
생산 시작2014년
생산 종료알 수 없음
최저 클럭 속도2.5 GHz
최고 클럭 속도5 GHz
프론트 사이드 버스 (FSB) 최저 속도알 수 없음
프론트 사이드 버스 (FSB) 최고 속도알 수 없음
하이퍼트랜스포트 최저 속도알 수 없음
하이퍼트랜스포트 최고 속도알 수 없음
최소 공정 크기22 nm
최대 공정 크기알 수 없음
판매사알 수 없음
설계 회사IBM
제조사알 수 없음
코어알 수 없음
소켓알 수 없음
패키지알 수 없음
브랜드알 수 없음
명령어 집합 아키텍처 (ISA)파워 ISA(파워 ISA v.2.07)
마이크로아키텍처알 수 없음
CPUID알 수 없음
코드명알 수 없음
코어 수6 또는 12
L1 캐시코어 당 64+32 KB
L2 캐시코어 당 512 KB
L3 캐시칩 당 8 MB
L4 캐시Centaur 당 16 MB
이전 세대 프로세서POWER7
다음 세대 프로세서POWER9
사용 분야알 수 없음

2. 디자인

POWER8은 22 nm 절연체 위 실리콘(SOI) 공정으로 제작되었으며, 6코어 또는 12코어 버전으로 제공된다.[28][5] 12코어 버전은 42억 개의 트랜지스터[6]로 구성되어 있으며 크기는 650 mm2인 반면, 6코어 버전은 362 mm2이다.[3] 각 코어는 최대 8개의 하드웨어 스레드를 동시에 처리할 수 있어, 12코어 칩의 경우 최대 96개의 스레드를 동시에 실행할 수 있다.[4]

POWER8은 슈퍼 스칼라 대칭형 멀티프로세서이며, 이전 제품인 POWER7보다 2~3배 더 빠른 성능을 낸다고 한다.[4] 주요 개선 사항으로는 코어 수 증가 (8개에서 12개), 각 코어별 동시 멀티 스레딩 증가 (최대 4스레드에서 최대 8스레드), L1, L2, L3 캐시 증가, L4 캐시 신설, 메모리 및 I/O 대역폭 확대 등이 있다.

항목내용
제조 공정22nm SOI
동작 주파수3.0 - 4.1 GHz
코어 수칩 당 최대 6코어 (소켓 당 6, 8, 10, 12코어)
SMT코어 당 최대 8SMT (칩 당 최대 48SMT, 소켓 당 최대 96SMT)
L1 캐시최대 64KB
L2 캐시최대 512KB
L3 캐시최대 96MB (소켓 당, eDRAM)
L4 캐시최대 16MB (컨트롤러 당, eDRAM)
메모리 대역폭230 - 410 GB/초



IBM은 이러한 설계를 통해 빅 데이터, 데이터 분석, 모바일, 클라우드 컴퓨팅 등의 대량 데이터 처리에 강점을 가지도록 했다고 밝혔다.

2. 1. CAPI (Coherent Accelerator Processor Interface)

POWER8은 이전 POWER 프로세서에서 외부 통신을 위해 사용하던 GX++ 버스를 제거하고, PCI Express 3.0 위에 계층화된 CAPI(Coherent Accelerator Processor Interface) 포트로 대체했다.[7][8] CAPI 포트는 GPU, ASIC, FPGA와 같은 보조 특수 프로세서를 연결하는 데 사용되며,[7][8] CAPI 버스에 연결된 장치는 CPU와 동일한 메모리 주소 공간을 사용할 수 있어 컴퓨팅 경로를 단축시킨다.

2013년 ACM/IEEE 슈퍼컴퓨팅 컨퍼런스에서 IBM과 엔비디아(Nvidia)는 미래의 HPC 시스템에서 POWER8과 엔비디아 GPU를 긴밀하게 결합하기 위한 엔지니어링 파트너십을 발표했으며,[9] 그중 첫 번째는 Power Systems S824L로 발표되었다. 2016년 10월 14일, IBM은 CAPI의 다른 플랫폼으로의 채택을 확산하기 위해 OpenCAPI라는 새로운 조직의 설립을 발표했다. 초기 멤버는 구글(Google), AMD, 자일링스(Xilinx), 마이크론(Micron), 멜라녹스(Mellanox)이다.[10]

2. 2. OCC (On-Chip Controller)

POWER8은 PowerPC 405 프로세서를 기반으로 하는 전력 및 열 관리 마이크로컨트롤러인 온칩 컨트롤러(OCC)를 포함하고 있다. 이 칩은 두 개의 범용 오프로드 엔진(GPE)과 512 KB의 임베디드 SRAM(1KB = 1024바이트)을 가지고 있으며, 오픈 소스 펌웨어를 실행하는 동안 메인 메모리에 직접 접근할 수 있다. OCC는 POWER8의 작동 주파수, 전압, 메모리 대역폭 및 프로세서와 메모리 모두에 대한 열 제어를 관리한다. 또한 1,764개의 통합 전압 조정기(IVR)를 통해 즉시 전압을 조절할 수 있다. OCC는 POWER8 프로세서를 오버클러킹하거나 작동 주파수를 줄여 전력 소비를 낮추도록 프로그래밍할 수 있는데, 이는 일부 인텔 및 AMD 프로세서에서 발견되는 구성 가능한 TDP와 유사하다.

2. 3. 메모리 버퍼 칩 (Centaur)

POWER8은 메모리 제어 기능을 분할하여 일부 기능을 프로세서에서 메모리에 더 가깝게 이동시킨 '''메모리 버퍼''' 칩 ('''Centaur'''라고도 함)을 사용한다.[15] 메모리 버퍼 칩으로 특정 메모리 프로세스를 오프로딩하면 메모리 액세스 최적화가 가능해져 대역폭을 절약하고 프로세서와 메모리 간의 통신 속도를 높일 수 있다.[16] 스케줄링 로직, 메모리 에너지 관리, RAS 결정 지점이 메모리 버퍼 칩으로 이동되었다.[15]

메모리 버퍼 칩은 칩당 16 MB의 L4 캐시 (프로세서당 최대 128 MB)를 포함한다. 시스템 아키텍처에 따라 메모리 버퍼 칩은 메모리 모듈(S824 및 E880 모델의 경우 Custom DIMM/CDIMM) 또는 표준 DIMM을 탑재한 메모리 라이저 카드(S822LC 모델의 경우)에 배치된다.[17]

메모리 버퍼 칩은 고속 멀티 레인 직렬 링크를 사용하여 프로세서에 연결된다. 각 버퍼 칩을 연결하는 메모리 채널은 한 번에 2바이트를 쓰고 1바이트를 읽을 수 있다. 초기 엔트리 모델에서는 8GB/s로 실행되었고,[16] 이후 하이엔드 및 HPC 모델에서는 40-ns 대기 시간으로 9.6GB/s로 증가했다.[17][18][19] 이는 채널당 각각 24GB/s 및 28.8GB/s의 지속적인 대역폭을 제공한다. 각 프로세서는 4개의 메모리 채널을 가진 2개의 메모리 컨트롤러를 가지고 있으며, 최대 프로세서 대 메모리 버퍼 대역폭은 프로세서당 230.4GB/s이다. 모델에 따라 하나의 컨트롤러만 활성화되거나,[16] 컨트롤러당 2개의 채널만 사용될 수 있다.[17] 가용성을 높이기 위해 링크는 "실시간" 레인 격리 및 복구를 제공한다.[15]

각 메모리 버퍼 칩은 4개의 인터페이스를 가지고 있어 프로세서 링크 인터페이스를 변경하지 않고도 1600 MHz에서 DDR3 또는 DDR4 메모리를 사용할 수 있다. 프로세서당 32개의 메모리 채널은 메모리 버퍼 칩과 DRAM 뱅크 사이에서 409.6GB/s의 피크 액세스 속도를 허용한다. 초기에는 16 GB, 32 GB 및 64 GB DIMM만 지원하여 프로세서가 최대 1 TB를 주소 지정할 수 있었다. 나중에 128 GB 및 256 GB DIMM에 대한 지원이 발표되어,[18][20] 프로세서당 최대 4 TB를 사용할 수 있게 되었다.

3. 사양

POWER8[21][22] 코어는 로드-스토어 유닛에 64 KB L1 데이터 캐시와 명령어 인출 유닛에 32 KB L1 명령어 캐시를 가지고 있으며, 512 KB L2 캐시가 긴밀하게 통합되어 있다. 각 코어는 단일 사이클에 최대 8개의 명령어를 인출, 디코딩, 디스패치, 실행 및 커밋할 수 있다.[23]

각 POWER8 코어는 주로 다음과 같은 6개의 실행 유닛으로 구성된다.


  • 명령어 인출 유닛 (IFU)
  • 명령어 시퀀싱 유닛 (ISU)
  • 로드-스토어 유닛
  • 고정 소수점 유닛 (FXU)
  • 벡터 및 스칼라 유닛 (VSU)
  • 십진 부동 소수점 유닛 (DFU)


각 코어가 가지는 16개의 실행 파이프라인은 다음과 같다.

종류수량
고정 소수점 파이프라인2개
로드-스토어 파이프라인2개
로드 파이프라인2개
배정밀도 부동 소수점 파이프라인 (8개의 단정밀도 파이프라인으로도 작동 가능)4개
VMX 및 VSX AltiVec 명령어를 지원하는 완전 대칭 벡터 파이프라인2개
AES, 갈루아 카운터 모드, SHA-2 암호화 파이프라인[24]1개
분기 실행 파이프라인1개
조건 레지스터 논리 파이프라인1개
십진 부동 소수점 파이프라인1개



4×16 항목을 가진 더 큰 발행 대기열을 가지고 있으며, 분기 예측기가 개선되었고, 두 배 많은 캐시 미스를 처리할 수 있다. 각 코어는 8방향 하드웨어 멀티 스레딩을 지원하며, 1개, 2개, 4개 또는 8개의 스레드를 활성화하도록 동적이고 자동으로 분할될 수 있다.[1] POWER8은 또한 하드웨어 트랜잭션 메모리에 대한 지원을 추가했다.[25][26][27] IBM은 각 코어가 단일 스레드 연산에서 POWER7보다 1.6배 빠르다고 추정한다.

POWER8 프로세서는 4, 6, 8, 10 또는 12개의 활성화된 칩렛으로 구성되며, 6개 또는 12개 칩렛 설계가 가능하다. 하나의 칩렛은 하나의 처리 코어, 64바이트 폭 버스(이전 버전보다 두 배 넓음[1])의 512 KB SRAM L2 캐시, 칩렛당 8 MB의 L3 eDRAM 캐시를 공유한다.[28] 따라서 6-칩렛 프로세서는 48 MB, 12-칩렛 프로세서는 총 96 MB의 L3 eDRAM 캐시를 갖게 된다. 이 칩은 또한 Centaur 보조 칩을 사용하여 최대 128 MB의 오프칩 eDRAM L4 캐시를 활용할 수 있다. 온칩 메모리 컨트롤러는 1 TB의 RAM과 230 GB/s의 지속적인 메모리 대역폭을 처리할 수 있다. 온보드 PCI 익스프레스 컨트롤러는 시스템의 다른 부분으로 48 GB/s의 I/O를 처리할 수 있다. 코어는 2.5~5 GHz 사이의 클럭 속도로 작동하도록 설계되었다.[14]

6코어 칩은 IBM의 스케일 아웃 서버에서 듀얼 칩 모듈(DCM)에 쌍으로 장착된다. 대부분의 구성에서 모든 코어가 활성화되지 않아 실제 코어 수가 다른 다양한 구성이 발생한다. 12코어 버전은 고급 E880 및 E880C 모델에 사용된다.

IBM의 단일 칩 POWER8 모듈은 Turismo[29], 듀얼 칩 변형은 Murano[30], PowerCore의 수정된 버전은 CP1이라고 불린다.

4. 종류

POWER8 프로세서는 다양한 구성으로 제공된다.[77]

종류설명비고
IBM 무라노(Murano)12코어 프로세서 (2개의 6코어 칩)수평 확장 프로세서, 코어가 비활성화된 구성으로 제공
IBM 투리스모(Turismo)싱글 칩 12코어 프로세서수직 확장 프로세서, 코어가 비활성화된 구성으로 라이선스 및 구매 가능, 상용 판매
PowerCore CP1미국과 중국 간 수출 제한으로 인해 보안 기능이 개선된 POWER8 변종글로벌파운드리스의 뉴욕주 이스트 피쉬킬 공장에서 제조, 2015년 출시[37][38]


5. 시스템

POWER8 프로세서는 IBM, Tyan 등 여러 회사에서 다양한 종류의 시스템에 탑재되어 사용된다.

IBM은 스케일아웃 서버, 엔터프라이즈 서버, 고성능 컴퓨팅 서버 등 다양한 목적에 맞는 POWER8 기반 시스템을 제공한다. Tyan은 POWER8 기반 마더보드와 서버 시스템을 제공하며, Palmetto GN70-BP010은 오픈파워 레퍼런스 시스템이다.

이 외에도 구글은 자체 서버에 POWER8을 사용하고, 인스퍼는 IBM과 협력하여 POWER8 서버를 개발했다. 히타치 제작소도 EP8000 시리즈에 POWER8 프로세서를 탑재했다. OpenPOWER Foundation을 통해 라이선스가 제공되는 POWER8을 사용한 시스템도 존재한다.

5. 1. IBM

IBM은 POWER8 기반의 다양한 서버 제품군을 제공한다.


  • '''스케일아웃 서버'''

제품명소켓칩 구성폼 팩터비고
Power Systems S812L1× POWER8 DCM4, 6, 8 코어2U
Power Systems S8141× POWER8 DCM6, 8 코어4U / 타워
Power Systems S822 및 S822L1×, 2× POWER8 DCM6, 10, 12, 20 코어2U
Power Systems S824 및 S824L1×, 2× POWER8 DCM6, 8, 12, 16, 24 코어4U


  • '''엔터프라이즈 서버'''

제품명노드칩 구성폼 팩터최대 코어
Power Systems E8502×, 3×, 4× POWER8 DCM8, 10, 12 코어4U
Power Systems E8701×, 2× 5U 노드: 각각 4개의 소켓 + 8, 10코어 POWER8 싱글 칩 모듈5U80
Power Systems E8801x, 2x, 3x, 4x 5U 노드: 각각 4개의 소켓 + 8, 12코어 POWER8 싱글 칩 모듈5U192


  • '''고성능 컴퓨팅'''

제품명소켓칩 구성폼 팩터비고
Power Systems S812LC1× POWER8 SCM8, 10 코어2UOpenPOWER[79]
PowerSystems S822LC "Firestone"2× POWER8 SCM8, 10 코어2U위스트론 제조, 2개의 엔비디아 K80 GPU 및 최대 1 TB DDR3 RAM[77][79][80][81]



스케일 아웃 서버는 각각 듀얼 칩 모듈(DCM)에 2개의 6코어 POWER8 프로세서를 탑재한 1개 또는 2개의 소켓을 지원한다. 이 서버는 2U 또는 4U 폼 팩터와 1개의 타워 구성으로 제공된다. "L" 버전은 리눅스만 실행하며, 다른 버전은 AIX, IBM i 및 리눅스를 실행한다. "LC" 버전은 OpenPOWER 파트너가 제작한다.[39][40][41]

엔터프라이즈 서버는 각각 8, 10 또는 12코어 모듈을 탑재한 4개의 소켓을 가진 노드를 지원하며, 최대 16개의 소켓, 128개의 코어 및 16 TB의 RAM을 지원한다. 이 시스템은 AIX, IBM i 또는 리눅스를 실행할 수 있다.[18]

5. 2. Tyan

Tyan은 POWER8 기반의 마더보드 및 서버 시스템을 제공한다.[29][48]

제품명설명
SP010GM2NR단일 칩 POWER8 소켓이 있는 ATX 마더보드.
Palmetto GN70-BP010OpenPower 레퍼런스 시스템. Tyan의 마더보드를 기반으로 하는 2U 서버, 1개의 4코어 POWER8 SCM, 4개의 RAM 소켓.
Habanero TN-71-BP0122U, 1개의 8코어 POWER8 SCM, 32개의 RAM 소켓[37][45]
GT75-BP0121U, 8 또는 10코어 POWER8 SCM 1개 및 RAM 모듈용 소켓 32개[49]


5. 3. 기타

구글, StackVelocity, Inspur, Cirrascale, Zoom Netcom, ChuangHe, Rackspace, Raptor Computing Systems, Penguin Computing 등 다양한 회사에서 POWER8 기반 시스템을 개발하거나 사용하고 있다.[37][44][45][50][51][52][53][54][55][56][57][58][59][60][61][62][63][64][65][66][67][68][73][74]

  • 구글: 자체 제작한 POWER8 서버를 사용하고 있으며, 2014년 IBM Impact 행사에서 POWER8 탑재 마더보드를 선보였다.[73][74]
  • Inspur: IBM과 계약을 체결하여 POWER8 기반 서버 하드웨어를 개발했다.[52][53]
  • 히타치 제작소: EP8000 시리즈에 POWER8 프로세서를 탑재했다.[71][72]


OpenPOWER Foundation을 통해 라이선스가 제공되는 POWER8을 사용한 시스템도 있다.

6. 라이선스

오픈파워 재단을 통해 POWER8 코어의 라이선스가 제공되며, 쑤저우 파워코어 기술 유한 회사는 빅 데이터 및 클라우드 컴퓨팅 응용 분야에 사용될 맞춤형 프로세서 설계를 위해 POWER8 코어 사용권을 받았다.[35][36]

참조

[1] 웹사이트 You won't find this in your phone: A 4GHz 12-core Power8 for badass boxes https://www.theregis[...]
[2] 웹사이트 POWER8 Processor User's Manual for the Single-Chip Module https://www.setphase[...] IBM 2016-03-16
[3] 웹사이트 IBM POWER8 - Announce / Availability Plans http://komplex-it.dk[...] 2014-05-23
[4] 웹사이트 IBM's Watson could get even smarter with Power8 chip http://www.idgconnec[...] 2014-12-17
[5] 웹사이트 IBM Power System S814 http://www-03.ibm.co[...] 2014-12-17
[6] 간행물 POWER8: A 12-core server-class processor in 22nm SOI with 7.6Tb/s off-chip bandwidth
[7] 웹사이트 IBM's new Power8 doubles performance of Watson chip 2014-12-17
[8] 웹사이트 IBM Power8 Processor Detailed - Features 22nm Design With 12 Cores, 96 MB eDRAM L3 Cache and 4 GHz Clock Speed http://wccftech.com/[...] 2014-12-17
[9] 웹사이트 Nvidia Unveils Tesla K40 Accelerator And Strategic Partnership With IBM https://www.forbes.c[...] 2013-11-18
[10] 뉴스 OpenCAPI Unveiled: AMD, IBM, Google, Xilinx, Micron and Mellanox Join Forces in the Heterogenous Computing Era http://www.anandtech[...] 2016-10-17
[11] 웹사이트 OCC Firmware Code is Now Open Source http://openpowerfoun[...] 2014-12-27
[12] 웹사이트 open-power/docs: OCC Overview https://github.com/o[...] 2014-12-27
[13] 웹사이트 Semiconductor Engineering .:. The Good Kind Of Regulation http://semiengineeri[...] 2014-12-17
[14] 웹사이트 ISSCC 2014 - IBM dévoile le Power8 https://www.electron[...] 2014-12-17
[15] 웹사이트 Intro to POWER8 Processor https://www.ibm.com/[...]
[16] 서적 IBM Power System S822 Technical Overview and Introduction (REDP-5102-00) https://www.redbooks[...] 2016-09-30
[17] 서적 IBM Power System S822LC Technical Overview and Introduction (REDP-5283-00) http://www.redbooks.[...] 2016-09-30
[18] 서적 IBM Power Systems E870 and E880 Technical Overview and Introduction (REDP-5137-00) https://www.redbooks[...] 2016-09-30
[19] 서적 Implementing an IBM InfoSphere BigInsights Cluster using Linux on Power https://www.redbooks[...] 2016-09-30
[20] 웹사이트 IBM Europe, Middle East, and Africa Hardware Announcement ZG14-0279, IBM Power Systems I/O enhancements (RPQ 8A2232) https://www.ibm.com/[...]
[21] 웹사이트 POWER8 http://www.hotchips.[...]
[22] 웹사이트 Performance Characteristics of the POWER8 Processor http://www.hotchips.[...]
[23] 논문 IBM POWER8 processor core microarchitecture https://www.research[...]
[24] 웹사이트 POWER8 in-core cryptography http://www.ibm.com/d[...] IBM 2015-09-21
[25] 서적 Performance Optimization and Tuning Techniques for IBM Processors, including IBM POWER8 https://www.redbooks[...] IBM 2022-11-02
[26] 웹사이트 IBM XL compiler hardware transactional memory built-in functions for IBM AIX on IBM POWER8 processor-based systems http://www.ibm.com/d[...] IBM 2015-02-08
[27] 문서 Harold W. Cain, Maged M. Michael, Brad Frey, Cathy May, Derek Williams, and Hung Le. "Robust Architectural Support for Transactional Memory in the Power Architecture." In ISCA '13 Proceedings of the 40th Annual International Symposium on Computer Architecture, pp. 225-236, ACM, 2013.
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[29] 웹사이트 Tyan Ships First Non-IBM Power8 Server http://www.enterpris[...] 2014-12-17
[30] 웹사이트 Power8 Iron To Take On Four-Socket Xeons https://www.nextplat[...] 2015-05-11
[31] 웹사이트 OpenPOWER and the Roadmap Ahead – Brad McCredie http://openpowerfoun[...] 2016-09-09
[32] 웹사이트 IBM Debuts Power8 Chip with NVLink and 3 New Systems https://www.hpcwire.[...] 2016-09-08
[33] 웹사이트 Whitepaper - NVIDIA Tesla P100 - The Most Advanced Datacenter Accelerator Ever Built Featuring Pascal GP100, the World's Fastest GPU https://images.nvidi[...]
[34] 서적 IBM Power System S822LC for High Performance Computing Introduction and Technical Overview https://www.redbooks[...] IBM Redpaper 2017-09-28
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[36] 웹사이트 Suzhou PowerCore to Start Using IBM POWER Tech for New Chip Design in China http://poweritpro.co[...] PowerITPro 2014-01-22
[37] 웹사이트 OpenPower Collective Opens For System Business http://www.nextplatf[...] 2015-03-20
[38] 웹사이트 Foundation Unveils Slew of OpenPOWER Firsts https://www.datacent[...] 2015-03-18
[39] 웹사이트 IBM Announces POWER8 with OpenPOWER Partners http://www.moorinsig[...]
[40] 웹사이트 IBM News room - 2014-04-23 IBM Tackles Big Data Challenges with Open Server Innovation Model - United States https://web.archive.[...] 2014-12-17
[41] 웹사이트 Scale-out Hardware with POWER8 Technology https://web.archive.[...]
[42] 웹사이트 Refreshed IBM Power Linux Systems Add NVLink https://www.nextplat[...] 2016-09-08
[43] 웹사이트 IBM Back In HPC With Power Systems LC Clusters https://www.nextplat[...] 2015-10-08
[44] 웹사이트 IBM's First OpenPOWER Server Targets HPC Workloads https://www.hpcwire.[...] 2015-03-20
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[46] 웹사이트 IBM's new Power8 server packs in Nvidia's speedy NVLink interconnect https://www.pcworld.[...]
[47] 웹사이트 HMC 7063-CR1 hardware install (POWER8 based HMC) https://www.ibm.com/[...]
[48] 웹사이트 Tyan OpenPOWER System http://www.tyan.com/[...]
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