Архитектура и производительность серверных ЦП

В январе 1998 г. была выпущена модифицированная версия UltraSPARC II UltraSPARC Hi. В ядро ЦП встроили контроллер оперативной памяти

Архитектура и производительность серверных ЦП

Курсовой проект

Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету

Компьютеры, программирование

Сдать работу со 100% гаранией
6900. Ими же была спроектирована микросхема контроллера математического сопроцессора (МВ86910), а сам сопроцессор состоял из двух микросхем Weitek 1164 и 1165. Другими словами, первый SPARC состоял из четырех отдельных микросхем. Через некоторое время появился новый контроллер и новый сопроцессор к нему Texas Instruments 8847. Они были применены в Sun-4/260 и Sun-4/280.

В октябре 1992 г. на Microprocessor Forum был официально представлен ЦП microSPARC удешевленная версия SuperSPARC, также совместной разработки Sun и Texas Instruments. ЦП работал на тактовой частоте 50 МГц, располагал 4-Кбайт I-cache и 2-Кбайт D-cache, а самое главное встроенным математическим сопроцессором. Этот ЦП предназначался для недорогих рабочих станций, которыми стали сразу же выпущенные SPARCclassic и SPARCstation LX по 4500 и 8000 тыс. долл. США соответственно. В 1993 г. появилась модификация этого ЦП, microSPARC II, с тактовой частотой от 60 МГц, 16-Кбайт I-cache и 8-Кб D-cache без B-cache. На его основе были выпущены популярные рабочие станции SPARCstation Voyager и SPARCstation 5.

В 1989 г. была представлена первая независимая разработка компании Cypress ЦП 601. Впоследствии подразделение по созданию ЦП SPARC было выделено в дочернюю компанию Ross Technology, которая в мае 1992 г. анонсировала ЦП hyperSPARC. В мае 1993 г. Fujitsu приобрела контрольный пакет компании Cypress, а уже в августе того же года в продажу поступили 55- и 66-МГц версии hyperSPARC. В дальнейшем Ross предлагала разные версии hyperSPARC с тактовой частотой до 200 МГц и выше для модернизации рабочих станций и серверов компании Sun, в частности SPARCstation 10 и 20, а также SPARCserver 600МР. Еще одной оригинальной разработкой компании был SPARCplug компактный модуль расширения, содержащий до двух ЦП hyperSPARC. ЦП Ross также применялись в некоторых моделях рабочих станций и серверов Sun. Однако к 1998 г. компания столкнулась с серьезными финансовыми проблемами, а после отказа Fujitsu от дальнейших капиталовложений руководству Ross пришлось распродавать активы и закрывать компанию.

Другой фирмой, работавшей над архитектурой SPARC, была Weitek. Кроме выпуска математических сопроцессоров для первых рабочих станций и серверов, в 1993 г. она представила SPARC PowerUP ЦП с тактовой частотой 80 МГц, предназначенный для модернизации Sun SPARCstation 2.

Еще одним важным участником рынка SPARC была HAL Computer Systems, основанная в 1990 г. бывшим инженером IBM Эндрю Хеллером (Andrew Heller), главным разработчиком архитектуры POWER. После согласия Fujitsu финансировать компанию была развернута разработка 64-бит SPARC64. Когда Хеллер ушел из компании (в конце 1993 г.), она стала структурой Fujitsu. В июне 1994 г. был получен первый работоспособный прототип SPARC64, а в феврале 1995 г. на ISSCC он был официально представлен, на три месяца опередив разработку самой Sun. Этот ЦП содержал беспрецедентно большие встроенные I-cache и D-cache по 128 Кбайт каждый, B-cache отсутствовал. Следующий ЦП, SPARC64 GP, был выпущен в 1998 г. В нем был предусмотрен B-cache (от 2 до 8 Мбайт), процессор работал на более высоких тактовых частотах (до 810 МГц). В октябре 1999 г. на Microprocessor Forum главный разработчик SPARC64 V от HAL Computer Systems Майкл Шебанов (Michael Shebanow) открыл ключевые моменты архитектуры, несколько напоминавшей NetBurst: очень высокие тактовые частоты, кэш команд типа trace cache, очень быстрый 8-Кбайт D-cache. S-cache размером 512 Кбайт предполагалось разделить на сегменты для данных и команд, что было уникальным решением. Ядро ЦП получилось сравнительно большим 65 млн. транзисторов. При использовании шестислойного 170-нм технологического процесса площадь ядра составила бы 380 мм2. Скорее всего, руководство Fujitsu сочло разработку экономически нецелесообразной, а потому в середине 2001 г. закрыло компанию HAL.

Sun UltraSPARC, 64-бит представитель девятой версии архитектуры, появился в мае 1995 г. Первые ЦП работали на тактовой частоте 143 и 167 МГц. Во втором полугодии к ним добавились версии с частотой 182 и 200 МГц. Е-box и F-box содержали по два девятистадийных конвейера, А-box только один. Присутствовало 136 физических целочисленных регистров, 16-Кбайт I-cache с двухканальной ассоциативностью и 16-Кбайт D-cache с прямым отображением и сквозной записью. Были предусмотрены 4-Мбайт B-cache, работающий на частоте ядра ЦП, и унифицированный полноассоциативный TLB на 64 записи. Также ЦП располагал блоком предсказания переходов, управляющей таблицей истории переходов на 2048 записей. Процессор работал с 44-бит виртуальным и 41-бит физическим адресным пространством. Был внедрен набор вспомогательных векторных инструкций VIS (Visual Instruction Set), обрабатывавшихся на обоих вещественных конвейерах. Добавилась также поддержка порядка следования байтов little-endian. ЦП изготавливался по четырехслойному 500-нм техпроцессу на мощностях Texas Instruments. Примечательно, что этот ЦП не имел средств внеочередного выполнения команд (забегая вперед, отметим, что это относится ко всем ЦП семейства UltraSPARC и по сей день).

В сентябре 1996 г. Fujitsu объявила о выпуске 32-бит TurboSPARC (MB86907) с тактовой частотой 170 МГц, предназначенного как для модернизации существующих рабочих станций (например, Sun SPARCstation 5), так и для выпуска новых. ЦП содержал I-cache и D-cache размером по 16 Кбайт, поддерживал до 1 Мбайт B-cache, а также отличался низким энергопотреблением (около 7 Вт). Этого удалось добиться благодаря использованию передового 350-пм технологического процесса компании Fujitsu. На момент начала продаж цена составляла 500 долл. США.

Еще в октябре 1995 г. на Microprocessor Forum был анонсирован UltraSPARC II. Тем не менее выпуск этого ЦП затянулся до января 1997 г. Не претерпев почти никаких изменений в функциональной части, этот ЦП, по сути, был модификацией UltraSPARC, изготовленной по новым 350-нм проектным нормам компанией Texas Instruments, что позволило довести тактовые частоты до 300 МГц, а к маю 1998 г. до 360 МГц. Объем B-cache был увеличен до 16 Мбайт. После перехода Texas Instruments на 250-нм техпроцесс и перепроектировки ядра ЦП под его требования тактовые частоты были повышены до 450 МГц в ноябре того же года.

В январе 1998 г. была выпущена модифицированная версия UltraSPARC II UltraSPARC Hi. В ядро ЦП встроили контроллер оперативной памяти (50-нс EDO DRAM с 64-бит шиной данных и 8-бит каналом ЕСС) и шины PCI 2.1. Процессор выпускался по 350-нм проектным нормам (пять слоев), что позволило достичь тактовой частоты 360 МГц, а с переходом на 250-нм поднять до 480 МГц. В 2000 г. с переходом на 180-нм технологию с алюминиевыми проводниками в ядро ЦП был впервые встроен S-cache (256 Кбайт), B-cache был упразднен, а контроллер оперативной памяти модифицирован для работы с 100-МГц SDRAM. Тактовая частота ЦП достигла 500 МГц. После перехода в 2002 г. на техпроцесс с тем же уровнем детализации и применением медных проводников объем S-cache был увеличен до 512 Кбайт, а тактовые частоты ядра ЦП до 650 МГц. Выпущенный в сентябре 2000 г., UltraSPARC III имел переработанное ядро UltraSPARC. Количество стадий целочисленных конвейеров возросло до 14, вещественных до 16, число целочисленных конвейеров до трех (один из конвейеров мог обрабатывать и команды загрузки). Серьезным изменениям подверглась подсистема кэш-памяти: I-cache был увеличен до 32 Кбайт (четырехканальная ассоциативность), а D-cache до 64 Кбайт (четырехканальная ассоциативность, обратная запись). B-cache объемом до 8 Мбайт состоял из 5-нс микросхем синхронной SRAM с 256-бит каналом данных, причем теги B-cache хранились в ядре ЦП. Для оптимизации работы с B-cache были предусмотрены встроенный 2-Кбайт кэш предварительной выборки и 2-Кбайт кэш записи с четырехканальной ассоциативностью. Встроенный контроллер оперативной памяти SDRAM имел 150-МГц 128-бит шину данных. Ширина системной шины также была 128 бит. ЦП обеспечивал 64-бит виртуальную адресацию и 43-бит физическую. В многопроцессорных конфигурациях применялась топология общей шины (Sun Fireplane, 150 МГц), к которой подключалось до четырех ЦП. Процессор изготавливался по 180-нм проектным нормам, что позволило достичь тактовой частоты 900 МГц, а после перехода на семислойный 130-нм процесс 1200 МГц. Благодаря широким внешним интерфейсам этот ЦП занял второе (после POWER2) место по числу выходных контактов 1368.

В октябре 2002 г. на Microprocessor Forum был представлен Fujitsu SPARC64 V. У него совершенно новый дизайн, отличный от одноименного детища Fujitsu HAL Computer Systems. Дело в том, что после поглощения Amdahl Computer в апреле 2002 г. Fujitsu начала разработку собственного SPARC64 V на базе HAL SPARC64 GP.

Fujitsu SPARC64 V довольно сильно отличался от семейства ЦП UltraSPARC, он поддерживал внеочередное выполнение команд, что предполагало совершенно иную функциональную организацию ядра. ЦП имел 11-стадийный двухконвейерный Е-box, 12-стадийный двухконвейерный F-box и 15-стадийный двухконвейерный А-box. Для обеспечения эффективного внеочередного выполнения каждый из конвейеров имел собственный буфер команд (reservation station). Был предусмотрен вспомогательный набор команд VIS. Процессор имел два файла целочисленных регистров: большой архитектурный (160 регистров с одним портом чтения и двумя портами записи) и стандартный основной (32 регистра с восемью портами чтения и двумя портами записи). При переключении задач или вызове подфункции содержание 16 регистров из основного файла копировалось в соответствующие регистры архитектурного файла, а оттуда считывались нужные регистры для новой задачи. Объемы I-cache и D-cache остались теми же, что и у самого первого SPARC64 (по 128 Кбайт), оба с двухканальной ассоциативностью и 64-бит размером строки, a D-cache к тому же был двухпортовым и с возможностью обратной записи. Был добавлен 2-Мбайт S-cache с четырехканальной ассоциативностью и обратной записью, с 64-бит строкой, причем ширина канала данн

Похожие работы

<< < 6 7 8 9 10 11 12 13 > >>