1Корпорация sgi
| Вид материала | Документы |
Сегодня производителей микропроцессоров можно разделить на две группы: действующих на рынке персональных компьютеров и ориентирующихся на Unix-системы. Условно границу между ними сейчас можно провести где-то в области 32-разрядных микропроцессоров. Здесь следует отметить, что 32-разрядные процессоры для ПК до сих пор в значительной степени несут на себе бремя проблем 16-разрядной архитектуры, а 32-разрядные процессоры для Unix-систем традиционно имеют повышенную производительность за счет более мощного аппарата кэширования, высокой пропускной способности магистралей, возможностей параллельной обработки.
В сфере ПК основными моделями являются семейства x86 (Intel, AMD и др.) и PowerPC (альянс IMA = IBM + Motorola + Apple), в области Unix-систем лидируют процессоры Alpha (DEC), MIPS (SGI), PA-RISC (HP) и SPARC (Sun). Ситуация здесь интересна тем, что острая конкурентная борьба ведется как внутри каждой из групп, так и между группами, а фирмы, выпускающие клоны x86, вдобавок выясняют отношения между собой. Взаимоотношения между ПК и Unix-машинами можно охарактеризовать как агрессивное наступление первых и активную оборону вторых.
1Корпорация SGI
1.1Особенности архитектуры MIPS компании MIPS Technology
Архитектура MIPS была одной из первых RISC-архитектур, получившей признание со стороны промышленности. Она была анонсирована в 1986 году. Первоначально это была полностью 32-битовая архитектура, которая включала 32 регистра общего назначения, 16 регистров плавающей точки и специальную пару регистров для хранения результатов выполнения операций целочисленного умножения и деления. В компьютерной промышленности широкую популярность приобрели 32-битовые процессоры R2000 и R3000, которые в течение достаточно длительного времени служили основой для построения рабочих станций и серверов компаний Silicon Graphics, Digital, Siemens Nixdorf и др.
Затем на смену микропроцессорам семейства R3000 пришли новые 64-битовые микропроцессоры R4000 и R4400. (MIPS Technology была первой компанией выпустившей процессоры с 64-битовой архитектурой). Набор команд этих процессоров (спецификация MIPS II) был расширен командами загрузки и записи 64-разрядных чисел с плавающей точкой, командами вычисления квадратного корня с одинарной и двойной точностью, командами условных прерываний, а также атомарными операциями, необходимыми для поддержки мультипроцессорных конфигураций. В процессорах R4000 и R4400 реализованы 64-битовые шины данных и 64-битовые регистры. В этих процессорах применяется метод удвоения внутренней тактовой частоты.
В середине 1994 года компания MIPS анонсировала процессор R8000, который прежде всего был ориентирован на научные прикладные задачи с интенсивным использованием операций с плавающей точкой. Этот процессор построен на двух кристаллах (выпускается в виде многокристальной сборки) и представляет собой первую суперскалярную реализацию архитектуры MIPS. Теоретическая пиковая производительность процессора для тактовой частоты 75 МГц составляет 300 MFLOPs (до четырех команд и шести операций с плавающей точкой в каждом такте). Реализация большой кэш-памяти данных емкостью 16 Мбайт, высокой пропускной способности доступа к данным (до 1.2 Гбайт/с) в сочетании с высокой скоростью выполнения операций позволяет R8000 достигать 75% теоретической производительности даже при решении больших задач типа LINPACK с размерами матриц 1000x1000 элементов. Аппаратные средства поддержки когерентного состояния кэш-памяти вместе со средствами распараллеливания компиляторов обеспечивают возможность построения высокопроизводительных симметричных многопроцессорных систем. Например, процессоры R8000 используются в системе Power Challenge компании Silicon Graphics, которая вполне может сравниться по производительности с известными суперкомпьютерами Cray Y-MP, имеет на порядок меньшую стоимость и предъявляет значительно меньшие требования к подсистемам питания и охлаждения.
В первой половине 1998 г. MIPS выпустила процессор R12000, который создан в развитие существующей модели R10000. Новый процессор использует тот же набор команд, а также совместимое по контактам гнездо, но при этом, по словам представителей компании, будет обладать более высокой тактовой частотой -- до 300 МГц.
Группа MIPS увеличила количество нестандартных команд в процессоре R12000 с 32 до 48, добавив двухканальную кэш-память на 32 команды и увеличенную в четыре раза таблицу предсказания ветвлений, что обещает дальнейшее повышение его производительности.
1.2Планы на будующее
На первое полугодие 1999 г. MIPS наметила выпуск первого из серии процессоров, использующих набор команд следующего поколения, -- MIPS V. Представители компании утверждают, что этот процессор под кодовым наименованием H1 устраняет задержки в передаче данных между ЦП и памятью за счет увеличения пропускной способности почти на 600% -- до 5 Гб.
Платформа будет соответствовать требованиям, предъявляемым к подобным устройствам, например, в таких областях, как производство и разведка нефтяных и газовых месторождений.
В начале следующего столетия компания предполагает выпустить процессор H2, который, как заявлено, объединит новый интерфейс памяти с ЦП, что обеспечит малое время ожидания и высокую пропускную способность.
Представители компании не раскрывают подробностей, но утверждают, что платформа найдет применение в многопотоковых приложениях, поскольку может быть масштабирована до 1000 процессоров.
Silicon Graphics планирует выпускать новые процессоры серии MIPS каждые 6–9 месяцев в период до 2002 года. В середине 2000 года будет выпущен процессор R14000 на частоте 410 МГц, которая затем будет поднята до 450 МГц, а в 2002 году — до 800 МГц.
Так как Microsoft в прошлом году прервала разработку NT для процессоров MIPS, единственной операционной системой для них остается Unix, на которую и ориентированы усилия компании в области RISC-архитектуры.
Однако существует все возрастающая тенденция к объединению Unix с другими ОС. Microsoft, Hewlett-Packard и Intel активно работают над объединением Unix и NT на процессоре Merced, или IA-64. Merced -- кодовое наименование 64-разрядного процессора корпорации Intel, который будет работать как с Unix-, так и с NT-приложениями.
2Корпорация Hewlett-Packard
Первоначально перед проектировщиками PA-RISC стояла задача разработать универсальную архитектуру, которая будет охватывать три основные семейства изделий HP: бизнес-компьютеры, высокопроизводительные серверы и рабочие станции, а также контроллеры. Эффективность выполнения операций с плавающей точкой поначалу не слишком беспокоила создателей PA-RISC.
Однако впоследствии эволюция этой архитектуры пошла по другому пути и сегодня PA-RISC пользуется репутацией одной из самых совершенных структур.
2.1Процессоры PA-RISC компании
Основой разработки современных изделий Hewlett-Packard является архитектура PA-RISC. Она была разработана компанией в 1986 году и с тех пор прошла несколько стадий своего развития благодаря успехам интегральной технологии от многокристального до однокристального исполнения. В сентябре 1992 года компания Hewlett-Packard объявила о создании своего суперскалярного процессора PA-7100 (0.8мкм). Этот процессор был выполнен по многокристалльной технологии, где кэш-память была вынесена за пределы основного кристалла. Такое решение позволило значительно увелисить ее емкость, однако усложнило технологию производства.
2.2Планы на будующее
Предполагалось, что PA-9000 мы уже не увидим, так как в планах HP после PA-8500 следовал Merced – 64-разрядный процессор, проектируемый HP совместно с Intel.
Однако, Hewlett-Packard уже анонсировала процессор PA-8600, который выйдет в первом квартале 2000 года, и планирует продолжать линию PA-RISC до 2003 года, когда будет выпущен процессор PA-8900 с тактовой частотой 1,2 ГГц
3Корпорация Sun Microsystems
В начале 80-х годов в Стенфордском Университете, была создана компания Sun Microsystems (SUN - это абревиатура Stanford University Network). Уже в самом названии компании была заложена идея сетевых вычислений
3.1Особенности процессоров с архитектурой SPARC
Масштабируемая процессорная архитектура SPARC (Scalable Processor Architecture) компании Sun Microsystems является наиболее широко распространенной RISC-архитектурой, отражающей доминирующее положение компании на рынке UNIX рабочих станций и серверов. Процессоры с архитектурой SPARC лицензированы и изготавливаются по спецификациям Sun несколькими производителями, среди которых следует отметить компании Texas Instruments, Fujitsu, LSI Logic, Bipolar International Technology, Philips, Cypress Semiconductor и Ross Technologies. Эти компании осуществляют поставки процессоров SPARC не только самой Sun Microsystems, но и другим известным производителям вычислительных систем, например, Solbourne, Toshiba, Matsushita, Tatung и Cray Research.
Первый процессор SPARC был изготовлен компанией Fujitsu (16.67 МГц). На основе этого процессора была разработана первая рабочая станция Sun-4 с производительностью 10 MIPS, объявленная осенью 1987 года (до этого времени компания Sun использовала в своих изделиях микропроцессоры Motorola 680X0
Дальнейшее увеличение производительности процессоров с архитектурой SPARC было достигнуто за счет реализации в кристаллах принципов суперскалярной обработки компаниями Texas Instruments и Cypress. Процессор SuperSPARC компании Texas Instruments стал основой серии рабочих станций и серверов SPARCstation/SPARCserver 10 и 20.
3.1.1SuperSPARC HyperSPARC MicroSPARC
- пятиступенчатый конвейер команд;
- предварительная обработка команд переходов;
- поддержка потокового режима работы кэш-памяти команд и данных;
- регистровый файл емкостью 136 регистров (8 регистровых окон);
- интерфейс с устройством плавающей точки;
- предварительная выборка команд с очередью на четыре команды.
3.1.2UltraSPARC
UltraSPARC является первым универсальным процессором с 64-битовой архитектурой, обеспечивающий высокую пропускную способность, необходимую для реализации высокоскоростной графики и обработки видеоизображений в реальном масштабе времени. Расширенный набор команд UltraSPARC позволяет быстро (за один такт) выполнять достаточно сложные графические операции, для реализации которых обычно затрачивается несколько десятков тактов.
UltraSPARC поддерживает различные алгоритмы компрессии, используемые для разнообразных видеоприложений и обработки неподвижных изображений, включая H.261, MPEG-1, MPEG-2 и JPEG. Более того, он может обеспечивать скорости кодирования и декодирования, необходимые для организации видеоконференций в реальном времени.
4Корпорация DEC (ныне Compaq),)
Корпорация Digital Equipment, не когда признанный лидер в области разработки и производства мини-ЭВМ, «опоздала» на рынок IBM-совместимых ПК. Чтобы наверстать упущенное, в конце 80-х – начале 90-х годо фирма сосредоточила немалые силы на разработке революционного по тем временам 64-разрядного RISC-процессора Alpha.
азвитие RISC-МП шло в двух основных направлениях: увеличение тактовой частоты и совершенствование (усложнение) микроархитектуры Примечательным является то, что высокие тактовые частоты сложная микроархитектура суперскалярных МП, поддерживающих внеочередное (out-of-order) выполнение команд, приводят к возникновению принципиально новых проблем. Они связаны, в частности, с конечной скоростью распространения сигнала, вызывающей проблемы взаимного расположения различных функциональных блоков.
На сегодняшний день Alpha далеко обогнал всех конкурентов по тактовой частоте и пиковой производительности с плавающей точкой.
4.1Особенности архитектуры Alpha компании DEC
Первым на рынке появился 64-разрядный микропроцессор Alpha (DECchip 21064). Он представляет собой RISC-процессор в однокристальном исполнении, в состав которого входят устройства целочисленной и плавающей арифметики, а также кэш-память емкостью 16 Кб. Кристалл проектировался с учетом реализации передовых методов увеличения производительности, включая конвейерную организацию всех функциональных устройств, одновременную выдачу нескольких команд для выполнения, а также средства организации симметричной многопроцессорной обработки.
Однако, широкое применение RISC систем до недавнего времени сдерживалось двумя факторами:
- малым количеством прикладных программ.
- высокой стоимостью
Некоторое время тому назад фирма Microsoft перенесла свою операционную систему Windows NT на ряд RISC платформ - MIPS, Power PC, DEC Alpha. На двух первых она не прижилась, а вот на платформе DEC Alpha - получила очень широкое распространение. Это сразу же дало возможность использовать очень широкий круг прикладных продуктов - от обычных Windows и DOS приложений для платформы Intel (16-битные приложения идут просто под NT для Alpha за счет эмулятора, встроенного в операционную систему, а 32-битные требуют дополнительного эмулятора) до специальных приложений для платформы DEC Alpha, которые оптимизированы именно под эту платформу.
Любое приложение в режиме эмуляции работает медленнее, чем оно же, но откомпилированное в кодах "родной" платформы. Поэтому с распространением операционной системы Windows NT для DEC Alpha все больше и больше производителей программ стали выпускать их версии, оптимизированные под эту платформу (т.е. работающую в ее кодах). Сегодня количество таких программ исчисляется тысячами.
Вторую проблему - высокой стоимости RISC систем -- с 1994 года успешно решает американская фирма Polywell Computers, Inc. Ее так называемые RISC PC системы существенно (порой в два раза!) дешевле соответствующих систем, произведенных самой фирмой DEC. Достигается это, во-первых, за счет разумной ценовой стратегии Polywell Computers, во-вторых, за счет использования обычных и стандартных PC-совместимых комплектующих -- жестких дисков, CD-ROM дисководов, контроллеров жестких дисков, видеокарт, памяти, и т.д. При этом, процессор и материнская плата -- основа любой компьютерной системы - применяются оригинальные от фирмы DEC. Тем самым обеспечивается стопроцентная совместимость с компьютерными системами производства фирмы DEC (ныне Compaq), а следовательно и полная поддержка всех операционных систем, работающих на платформе DEC Alpha.
В прошлом году создатель и производитель семейства процессоров Alpha – компания Digital Equipment Corporation – была куплена корпорацией Compaq. В результате был создан невиданный в компьютерной индустрии гигант. Это грандиозное слияние сразу же породило массу слухов и сомнений в дальнейшей судьбе процессора Alpha.
Сейчас по прошествии года можно с уверенностью утверждать, что для этих сомнений нет оснований. Корпорация Compaq, прекрасно осознавая, что в ее руках отныне находится возможно самое уникальное собрание технологий, находящихся за гранью технического прогресса, конечно же не стала резать курицу, несущую золотые яйца. Работы по Alpha не только не были свернуты, но и получили новый импульс.
Лучшим подтверждением этого стал начавшийся выпуск процессора 21264. Это процессор нового поколения, который существенно отличается по своей архитектуре от предыдущих процессоров Alpha. Пиковая мощность его составляет шесть инструкций на цикл. Добавлены так называемые MVI - Motion Video Instructions. Все это позволило добиться невиданной ранее производительности как по целочисленным операциям, так и по операциям с плавающей точкой.