SPARC64 V

Mikroprocesszor
Ez a közzétett változat, ellenőrizve: 2024. június 29.

A SPARC64 V (Zeus) egy a Fujitsu cég által tervezett SPARC V9 architektúrájú mikroprocesszor.[1] A SPARC64 V volt a kiindulópontja a Fujitsu szerverekhez, majd később szuperszámítógépekhez tervezett processzorsorozatának.

SPARC64 V
Gyártás2001
TervezőFujitsu
GyártóTSMC
Max CPU órajel1,1–1,35 GHz
UtasításkészletSPARC Version 9
ArchitektúraSPARC V9
Magok száma1
ElődSPARC64 IV

A szerversorozatot a SPARC64 V+, VI, VI+, VII, VII+, X, X+ és XII alkotja. A SPARC64 VI és a rákövetkező modellek a VII+-ig a Fujitsu és a Sun (később Oracle) SPARC Enterprise M-sorozatú szervereiben voltak alkalmazva. A szerverek mellett a SPARC64 VII egy változatát használták a kereskedelmi forgalomban kapható Fujitsu FX1 szuperszámítógépben is. 2017 októberétől a legújabb szerverprocesszor a SPARC64 XII, amelyet a Fujitsu és az Oracle M12 szervereiben használnak.

A szuperszámítógép-sorozat a SPARC64 VII-en alapult, tagjai a SPARC64 VIIfx, VIIIfx, IXfx és XIfx modellek. A SPARC64 VIIIfx-et a K computer-ben használták, a SPARC64 IXfx-et pedig a kereskedelmi forgalomban kapható PRIMEHPC FX10-ben. 2016 júliusától a SPARC64 XIfx a legújabb szuperszámítógép-processzor, ezt a Fujitsu PRIMEHPC FX100 szuperszámítógépben használják.

Történet

szerkesztés

Az 1990-es évek végén a Fujitsu leányvállalata, a HAL Computer Systems a SPARC64 GP utódját tervezte SPARC64 V néven. Az 1999-es Microprocessor Forumon bejelentett HAL SPARC64 V 1 GHz-en működött volna, széles szuperskalár szervezésű szuperspekulatív végrehajtással, és lett volna benne egy L1 utasítás nyomkövető gyorsítótár (trace cache), egy kicsi, de nagyon gyors 8 KiB méretű L1 adat-gyorsítótár, és külön L2 gyorsítótárak az utasítások és az adatok számára. A Fujitsu CS85-ös folyamatára volt tervezve, ami egy 0,17 μm-es CMOS folyamat hat rétegű réz fémezéssel; 65 millió tranzisztorból állt volna egy 380 mm2-es lapkán. Megjelenését eredetileg 2001 végére tervezték a Fujitsu GranPower szerverekben, de a Fujitsu 2001 közepén bezárta a leányvállalatot, így a fejlesztést törölték és egy Fujitsu dizájnnal helyettesítették azt.[2]

Az első Fujitsu SPARC64 V-ket 2001 decemberében gyártották.[3] Ezek 1,1 és 1,35 GHz közötti frekvencián működtek. A Fujitsu 2003-as SPARC64 útiterve szerint a vállalat egy 1,62 GHz-es változatot is tervezett 2003 végére vagy 2004 elejére, de ezt törölték a SPARC64 V+ javára.[4] A SPARC64 V-t a Fujitsu a PRIMEPOWER szervereiben alkalmazta.

A SPARC64 V-t először a 2002-es Microprocessor Forumon mutatták be.[5] Bemutatásakor ennek volt a legmagasabb órajele a SPARC és a gyártásban lévő 64 bites szerverprocesszorok közül, és a legmagasabb SPEC minősítése a SPARC processzorok közül.[5]

Az SPARC64 V egy négyszeres kibocsátású szuperskalár mikroprocesszor sorrenden kívüli végrehajtással. A Fujitsu GS8900 nagyszámítógép (z/Architecture implementációjú) CISC mikroprocesszorán alapult, így gyakorlatilag egy alapjaiban új tervezésű processzor.[6]

A futószalag

szerkesztés

A SPARC64 V az első fokozatban legfeljebb nyolc utasítást hív le az utasítás-gyorsítótárból, és azokat egy 48 bejegyzésű utasításpufferbe helyezi. A következő fokozatban négy utasítást vesz ki ebből a pufferből, dekódolja és kiadja a megfelelő várakoztató állomásoknak. A SPARC64 V hat várakoztató állomással rendelkezik, kettő a fixpontos (egész) számegységeket, egy a címgenerátorokat, kettő a lebegőpontos egységeket, egy pedig az elágazási utasításokat szolgálja ki. Minden fixpontos, címgenerátor és lebegőpontos egység egy-egy nyolc bejegyzésű várakoztató állomással rendelkezik. Minden várakoztató állomás egy utasítást küldhet a saját végrehajtó egységének. Az, hogy melyik utasítás kerül először továbbításra, az operandus rendelkezésre állásától és a korától függ. A régebbi utasítások magasabb prioritást kapnak, mint az újabbak. A várakoztató állomások az utasításokat spekulatív módon is kiküldhetik (spekulatív kiküldés). Ez azt jelenti, hogy az utasításokat akkor is ki lehet küldeni a végrehajtó egységeknek, ha az operandusuk még nem áll rendelkezésre, de a végrehajtás megkezdésekor már rendelkezésre fog állni. A hatodik fokozatban legfeljebb hat utasítást lehet kiküldeni.

Regiszter olvasás

szerkesztés

A regiszterfájlok olvasása a hetedik fokozatban történik. A SPARC architektúrában külön regiszterfájlok vannak az egész és lebegőpontos utasítások számára. A fixpontos (integer) regiszterfájl nyolc regiszterablakkal rendelkezik. A JWR (Joint Work Register, közös munkaregiszter) 64 bejegyzést tartalmaz, és nyolc olvasási és két írási porttal rendelkezik. A JWR a nyolc regiszterablak egy részhalmazát, az előző, az aktuális és a következő regiszterablakot tartalmazza. Célja a regiszterfájl méretének csökkentése, hogy a mikroprocesszor magasabb órajelfrekvencián működhessen. A lebegőpontos regiszterfájl 64 bejegyzést tartalmaz, és hat olvasóporttal és két íróporttal rendelkezik.

Végrehajtás

szerkesztés

A végrehajtás a kilencedik fokozatban kezdődik. A processzorban hat végrehajtó egység van, kettő az egész számok műveleteihez, kettő a betöltéshez és tároláshoz, kettő pedig a lebegőpontos számokhoz.[7] A két egész/fixpontos végrehajtó egységet EXA és EXB jelöli. Mindkettő rendelkezik aritmetikai logikai egységgel (ALU) és eltoló (shift) egységgel, de csak az EXA rendelkezik szorzó és osztó egységgel. A betöltést és tárolást két címgenerátor (AGA és AGB) támogatja. Ezek egyszerű ALU-k, amelyek a virtuális címek kiszámítására szolgálnak.

A két lebegőpontos egységet (FPU) FLA és FLB jelöli. Mindkét FPU tartalmaz egy összeadót és egy szorzót, de csak az FLA-hoz van grafikus egység csatlakoztatva. Ezek az egységek összeadás, kivonás, szorzás, osztás, négyzetgyök és szorzás-összeadás utasításokat hajtanak végre. Utódjával, a SPARC64 VI-tal ellentétben a SPARC64 V a szorzás-összeadást külön szorzási és összeadási műveletekkel végzi, így ez akár két kerekítési hibával is járhat.[8] A grafikus egység a Visual Instruction Set (VIS) utasításait hajtja végre, amely egy SIMD (single instruction, multiple data) utasításkészlet. Minden utasítás futószalagos, kivéve az osztást és a négyzetgyökszámítást, amelyeket iteratív algoritmusokkal hajtanak végre. Az FMA utasítás[9] úgy valósul meg, hogy a logika három operandust beolvas az operandusregiszterből, két operandust összeszoroz, az eredményt és a harmadik operandust továbbítja az összeadóhoz, ami ezeket összeadva állítja elő a végeredményt.

A végrehajtási egységekből és a betöltésekből származó eredmények nem íródnak be azonnal a regiszterfájlba. A program sorrendjének fenntartása érdekében ezek a frissítő pufferekbe kerülnek, ott tárolódnak a véglegesítésig (commit). A SPARC64 V külön frissítési pufferrel rendelkezik a fixpontos és lebegőpontos egységek számára. Mindkettő 32 bejegyzéssel rendelkezik. A fixpontos regisztertár nyolc olvasási és négy írási porttal rendelkezik. Az íróportok fele a fixpontos végrehajtó egységek eredményei számára van fenntartva, a másik felét pedig a betöltések által visszaadott adatok használják. A lebegőpontos frissítő puffer hat olvasóporttal és négy íróporttal rendelkezik.

A véglegesítésre (commit) legkorábban a tízes fokozatban kerülhet sor. A SPARC64 V ciklusonként legfeljebb négy utasítást képes véglegesíteni. A tizenegyedik fokozatban, az eredmények a regiszterfájlba íródnak, ahol a szoftver számára láthatóvá válnak.[10]

Gyorsítótár

szerkesztés

A SPARC64 V kétszintű gyorsítótár-hierarchiával rendelkezik. Az első szint két gyorsítótárból áll, egy utasítás- és egy adat gyorsítótárból. A második szint egy lapkára integrált egységesített gyorsítótárból áll.

Az 1. szintű (L1) gyorsítótárak kapacitása egyenként 128 KiB. Mindkettő kétutas csoport-asszociatív és 64 bájtos sormérettel rendelkezik. Virtuálisan indexeltek és fizikailag címkézettek. Az utasítás gyorsítótár hozzáférése 256 bites sínen keresztül történik. Az adat gyorsítótárat két 128 bites sínen keresztül éri el a processzor. Az adat-gyorsítótár nyolc bankból áll, amelyek 32 bites (4 bájtos) határokon vannak elválasztva. Ez visszaíró (write-back) politikát alkalmaz. Az adat-gyorsítótár a saját 128 bites egyirányú sínjén keresztül ír az L2 gyorsítótárba.

A másodlagos gyorsítótár kapacitása 1 vagy 2 MiB és a csoport-asszociativitás függ a kapacitástól.

Rendszersín

szerkesztés

A mikroprocesszornak egy 128 bites rendszersínje van ami 260 MHz-en működik. A sín kétféle üzemmódban működhet, egyadatos (single-data rate, SDR) vagy kétadatos (double-data rate, DDR) átviteli sebességgel, ami 4,16 vagy 8,32 GB/s csúcssávszélességet eredményez, megfelelően.

Fizikai jellemzők

szerkesztés

A SPARC64 V 191 millió tranzisztorból áll, amelyből 19 milliót a logikai áramkörök foglalnak el.[11] 0,13 μm-es,[12] nyolcrétegű réz fémezésű, CMOS szilícium-szigetelőn (SOI) eljárással készült. A lapka mérete 18,14 mm × 15,99 mm, lapkaterülete 290 mm².[11]

Elektromos jellemzők

szerkesztés

1,3 GHz-en a SPARC64 V energiavesztesége (disszipációja) 34,7 W.[11] A SPARC64 V-t használó Fujitsu PrimePower szerverek kissé magasabb feszültséggel táplálják a mikroprocesszort, hogy az 1,35 GHz-en működhessen. A megnövelt tápfeszültség és működési frekvencia miatt a disszipáció közelítőleg 45 W-ra nőtt.[13]

SPARC64 V+

szerkesztés
SPARC64 V+
Gyártás2004
TervezőFujitsu
GyártóTSMC
Max CPU órajel1,65 GHz – 2,16 GHz
Gyártás technológia méret90 nm[6]
UtasításkészletSPARC Version 9
ArchitektúraSPARC V9
Magok száma1
L2 gyorsítótár3 vagy 4 MiB
Tranzisztorok számakb. 400 millió
ElődSPARC64 V
UtódSPARC64 VI

Az SPARC64 V+, kódnevén "Olympus-B", a SPARC64 V továbbfejlesztése. A SPARC64 V-höz képest a fejlesztések közé tartozott a magasabb, 1,82–2,16 GHz-es órajel és a nagyobb, 3 vagy 4 MiB-os L2 gyorsítótár.[1]

Az első SPARC64 V+, egy 1,89 GHz-es változat, 2004 szeptemberében került forgalomba a Fujitsu PrimePower 650 és 850 modellekben. 2004 decemberében, egy 1,82 GHz-es változatot szállítottak a PrimePower 2500-ban. Ezek a változatok 3 MiB-os L2 gyorsítótárral rendelkeznek.[14] 2006 februárjában, négy változatot mutattak be: 1,65 és 1,98 GHz-es változatok 3 MiB L2 gyorsítótárral amit a PrimePower 250 és 450 modellekben szállítottak; és 2,08 és 2,16 GHz-es változatok 4 MiB L2 gyorsítótárral amit a közép- és csúcskategóriás modellekben szállítottak.[15]

Körülbelül 400 millió tranzisztort tartalmazott egy 18,46 mm × 15,94 mm-es, 294,25 mm2 területű lapkán. 90 nanométeres CMOS folyamattal, tíz rétegű réz fémezéssel készült.[6]

SPARC64 VI

szerkesztés
SPARC64 VI
Gyártás2007
TervezőFujitsu
GyártóTSMC
Max CPU órajel2150 – 2400 GHz
UtasításkészletSPARC V9
Magok száma2
L1 gyorsítótár128 KiB magonként
L2 gyorsítótár4, 6 MiB magonként
Tranzisztorok száma540 millió, 90 nm-es tranzisztorok
AlkalmazásaPrimePower, SPARC Enterprise szerverek
ElődSPARC64 V+
UtódSPARC64 VII

A SPARC64 VI, kódnevén Olympus-C, egy kétmagos processzor ami az SPARC64 V+ modellt követte. Ez volt az első többmagos SPARC64 processzor. A Fujitsu gyártotta 90 nm-es, 10 rétegű réz fémezésű CMOS szilícium szigetelőn (silicon on insulator, SOI) folyamattal, ami lehetővé tette két mag és egy L2 gyorsítótár egy lapkán történő integrálását. Mindegyik mag egy módosított SPARC64 V+ processzor. Az egyik legfontosabb fejlesztés a kétutas durván szemcsézett többszálas technika (CMT) hozzáadása, amelyet a Fujitsu vertikális többszálas technikának nevezett el (VMT). A CMT-ben az időosztás határozza meg, hogy melyik szál kerül végrehajtásra, vagy ha a szál hosszú késleltetésű műveletet hajt végre, akkor a végrehajtás átkerül a másik szálra.[16] A CMT hozzáadása szükségessé tette a programszámláló megduplázását valamint a vezérlő-, egész- és lebegőpontos regiszterek megkettőzését, így minden szálhoz egy-egy készlet tartozik. Egy lebegőpontos összeolvasztott szorzás-összeadás (FMA) utasítás is hozzáadásra került, elsőként a SPARC processzorokban.[8]

A magok egy 6 MiB-os, lapkára épített egyesített L2 gyorsítótáron osztoznak. Az L2 gyorsítótár 12 utas csoport-asszociatív és sorai 256 bájtosak. A gyorsítótárhoz a hozzáférés két egyirányú sínen történik, egy 256 bites olvasási és egy 128 bites írási sínen keresztül. A SPARC64 VI új rendszersínt kapott, ennek neve Jupiter sín. A SPARC64 VI 540 millió tranzisztorból áll. A lapka mérete 20,38 mm × 20,67 mm (421,25 mm2).

A SPARC64 VI eredetileg 2004 közepén jelent volna meg a Fujitsu PrimePower szervereiben. A PrimePowerek fejlesztését leállították, miután a Fujitsu és a Sun Microsystems 2004 júniusában bejelentette, hogy együttműködnek az Advanced Product Line (APL) nevű új szervereken. Ezeket a szervereket 2006 közepére tervezték bevezetni, de 2007 áprilisára halasztották, amikor is SPARC Enterprise néven mutatták be őket. A SPARC Enterprise gépekben szereplő SPARC64 VI processzorok a bejelentés idejében egy 2,15 GHz-es változat 5 MiB-es L2 gyorsítótárral, és 2,28 és 2,4 GHz-es változatok voltak 6 MiB L2 gyorsítótárral.[17]

SPARC64 VII

szerkesztés

Az SPARC64 VII (korábbi nevén SPARC64 VI+),[18] kódnevén Jupiter,[19] a SPARC64 VI 2008 júliusában bejelentett továbbfejlesztése.[19] Ez egy négymagos mikroprocesszor. Mindegyik mag képes kétutas szimultán többszálas végrehajtásra (SMT), ami felváltja a Fujitsu által vertikális többszálúságnak (VMT) nevezett kétutas durván szemcsézett többszálú működést. Így nyolc szál egyidejű végrehajtására képes.[20] Egyéb változások között található több RAS jellemző; az integer regiszterfájl ettől a tervtől kezdve ECC-vel védett, és a hibaellenőrzők száma mintegy 3400-ra nőtt. 600 millió tranzisztorból áll, mérete 21,31 mm × 20,86 mm (444,63 mm2), és a Fujitsu gyártotta az ő 65 nm-es CMOS réz fémezésű eljárásával.

A SPARC64 VII szerepelt a SPARC Enterprise-ban. Foglalata kompatibilis az elődjével, a SPARC64 VI-éval, és a helyszínen frissíthető (cserélhető). A SPARC64 VII-esek és a SPARC64 VI-os processzorok képesek voltak egymás mellett, natív órajelükön működni.[21] Az első SPARC64 VII-es verziók voltak a 2,4 GHz-es változat 5 MiB-es L2 gyorsítótárral, melyet a SPARC Enterprise M4000 és M5000 modellekben használtak, és egy 2,52 GHz-es változat 6 MiB-es L2 gyorsítótárral.[19] 2008. október 28-án megjelent egy 2,52 GHz-es változat 5 MiB-es L2 gyorsítótárral, amely a SPARC Enterprise M3000-ban volt bevezetve.[22] 2009. október 13-án a Fujitsu és a Sun bemutatta a SPARC64 VII újabb verzióit (kódnevük: Jupiter+),[23] egy 2,53 GHz-es változat 5,5 MB L2 gyorsítótárral, az M4000 és M5000 számára, és egy 2,88 GHz-es változat 6 MiB-es L2 gyorsítótárral az M8000 és M9000 számára.[24] 2010. január 12-én egy 2,75 GHz-es változat 5 MiB-es L2 gyorsítótárral volt bevezetve a M3000-ben.[25]

SPARC64 VII+

szerkesztés

Az SPARC64 VII+ (Jupiter-E),[26] amelyet az Oracle M3 néven emleget,[26] a SPARC64 VII továbbfejlesztése. Az órajelfrekvenciát 3 GHz-re növelték és az L2 gyorsítótár méretét pedig megduplázták 12 MiB-ra. Ezt a verziót 2010. december 2-án jelentették be a csúcskategóriás SPARC Enterprise M8000 és M9000 szerverekhez.[27] Ezek a fejlesztések az általános teljesítmény körülbelül 20%-os növekedését eredményezték. Egy 2,66 GHz-es változat a középkategóriás M4000 és M5000 modellekhez készült.[26] 2011. április 12-én, egy 2,86 GHz-es változat két vagy négy maggal és egy 5,5 MB L2 gyorsítótár volt bejelentve az alsókategóriás M3000 modellhez.[26][28] A VII+ foglalat-kompatibilis elődjével, a VII-tel. A meglévő, csúcskategóriás SPARC Enterprise M-sorozatú szerverek frissíthetők a VII+ processzorokra a helyszínen.[29]

SPARC64 VIIIfx

szerkesztés
 
Egy K computer blade négy SPARC64 VIIIfx processzorral (a nagyobb hőcserélők alatt)
 
Egy SPARC64 VIIIfx processzor

A SPARC64 VIIIfx (Venus) egy nyolcmagos processzor, amely a SPARC64 VII-en alapul, a nagy teljesítményű számítástechnika (HPC) céljaira volt tervezve.[30] Ennek eredményeképpen a VIIIfx nem a VII utódja, hanem vele egyidejűleg létezett. 760 millió tranzisztorból áll, mérete 22,7 mm × 22,6 mm (513,02 mm2;), a Fujitsu 45 nm-es CMOS eljárásával, réz fémezéssel készült, és 1271 B/K tűje van. A VIIIfx csúcsteljesítménye 128 GFLOPS és tipikus energiafogyasztása 58 W 30 °C-on, ami 2,2 GFLOPS/W hatékonyságot jelent. A VIIIfx processzornak négy integrált memóriavezérlője van, összesen nyolc memóriacsatorna számára. 64 GiB DDR3 SDRAM memóriához csatlakozik és csúcs memória-sávszélessége 64 GB/s.[31]

Történet

szerkesztés

A VIIIfx a japán Oktatási, Kulturális, Sport, Tudományos és Technológiai Minisztérium által kezdeményezett Next-Generation Supercomputer Project (következő generációs szuperszámítógép projekt, más néven Kei Soku Keisenki és Project Keisoku) számára volt kifejlesztve 2006 januárjában. A projekt célja az volt, hogy 2011 márciusára elkészüljön a világ leggyorsabb szuperszámítógépe, melynek teljesítménye meghaladja a 10 PFLOPS-ot. A szuperszámítógép kifejlesztésére szerződött cégek a Fujitsu, Hitachi, és a NEC voltak. A szuperszámítógépet eredetileg hibrid architektúrájú gépnek tervezték, amely skalár és vektorprocesszorokat is tartalmaz. A Fujitsu által tervezett VIIIfx lett volna a skalár processzor, a vektorprocesszort pedig a Hitachi és a NEC tervezte volna közösen. Ugyanakkor, a 2007–2008-as gazdasági válság miatt a Hitachi és a NEC 2009 májusában bejelentette, hogy kiszállnak a projektből, mert az általuk tervezett hardver gyártása pénzügyi veszteségeket okozott volna számukra. Ezt követően a Fujitsu áttervezte a szuperszámítógépet, hogy az egyetlen processzortípusként a VIIIfx-et használja.

2010-re a projekt keretében megépítendő szuperszámítógép a K computer nevet kapta. A RIKEN Advanced Institute for Computational Science (AICS) intézetében, ami Kobe-ban (Japán) található.[32][33][34] Teljesítményét 88 128 db. VIIIfx processzor működése adja. 2011 júniusában a TOP500 projektbizottság bejelentette, hogy a K computer (még mindig nem teljes, mindössze 68 544 processzorral) 8,162 PFLOPS-sal így is túlteljesítette a LINPACK benchmark, csúcsteljesítményének 93%-át realizálva, és ezzel a világ akkori leggyorsabb szuperszámítógépévé vált.[33][35][36][37]

A VIIIfx mag a SPARC64 VII magján alapul számos HPC-hez szükséges módosítással, nevezetesen High Performance Computing-Arithmetic Computational Extensions (nagy teljesítményű számítástechnika, aritmetikai számítási kiterjesztések) (HPC-ACE) ami a Fujitsu által tervezett kiterjesztés a SPARC V9 architektúrához. A front-endből eltávolították a durva szemcsés többszálas technikát, az L1 utasítás-gyorsítótár méretét megfelezték 32 KiB-ra; a BTAC (branch target address cache) bejegyzéseinek számát 8192-ről 1024-re csökkentették, és asszociativitását nyolcról kettőre csökkentették; és egy extra futószalag-fokozat lett beillesztve az utasításdekódoló elé. Ez a fokozat a HPC-ACE által meghatározott nagyobb számú egész- és lebegőpontos regisztert fogadta be. A SPARC V9 architektúra úgy volt tervezve, hogy csak 32 egész- (fixpontos) és 32 lebegőpontos regiszterrel rendelkezzen. A SPARC V9 utasításkódolásában a regiszterek száma max. 32 lehet, ez az architektúra jellemzője. Az extra regiszterek specifikálásához a HPC-ACE számára bevezettek két „prefix” utasítást, ami az ezeket közvetlenül követő egy vagy két SPARC V9 utasítást módosítja. A prefix utasítás tartalmazza (elsősorban) a regiszterszámok azon részeit, amelyek nem férnek bele egy SPARC V9 utasításba. Ez az extra futószalag-fokozat volt az, amiben akár négy SPARC V9 utasítást kombináltak legfeljebb két prefix utasítással az azt megelőző fokozatban. A kombinált utasításokat a következő futószalag-fokozatban dekódolja a vezérlés.[38]

A háttér (back-end) is jelentősen átalakult. A várakoztató állomások bejegyzéseinek számát az elágazási és a fixpontos utasításokra vonatkozó hatra, illetve tízre csökkentették, rendre. Mind az egész-, mind a lebegőpontos regiszterfájlok regiszterekkel bővültek: az integer regiszterfájl 32 újabb regisztert kapott, a lebegőpontos regiszterek száma pedig összesen 256 regiszterre nőtt. Az extra fixpontos regiszterek nem részei a SPARC V9 által meghatározott regiszterablakoknak, hanem kizárólag a prefix utasításon keresztül érhetők el; a 256 lebegőpontos regisztert mind a skalár lebegőpontos utasítások, mind az egész- és lebegőpontos SIMD utasítások használhatják. A lebegőpontos végrehajtás futószalagjának elejéhez egy extra futószalag-fokozatot adtak hozzá emiatt, hogy hozzáférjen a nagyobb lebegőpontos regiszterfájlhoz. A HPC-ACE 128 bites SIMD-utasításait két további lebegőpontos egység hozzáadásával valósították meg, így összesen négy lett. A SIMD vezérlő képes végrehajtani akár négy egy- vagy kétszeres pontosságú összeolvasztott szorzás-összeadás műveletet (azaz nyolc lebegőpontos műveletet) ciklusonként. A betöltési sorbejegyzések számát 16-ról 20-ra növelték, és az L1 adat-gyorsítótár méretét megfelezték 32 KiB-ra. A commit stack bejegyzések számát, amelyek meghatározták a háttérben végrehajtás alatt lévő utasítások számát, 64-ről 48-ra csökkentették.

Egyéb műszaki adatok

szerkesztés
  • Fizikai címtartomány: 41 bit
  • Gyorsítótár:
    • L1: 32 KiB kétutas csoport-asszociatív adat, 32 KiB kétutas csoport-asszociatív utasítás (128 bájtos gyorsítótár sor), szektoros
    • L2: 6 MiB 12 utas csoport-asszociatív (128 bájtos sor), index-hashelt, szektoros
  • TLB (címfordítási segédpuffer):
    • Egy 16 bejegyzéses mikro-TLB; és 256 bejegyzéses, négyutas csoport-asszociatív TLB az utasításokhoz
    • Egy 512 bejegyzéses, négyutas csoport-asszociatív TLB az adatokhoz, nincs victim cache
  • Lapméretek: 8 KiB, 64 KiB, 512 KiB, 4 MiB, 32 MiB, 256 MiB, 2 GiB

SPARC64 IXfx

szerkesztés

A SPARC64 IXfx a Fujitsu és a (kaliforniai) LSI Corporation által tervezett SPARC64 VIIIfx továbbfejlesztett változata,[39] amelyet először a PRIMEHPC FX10 szuperszámítógép 2011. november 7-i bejelentésekor mutattak be.[40] Ez, a PRIMEHPC FX10-zel együtt, a VIIIfx-ben és a „K computer”-ben megjelent technológiák első kereskedelmi hasznosítása. A VIIIfx-szel összehasonlítva, a szervezési fejlesztések közé tartozott a magok számának duplájára, 16-ra növelése, a megosztott L2 gyorsítótár mennyiségének duplázása 12 MiB-ra, valamint a DDR3 SDRAM csúcs memória-sávszélességének növelése 85 GB/s-re. Az IXfx 1,848 GHz-en működik, csúcsteljesítménye 236,5 GFLOPS, fogyasztása 110 W, ami több mint 2 GFLOPS/watt energiahatékonyságot jelent.[39][41] 1 milliárd tranzisztorból áll és 40 nm-es réz fémezésű CMOS eljárással gyártották.[42]

A SPARC64 X 16 magos szerverekbe szánt mikroprocesszor. 2012-ben mutatták be és a Fujitsu M10 szervereiben használják (ezeket az Oracle is forgalmazza). A SPARC64 X a SPARC64 VII+-en alapul jelentős fejlesztésekkel a mag és a csip szervezésében. A magokat az elágazásbecsléshez szükséges mintatörténeti táblázat beépítésével, betöltések spekulatív végrehajtásával, több végrehajtó egységgel bővítették, belekerült a HPC-ACE kiterjesztés támogatása (ez eredetileg a SPARC64 VIIIfx-ből származik), mélyebb futószalag a 3,0 GHz-es órajelfrekvenciához, és gyorsítók a kriptográfia, adatbáziskezelés, és decimális lebegőpontos számok aritmetikai és konverziós funkciói számára. A 16 mag egy egyesített 24 MiB, 24 utas csoport-asszociatív L2 gyorsítótáron osztozik. A lapkaszervezési fejlesztések közé tartozik négy integrált DDR3 SDRAM memóriavezérlő, „ragasztó logika” nélküli négyutas szimmetrikus multiprocesszálás, tíz SERDES-csatorna a szimmetrikus multiprocesszálás 64 foglalatig történő skálázhatóságához, és két integrált PCI Express 3.0 vezérlő. A SPARC64 X 2,95 milliárd tranzisztort tartalmaz, mérete 23,5 mm × 25 mm (637,5 mm2), és 28 nm-es CMOS-eljárással réz fémezéssel készül.[42][43]

SPARC64 X+

szerkesztés

A SPARC64 X+ egy 2013-ban bemutatott továbbfejlesztett SPARC64 X processzor. Kisebb fejlesztéseket tartalmaz a magok szervezésében, órajelfrekvenciája magasabb: 3,5 GHz, melyet a jobb áramköri tervezéssel és elrendezéssel értek el. 2,99 milliárd tranzisztort tartalmaz, mérete 24 mm × 25 mm (600 mm²), és ugyanazzal az eljárással készült, mint a SPARC64 X.[44][45] 2014. április 8-án, 3,5 GHz-es órajelű késztermék-osztályozott darabok váltak elérhetővé, válaszul az Intel új Xeon E5 és E7 modelljeinek és az IBM POWER8 processzorainak közelgő bevezetésére.[46]

SPARC64 XIfx

szerkesztés

A Fujitsu a SPARC64 XIfx-et 2014 augusztusában mutatta be a Hot Chips szimpóziumon.[47] Ezt a Fujitsu PRIMEHPC FX100 szuperszámítógépben használják, ami PRIMEHPC FX10-et követte.[48][49] Az XIfx órajele 2,2 GHz és csúcsteljesítménye 1,1 TFLOPS.[50] 3,75 milliárd tranzisztorból áll és a Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) 20 nm-es high-κ fém kapus (HKMG) folyamatával készül. A Microprocessor Report becslése szerint a lapka területe 500 mm²; és tipikus energiafogyasztása 200 W.[47]

Az XIfx-ben 34 mag van, amelyek közül 32 „számító mag” a felhasználói alkalmazások futtatására, 2 „segédmag” pedig az operációs rendszer és más rendszerszolgáltatások futtatására szolgál. A felhasználói alkalmazások és operációs rendszer dedikált magokra történő delegálása javítja a teljesítményt, mivel biztosítja, hogy a számító magok privát gyorsítótárát nem osztják meg vagy nem rontják el nem alkalmazásokkal kapcsolatos utasításokkal és adatokkal. A 34 mag emellett két „magmemória-csoportba” (CMG) van szervezve, amelyek mindegyike 16 számító magból és 1 asszisztens magból áll, melyek egy 1,12 MiB-os egyesített L2 gyorsítótáron osztoznak. A magok CMG-kre való felosztása lehetővé tette a 34 mag egyetlen lapkára integrálását azáltal, hogy megkönnyítette a gyorsítótár-koherencia megvalósítását és elkerülte annak szükségességét, hogy az L2 gyorsítótárat 34 mag között megosszák. A két CMG egy ccNUMA szervezésű rendszeren keresztül osztozik a memórián.

A XIfx mag a SPARC64 X+-on alapult, felépítésbeli fejlesztésekkel. A XIfx a HPC-ACE bővítések továbbfejlesztett változatát valósítja meg (HPC-ACE2), amely a SIMD egységek szélességét 256 bitre növelte és új SIMD utasításokat adott hozzá (az utasításkészlethez). A SPARC64 IXfx-hez képest a XIfx 3,2-szeres javulást mutat a kétszeres pontosságú és 6,1-szeres javulást az egyszeres pontosságú utasításoknál. A SIMD egységek megnövelt szélességét támogatandó, az L1 gyorsítótár sávszélességét 4,4 TB/s-ra növelték.

A SoC szervezésének javításai a memória és az összekapcsolási interfészeket érintették. Az integrált memóriavezérlőket négy Hybrid Memory Cube (HMC) interfészre cserélték a memóriakésleltetés csökkentése és a memória-sávszélesség növelése céljából. A „Microprocessor Report” szerint, az IXfx volt az első processzor, amely HMC-ket használt.[47] Az XIfx 32 GiB memóriához csatlakozik, amelyet nyolc 4 GiB-os HMC biztosít. A HMC-k 16 sávos változatok, mindegyik sáv 15 Gbit/s sebességgel működik. Minden CMG („magmemória-csoport”, ld. fent) két HMC interfésszel rendelkezik, és minden HMC interfész két HMC-hez kapcsolódik a saját portjain keresztül. Mindegyik CMG memória-sávszélessége ekkor 240 GB/s (120 GB/s be és 120 GB/s ki).

Az XIfx a tíz SERDES-csatornát egy külső Tofu összekötő vezérlőre cserélte, egy második generációs Tofu2 összekötő réteg tízportos integrált vezérlőjére. A Tofu2 egy 25 GB/s full duplex sávszélességű (irányonként 12,5 GB/s, tíz portra 125 GB/s) 6D rács/tórusz hálózat és egy továbbfejlesztett útválasztási architektúra.

SPARC64 XII

szerkesztés

A SPARC64 XII a Fujitsu által tervezett, 2015-ben bejelentett és 2017 április 4-én megjelent nagy teljesítményű, 64 bites, 12 magos, szerverekben való alkalmazást célzó SPARC V9 architektúrájú mikroprocesszor.[51][52]

A SPARC64 XII magok 3,9 GHz-en (más forrás szerint 4,25 GHz-en)[51][52] futnak, 20 nm-es folyamattal gyártja a TSMC. A mag 5,5 milliárd tranzisztort tartalmaz, memória sávszélessége 153 GiB/sec és az M12-es rendszerekban használják őket.[53] A CPU csomag akár 12 magot tartalmazhat és 8 utas SMT-t (96 szál) valósíthat meg.

Jövőbeli fejlesztések

szerkesztés

A Fujitsu 2016 júniusában a Nemzetközi Szuperszámítógépes Konferencián (International Supercomputing Conference) bejelentette, hogy a jövőbeli exascale szuperszámítógépe saját tervezésű, ARMv8 architektúrát implementáló processzorokra fog épülni. A Fujitsu A64FX az ARMv8 architektúrának a HPC-ACE2-vel egyenértékű bővítéseit fogja megvalósítani, amelyeket a Fujitsu az ARM Holdings vállalattal közösen fejleszt.[54]

  1. a b Morgan, Timothy Prickett: Fujitsu Draws Sparc64 Roadmap Past 2010. The Unix Guardian, 2006. február 23. [2016. március 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2022. július 14.)
  2. Diefendorff, Keith (1999. november 15.). „Hal Makes Sparcs Fly”. Microprocessor Report 13. 
  3. "Microarchitecture and Performance Analysis of a SPARC-V9 Microprocessor for Enterprise Server Systems".
  4. Morgan, Timothy Prickett. „Fujitsu-Siemens Cranks the Clock on Sparc V Chips for PrimePowers”, The Unix Guardian, 2006. február 9.. [2016. március 3-i dátummal az eredetiből archiválva] (Hozzáférés: 2022. július 14.) 
  5. a b Krewell, Kevin (2002. október 21.). „Fujitsu's SPARC64 V Is Real Deal”. Microprocessor Report, 1. o. 
  6. a b c "SPARC64 V Processor For UNIX Server"
  7. Krewell 2002, p. 2
  8. a b "SPARC64 VI Extensions" page 56, Fujitsu Limited, Release 1.3, 27 March 2007
  9. FMA: fused multiply-add, összeolvasztott szorzás-összeadás, egyetlen utasításban a két művelet
  10. "Microarchitecture and Performance Analysis of a SPARC-V9 Microprocessor for Enterprise Server Systems", p. 4.
  11. a b c Ando, Hisashige (2003. november 1.). „A 1.3GHz Fifth Generation SPARC64 Microprocessor”. IEEE Journal of Solid-State Circuits 38 (11), 702–705. o. DOI:10.1145/775832.776010. 
  12. Krewell 2002, p. 3
  13. Ando 2003.
  14. Morgan, Timothy Prickett: Fujitsu-Siemens Upgrades PrimePower Unix Servers. The Unix Guardian, 2004. június 24. [2012. június 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2022. július 14.)
  15. "Fujitsu-Siemens Cranks the Clock on Sparc V Chips for PrimePowers"
  16. Fujitsu Limited (27 March 2007). "SPARC64 VI Extensions, Release 1.3". pp. 45–46.
  17. Fujitsu, Sun Deliver Joint Sparc Enterprise Server Line. The Unix Guardian, 2007. április 19. [2012. október 28-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2022. július 14.)
  18. "SPARC's Still Going Strong", p. 1.
  19. a b c Morgan, Timothy Prickett: Fujitsu and Sun Flex Their Quads with New Sparc Server Lineup. The Unix Guardian, 2008. július 17. [2008. november 20-i dátummal az eredetiből archiválva].
  20. "Hot Chips: Fujitsu shows off SPARC64 VII"
  21. Sun SPARC Enterprise Server Family Architecture: Flexible, Mainframe-Class Compute Power for the Datacenter. Sun Microsystems. (Hozzáférés: 2008. április 21.)
  22. Morgan, Timothy Prickett: Sun, Fujitsu launches entry quad-core Sparc box. The Register, 2008. október 28.
  23. Morgan, Timothy Prickett: Sun's Sparc server roadmap revealed. The Register, 2009. szeptember 11.
  24. Morgan, Timothy Prickett: Sun, Fujitsu crank Sparc64-VII clocks. The Register, 2009. október 13.
  25. Morgan, Timothy Prickett: Sun, Fujitsu juice entry Sparc box. The Register, 2010. január 12.
  26. a b c d Morgan, Timothy Prickett: Oracle, Fujitsu goose Sparc M3000 entry box. The Register, 2011. április 12.
  27. Fujitsu Limited (2010. december 2.). „Fujitsu and Oracle Enhance SPARC Enterprise M-Series with New Processor”. 
  28. Fujitsu Limited (2011. április 14.). „Fujitsu and Oracle Deliver Enhanced SPARC Enterprise M3000 Server”. 
  29. Ellison: Sparc T4 due next year: Sparc64-VII+ clock and cache bumps now. The Register . (Hozzáférés: 2010. december 3.)
  30. Fujitsu unveils world's fastest CPU. The Inquirer, 2009. május 14. [2009. május 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2009. május 14.)
  31. Takumi Maruyama (2009). „SPARC64 VIIIfx: Fujitsu's New Generation Octo Core Processor for PETA Scale computing”. Proceedings of Hot Chips 21, IEEE Computer Society. [2010. október 8-i dátummal az eredetiből archiválva]. Hozzáférés: 2022. július 14. 
  32. Japanese supercomputer 'K' is world's fastest”, The Telegraph , 2011. június 20. (Hozzáférés: 2011. június 20.) 
  33. a b Japanese 'K' Computer Is Ranked Most Powerful”, The New York Times, 2011. június 20. (Hozzáférés: 2011. június 20.) 
  34. Supercomputer "K computer" Takes First Place in World. Fujitsu. (Hozzáférés: 2011. június 20.)
  35. Supercomputer "K computer" Takes First Place in World. RIKEN. [2012. március 11-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. június 20.)
  36. Japan Reclaims Top Ranking on Latest TOP500 List of World's Supercomputers, <http://www.top500.org/lists/2011/06/press-release>. Hozzáférés ideje: 20 June 2011 Archiválva 2011. június 23-i dátummal a Wayback Machine-ben Archivált másolat. [2011. június 23-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2022. július 14.)
  37. K computer, SPARC64 VIIIfx 2.0 GHz, Tofu interconnect, <http://www.top500.org/system/10810>. Hozzáférés ideje: 20 June 2011 Archiválva 2011. június 23-i dátummal a Wayback Machine-ben Archivált másolat. [2011. június 23-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2022. július 14.)
  38. Magyarázat: A SPARC V9 a regisztereket regiszterablakokba osztja be, és egy ablakban max. 32 integer regiszter lehet. Ez architekturális korlát. A lebegőpontos regiszterek nincsenek ablakokba osztva, de a számuk ugyancsak 32. A HPC-ACE több regisztert akar használni, a vektoros utasításokban, emiatt kellett a kiterjesztés. A sok regiszterrel extra párhuzamosságot érnek el, és csökkentik a spill/fill műveletek számát. A SPARC V9 utasításhossza 32, nem fér bele az extra regiszterek kódolása. Két prefix utasítást definiáltak: SXAR1, SXAR2 - az 1 és 2 rákövetkező utasításokhoz definiálja az extra INT/FP regisztereket, akár 4 operandust SXAR1: set XAR for subsequent one instruction, SXAR2: set XAR for subsequent two instructions. Ld.: SPARC64™ VIIIfx: Fujitsu’s New Generation Octo Core Processor for PETA Scale computing
  39. a b Byrne, Joseph (2011. december 5.). „Sparc64 IXfx Burns Through FP Code”. Microprocessor Report. 
  40. Fujitsu Launches PRIMEHPC FX10 Supercomputer
  41. Morgan, Timothy Prickett (7 November 2011). "Fujitsu readies 23 petaflops Sparc FX10 super beast". The Register.
  42. a b (2012. augusztus 29.) „SPARC64 X: Fujitsu's New Generation 16 Core Processor for the next generation UNIX servers”, Kiadó: IEEE Hot Chips 24 Symposium (HCS). DOI:10.1109/HOTCHIPS.2012.7476503. 
  43. (2012. szeptember 17.) „Fujitsu and Oracle Ignite SPARCs”. Microprocessor Report. 
  44. (2013. október 7.) „Fujitsu, Oracle Processors Evolve”. Microprocessor Report. 
  45. „SPARC64 X+: Fujitsu's Next Generation Processor for UNIX servers”, 2013. augusztus 27. 
  46. „Oracle Unfolds Sparc Roadmap, Fujitsu boosts SPARC64 X Clocks”, EnterpriseTech, 2014. április 8. 
  47. a b c Halfhill, Tom R. (2014. szeptember 22.). „Sparc64 XIfx Uses Memory Cubes”. Microprocessor Report. 
  48. Sparc-Prozessor für 100-Petaflop-Rechner Heise Newsticker, 6 August 2014
  49. Next Generation PRIMEHPC Archiválva 2016. március 4-i dátummal a Wayback Machine-ben Fujitsu Ltd., 2014
  50. Fujitsu guns for faster supercomputers with new chip Agam Shah, PC World, 6 August 2014
  51. a b SPARC64 XII - Fujitsu (angol nyelven). WikiChip.org, 2019. március 24. (Hozzáférés: 2022. július 14.)
  52. a b (2018 szeptember-október) „SPARC64 XII: Fujitsu’s Latest 12-Core Processor for Mission-Critical Servers” (pdf). IEEE Micro 38 (05), 75-84. o. DOI:10.1109/MM.2010.4. (Hozzáférés: 2022. július 14.) 
  53. [Prickett Morgan]: Fujitsu takes on IBM POWER9 with SPARC64-XII (angol nyelven). Thze Next Platform, 2017. április 5. (Hozzáférés: 2022. július 13.)
  54. Inside Japan's Future Exascale ARM Supercomputer. The Next Platform , 2016. június 23. (Hozzáférés: 2016. július 13.)

Fordítás

szerkesztés

Ez a szócikk részben vagy egészben a SPARC64 V című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További olvasmányok

szerkesztés
SPARC64 V
  • (2003. február 13.) „A 1.3 GHz fifth generation SPARC64 microprocessor”. 2003 IEEE International Solid-State Circuits Conference: 246, 491. doi:10.1109/ISSCC.2003.1234286. 
  • (2003. december 8.) „A 1.3GHz fifth generation SPARC64 microprocessor”. Design Automation Conference: 702–705. doi:10.1145/775832.776010. 
  • (2003. december 8.) „A physical design methodology for 1.3 GHz SPARC 64 microprocessor”. 21st International Conference on Computer Design: 204–210. doi:10.1109/ICCD.2003.1240896. 
  • (2008) „2008 június 24–27, Validation of hardware error recovery mechanisms for the SPARC64 V microprocessor”. 2008 IEEE International Conference on Dependable Systems and Networks: 62–69. doi:10.1109/DSN.2008.4630071. 
SPARC64 VIIIfx
  • (2010 március-április) „Sparc64 VIIIfx: A New-Generation Octocore Processor for Petascale Computing”. IEEE Micro 30 (2), 30–40. o. DOI:10.1109/MM.2010.40. ISSN 0272-1732. 
  • (2010. december 8.) „Fine grained power analysis and low-power techniques of a 128GFLOPS/58W SPARC64 VIIIfx processor for peta-scale computing”. Symposium on VLSI Circuits: 167–168. doi:10.1109/VLSIC.2010.5560313. 
SPARC64 X
  • (2013. december 8.) „A 10th generation 16-core SPARC64 processor for mission-critical UNIX server”. IEEE International Solid-State Circuits Conference: 60–61. doi:10.1109/ISSCC.2013.6487637. 
  • (2014. január 1.) „The 10th Generation 16-Core SPARC64 Processor for Mission Critical UNIX Server”. IEEE Journal of Solid-State Circuits 49 (1), 32–40. o. DOI:10.1109/JSSC.2013.2284650. ISSN 0018-9200. 
  • (2013 november–december) „Sparc64 X: Fujitsu's New-Generation 16-Core Processor for Unix Servers”. IEEE Micro 33 (6), 16–24. o. DOI:10.1109/MM.2013.126. ISSN 0272-1732. 
SPARC64 XIfx
  • (2015 március–április) „Sparc64 XIfx: Fujitsu's Next-Generation Processor for High-Performance Computing”. IEEE Micro 35 (2), 32–40. o. DOI:10.1109/MM.2015.11. ISSN 0272-1732. 

További információk

szerkesztés

Kapcsolódó szócikkek

szerkesztés