Főmenü megnyitása

A Sun Microsystems UltraSPARC T1 mikroprocesszora, amely 2005. november 14-i bemutatásáig "Niagara" kódnéven volt ismert, egy többszálas, többmagos CPU. A szerverek energiafelhasználásának csökkentésére tervezett processzor jellemző fogyasztása 72 W 1,4 GHz-en.

UltraSPARC T1
Niagare.png
Gyártás 2005
Tervező Sun Microsystems
Gyártó Texas Instruments
Max CPU órajel 1,0 – 1,4 GHz
Architektúra SPARC V9
Magok száma 4, 6, 8
Magok nevei S1
L1 gyorsítótár 16 KiB utasítás, 8 KiB adat
L2 gyorsítótár 3 MiB
L3 gyorsítótár
Utód UltraSPARC T2

Az Afara Websystems úttörő munkát végzett egy gyökeresen eltérő, sokszálú SPARC kialakításon. A céget felvásárolta a Sun, és az így szerzett szellemi tulajdon alapozta meg a CoolThreads processzorvonalat, amely a T1-essel kezdődött. A T1 egy teljesen új tervezésű SPARC mikroprocesszor megvalósítás, amely megfelel az UltraSPARC Architektúra 2005-ös specifikációjának és végrehajtja a teljes SPARC V9 utasításkészletet. A Sun eddig két többmagos processzort tervezett (UltraSPARC IV és IV+), de az UltraSPARC T1 az első egyszerre többmagos és többszálú mikroprocesszora. A processzor négy, hat vagy nyolc CPU magos kivitelben készült, minden mag négy szál konkurens végrehajtására képes. Így egy teljes kiépítésű processzorban maximum 32 szál hajtható végre egyidejűleg.

Az UltraSPARC T1 a felsőkategóriás Sun SMP rendszerekhez hasonlóan particionálható. Ily módon több mag particionálható egy processz- vagy szálcsoport futtatására, mialatt a többi mag a rendszer fennmaradó processzeivel foglalkozik.

Tartalomjegyzék

MagokSzerkesztés

 
A Niagara processzor tömbvázlata
 
Az UltraSPARC T1 futószalagjának szerkezete

Az UltraSPARC T1-et az alapoktól kezdve többszálas végrehajtású, különleges rendeltetésű processzornak tervezték, így egy teljesen új architektúrát vezet be a nagy teljesítmény érdekében. Ahelyett, hogy a magokat a maximális intelligenciával és optimalizációval látták volna el, a Sun célja a lehető legtöbb szál futtatása és a magok futószalagjainak lehető legnagyobb mértékű kihasználása volt. A T1 magok sokkal kevésbé összetettek, mint a jelenlegi felsőkategóriás processzorok, ami lehetővé tette 8 mag elhelyezését egy lapkán. Ezek a magok nem sorrenden kívüli végrehajtásúak és nem rendelkeznek nagyméretű gyorsítótárakkal sem.

Az egyszálú processzorok teljesítménye erősen függ a nagy gyorsítótáraktól, mert a gyorsítótár-tévesztések várakozást okoznak az adatok lehívásakor a főmemóriából. A nagyobb gyorsítótár megnöveli annak valószínűségét, hogy az adat már a gyorsítótárban van, így csökkenti a gyorsítótár-tévesztés lehetőségét, de ha az mégis bekövetkezik, akkor a hatás ugyanaz.

A T1 magok igyekeznek elkerülni a gyorsítótár-tévesztést a többszálas működéssel. Mindegyik mag egy barrel processzor, ami azt jelenti, hogy minden ciklusban átvált a rendelkezésre álló szálak között. Mikor fellép egy nagy várakozási idejű esemény, mint például a gyorsítótár-tévesztés, a szál kikerül a körforgásból, egészen addig, amíg a hozzá tartozó adat a háttérben belekerül a gyorsítótárba. Mikor a nagy várakozási idejű esemény véget ér, a szál újra végrehajthatóvá válik. A futószalag megosztása több szál között ugyan lassítja a szálak végrehajtását, de a magok teljes adatátviteli sebessége és a kihasználtsága sokkal magasabb. Ez azt is jelenti, hogy a gyorsítótár-tévesztések hatása igencsak lecsökken (a tévesztés csak nagyon kis lassulást okozhat), és hogy a T1 képes fenntartani az adatátviteli sebességet sokkal kisebb méretű gyorsítótár használatával is. A gyorsítótárnak nem kell olyan nagynak lennie, hogy az egész „aktív lapkészletet” magában foglalja, hanem elég csak a szálak legfrissebb gyorsítótár-tévesztéseit tartalmaznia.

A teljesítménytesztek mutatják, hogy ez a megközelítés nagyon jól működik a kereskedelmi célú (fixpontos), többszálú terheléseknél, mint például Java alkalmazásszerverek, vállalatirányítási információs rendszerek (Enterprise Resource Planning, ERP) alkalmazásszerverek, e-mail (például Lotus Domino) szerverek, és webszerverek. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy az UltraSPARC T1 magjai önmagukban is hatékonyabbak, mint a kb. 2001-es egymagos, egyszálú UltraSPARC III magok, és az összehasonlításban jelentősen felülmúlja az egyéb processzorokat a többszálú fixpontos feladatokban.[forrás?]

Fizikai jellemzőkSzerkesztés

Az UltraSPARC T1 279 millió tranzisztort tartalmaz, lapkafelülete 378 mm². A Texas Instruments gyártotta 90 nm-es CMOS folyamattal, kilenc rétegű réz fémezéssel.[1] Mindegyik magnak van egy első szintű (L1) 16 KiB-os utasítás-gyorsítótára és 8 KiB-os adat-gyorsítótára. A második szintű gyorsítótár 3 MiB méretű, harmadik szintű gyorsítótár nincs.

RendszerekSzerkesztés

 
Sun Fire T1000 szerver

A T1 processzor a Sun és a Fujitsu Computer Systems következő termékeiben található:

Megcélzott piacSzerkesztés

Az UltraSPARC T1 mikroprocesszornak egyedi erősségei és gyengéi vannak, így egyedi piaci szegmenseket céloz. A processzort nem a nagy teljesítményigényű számítások és az ultranagy teljesítményű alkalmazások terén használják, hanem inkább a hálózatokban működő nagy rendelkezésre állású szerverekben, nagy forgalmú webszerverekben és középkategóriás Java, ERP és CRM alkalmazás szerverekben alkalmazzák, amelyek jól ki tudják használni a sok különálló szálat. A T1 kialakítás egyik korlátja, hogy az összes (8) mag csak egyetlen lebegőpontos egységen osztozik (a magok közösen használják az FPU-t); ezért a T1 nem alkalmas a sok lebegőpontos számítást igénylő alkalmazások hatékony kiszolgálására. A processzor által célzott piaci szegmensben jellemzően nem használnak lebegőpontos műveleteket, a Sun szerint ez nem nagy probléma. A Sun biztosít eszközöket az alkalmazások párhuzamossági szintjének és lebegőpontos számítási igényének meghatározására, és így eldönthető, hogy a T1 vagy a T2 platform alkalmas ezek futattásához.[2]

A web- és alkalmazási réteg feldolgozásán kívül az UltraSPARC T1 alkalmas lehet kisebb adatbázis-alkalmazások futtatására, nagy felhasználószám mellett. MySQL adatbáziskezelő akár 13-szor gyorsabban futhat UltraSPARC T1 szerveren, mint AMD Opteron szerveren.[3]

VirtualizációSzerkesztés

A T1 az első SPARC processzor, amely támogatja a Hyper-Privileged (hiperprivilegizált) végrehajtási módot. A SPARC Hypervisor futószalag ebben az üzemmódban fut; ez a T1 rendszert 32 logikai tartományra osztja, amelyek mindegyike képes egy operációs rendszer példány futattására.

Jelenleg a Solaris és a Linux támogatott, és a FreeBSD támogatás fejlesztés alatt áll (2007-es hír szerint).[4]

Szoftverlicencelési ügyekSzerkesztés

Szokás szerint a kereskedelmi célú szoftvercsomagok, mint pl. az Oracle Database, ára a processzorok számától függően változik. 2006 elején az Oracle megváltoztatta a licencelési modelljét és bevezettet a processzor faktor mutatót. Egy 0,25-ös processzor faktor mellett T1 processzorhoz, egy 8 magos T2000-en csak egy 2-CPU-s licencre van szükség.[5]

Az "Oracle Processor Core Factor Table"[6] folyamatosan változik az új processzorok megjelenésével.

2006-ban az IBM bevezette a Value Unit (VU) árazást. Így a T1 magok értéke 30 PVU (a T2 mag 50 PVU, a T3 70 PVU) a magonkénti 100 PVU alapérték helyett.[7]

GyengeségekSzerkesztés

A T1-ben csak egyetlen lebegőpontos processzor van, amelyet a 8 mag közösen használ, így ezek nem igazán alkalmasak a nagyteljesítményű számítási feladatokban való felhasználásra. Ezt a gyengeséget a UltraSPARC T2 processzorral igyekeztek orvosolni, amely már 8 lebegőpontos egységet tartalmaz, egyéb javítások mellett.

A T1 csak egyprocesszoros rendszerekben volt használható, ami korlátozta a nagy vállalati környezetben való alkalmazását. Ezt a következő „Victoria Falls”, a piacon UltraSPARC T2 Plus néven is ismert processzor hidalja át,[8] valamint a következő generációs SPARC T3 és SPARC T4 processzorok. Az UltraSPARC T2+, SPARC T3, és SPARC T4 mind egy-, két- és négy socketes konfigurációkat is kínál.

A T1 kiváló adatátviteli sebességet biztosít a processzor által támogatott sok szál segítségével, de az egyetlen szál szűk keresztmetszetére korlátozott régebbi alkalmazások esetenként rossz összteljesítményt mutatnak. Az egyszálas alkalmazások problémáján a SPARC T4 processzor igyekszik segíteni. A T4-ben a magok számát 8-ra csökkentették (a T4-ben meglévő 16-ról), ám a magok összetettebbek lettek, az órajelfrekvenciát közel kétszeresére növelték – ezáltal az egyedi szálak teljesítménye jelentősen nőtt (300% és 500% közötti növekedés az előző generációkhoz képest).[9] További próbálkozás történt a „kritikus szál API” bevezetésére, amellyel az operációs rendszer észlelheti a szűk keresztmetszetet és ideiglenesen 1–8 szál helyett egy egész maghoz rendelheti az erőforrásokat, ha a célzott alkalmazás egyszálas végrehajtású CPU-hoz kötött viselkedést mutat.[10] A T4 ezáltal egyedüli módon enyhíti az egyszálas végrehajtás szűk keresztmetszetét, miközben nem rontja a teljes architektúra többszálas végrehajtású adatátviteli sebességét.

Modern kialakításokSzerkesztés

Az UltraSPARC T1-gyel induló „Coolthreads(TM)” architektúra nagy hatással volt a későbbi SPARC processzor-kialakításokra.

A „Rock”Szerkesztés

Az eredeti UltraSPARC T1-et egyprocesszoros rendszernek tervezték és nem volt alkalmas az SMP-re. A „Rock” egy magasabbra törő tervezet volt, amely a többprocesszoros szerverarchitektúrák támogatására szolgált volna, a tradicionális adatfeldolgozó üzemet megcélozva, mint az adatbázisok. Ez inkább a Sun SMP processzorainak, pl. az UltraSPARC IV folytatásának látszott, nem pedig az UltraSPARC T1 vagy T2 helyettesítőjének, ám a fejlesztést törölték a Sun Oracle által történt felvásárlásának idején.

UltraSPARC T2Szerkesztés

Ez a típus a Niagara 2 kódnéven is ismert, az UltraSPARC T1 utódja. A T2-ben nyolc mag van. A T1-gyel ellentétben minden mag 8 szálat támogat, magonként egy FPU áll rendelkezésre, magonként egy továbbfejlesztett kriptográfiai egység, és a processzor beágyazott 10 gigabites Ethernet hálózati vezérlőkkel rendelkezik.

UltraSPARC T2 PlusSzerkesztés

2007 februárjában a Sun bejelentette, hogy harmadik generációs szimultán többszálas végrehajtású kialakítása, a Victoria Falls kódnevű processzor 2006 októberében a tape out fázisba lépett. A két socketes szerver (2 RU) 128 szálat biztosít, 16 magot tartalmaz és 65-szörös teljesítményjavulást mutat az UltraSPARC III-hoz képest.[8]

A Hot Chips 19 konferencián a Sun bejelentette, hogy a Victoria Falls processzort kétutas és négyutas szerverekben fogják használni. Így egyetlen 4 utas SMP szerver 256 konkurens hardver szálat támogat.[11]

2008 áprilisában a Sun forgalomba hozta 2 utas UltraSPARC T2 Plus szervereit, a SPARC Enterprise T5140 és T5240 típusokat.

2008 októberében a Sun kibocsátotta a 4 utas UltraSPARC T2 Plus processzoros SPARC Enterprise T5440 szervert.[12]

SPARC T3Szerkesztés

2006 októberében a Sun közölte, hogy a Niagara 3 45 nm-es folyamattal fog készülni.[forrás?] A The Register brit technológiai lap információi szerint 2008 júniusában a processzor 16 magot tartalmaz, és hibásan arra célzott, hogy a magok 16 szálat futtathatnak. A Hot Chips 21 konferencián a Sun közölte, hogy a csip 16 magot tartalmaz és összesen 128 szálat futtat.[13][14]

A ISSCC 2010-es előadásán elhangzott, hogy a 16 magos SPARC SoC processzor max. 512 szálat futtathat egy négyutas közvetítő logika nélküli rendszerben, az adatátviteli sebesség maximalizálása érdekében. A 6 MiB-es második szintű gyorsítótár 461 GB/s, a 308 tűs SerDes bemeneti/kimeneti rendszer 2,4 TB/s sebességet biztosít. Hat órajel- és négy feszültségtartomány, energiafelhasználás-menedzsment és más áramköri technikák segítik a teljesítmény, fogyasztás, változtathatóság és termelékenységi kompromisszumok optimális kiegyensúlyozását, a 377 mm² felületű lapkán.[15]

SPARC T4Szerkesztés

A T4 CPU-t 2011 végén adták ki. Az új T4 CPU csak 8 magot tartalmaz (mint a T1, T2 és T2+). Kódneve „S3”, jellemzői a javított szálankénti teljesítmény, amit a sorrenden kívüli végrehajtás bevezetése tett lehetővé, és az egyszálas programok teljesítményének további javítása.[16][17]

2010-ben Larry Ellison bejelentette, hogy az Oracle felajánlotta az Oracle Linux operációs rendszer támogatását az UltraSPARC platformra, és a portok a T4 és T5 megjelenésével elkészülnek.[18]

John Fowler, az Oracle rendszerekért felelős vezérigazgató-helyettese az Openworld 2014 rendezvényen kijelentette, hogy „a Linux valamikor SPARC rendszereken is működni fog”.[19][20][21][22]

SPARC T5Szerkesztés

Az új T5 CPU jellemzői: összesen 128 szál 16 magon, 28 nanométeres technológiával készül.

Nyílt tervekSzerkesztés

2006. március 21-én a Sun a GNU General Public License hatálya alá helyezte az UltraSPARC T1 processzorkialakítás terveit az OpenSPARC projekt keretében. A közzétett információ a következőket tartalmazza:

  • Az UltraSPARC T1 kialakítás Verilog forráskódja;
  • Vizsgálati programcsomag és szimulációs modellek;
  • ISA specifikáció (UltraSPARC Architecture 2005);
  • A Solaris 10 operációs rendszer szimulációs lemezképei.

JegyzetekSzerkesztés

  1. McGhan, Harlan (6 November 2006). "Niagara 2 Opens the Floodgates". Microprocessor Report.
  2. cooltst: Cool Threads Selection Tool. Workload Characterization blog. Sun Microsystems, 2006. április 6. [2014. december 26-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. május 30.)
  3. Thomas Rampelberg: Cruisin' with a T2k (PDF). DigiTar, 2006. május 9. (Hozzáférés: 2007. február 7.)
  4. FreeBSD/sun4v Project. (Hozzáférés: 2007. április 9.)
  5. Multi-core Processors: Impact On Oracle Processor Licensing (PDF). Oracle. [2007. március 20-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. augusztus 12.)
  6. Oracle Processor Core Factor Table. Oracle Processor Core Factor Table. Oracle. (Hozzáférés: 2011. szeptember 8.)
  7. Processor Value Unit Licensing for Distributed SW. IBM. (Hozzáférés: 2011. június 15.)
  8. a b Fowler, John: Growth by Design (PDF). Sun Microsystems, 2007. február 6. (Hozzáférés: 2007. február 7.)
  9. Oracle's Sparc T4 chip: Will you pay Larry's premium?. The Register. (Hozzáférés: 2012. június 21.)
  10. Conversations with Oracle Innovators. Oracle. (Hozzáférés: 2012. június 21.)
  11. Stephen, Phillips: Victoria Falls: Scaling Highly-Threaded Processor Cores (PDF). Sun Microsystems, 2007. augusztus 21. (Hozzáférés: 2007. augusztus 24.)
  12. Sun and Fujitsu's SPARC Enterprise T5440 Server Redefines Midrange Enterprise Computing with Industry-Leading Price Points, Power Management and Multiple World Record Benchmarks. Sun Microsystems, 2008. október 13. (Hozzáférés: 2008. október 13.)
  13. Sanjay Patel, Stephen Phillips and Allan Strong. "Sun's Next-Generation Multi-threaded Processor - Rainbow Falls: Sun's Next Generation CMT Processor Archiválva 2011. július 23-i dátummal a Wayback Machine-ben". HOT CHIPS 21.
  14. Stokes, Jon (February 9, 2010). "Two billion-transistor beasts: POWER7 and Niagara 3". Ars Technica.
  15. J. Shin, K. Tam, D. Huang, B. Petrick, H. Pham, C. Hwang, H. Li, A. Smith, T. Johnson, F. Schumacher, D. Greenhill, A. Leon, A. Strong. "A 40nm 16-Core 128-Thread CMT SPARC SoC Processor". ISSCC 2010.
  16. Oracle's SPARC T4 chip: Will you pay Larry's premium?
  17. Sean Gallagher (28 September 2011), SPARC T4 looks to be good enough to stave off defections to x86, Linux, Ars Technica, <http://arstechnica.com/business/news/2011/09/sparc-t4-looks-to-be-good-enough-to-stave-off-defections-to-x86-linux.ars>
  18. Niccolai, James: Ellison: Oracle Enterprise Linux Coming to Sparc. PCWorld
  19. Oracle says Sparc M7 chip will put an end to Heartbleed. The Inquirer
  20. binutils patches. binutils ml
  21. linux kernel patches. sparc linux ml
  22. libc patches. libc ml

FordításSzerkesztés

Ez a szócikk részben vagy egészben az UltraSPARC T1 című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

ForrásokSzerkesztés

További információkSzerkesztés

Kapcsolódó szócikkekSzerkesztés