Рисунок 1. Основные этапы развития микропроцессоров серии UltraSPARC.
Sun является одной из немногих компаний, разрабатывающих вычислительные системы от начала до конца, то есть от микропроцессоров и архитектуры вычислительной системы до программного обеспечения, поэтому все этапы разработки проходят в рамках единой концепции, что дает определенные преимущества по сравнению с конкурентами (компания имеет больше степеней свободы), но, вместе с тем, накладывает большую ответственность за принимаемые решения.
Основной девиз компании — "Сеть — это компьютер", очень хорошо согласуется с основными тенденциями развития вычислительной техники в последние годы. Так, все большее распространение получают такие области применения, как Интернет и сетевые вычисления. Это, в свою очередь, предъявляет повышенные требования к производительности вычислительных систем, причем потребности в увеличении производительности растут быстрее, чем производительность отдельных микропроцессоров.
Решить данную проблему можно только посредством создания масштабируемых многопроцессорных систем. Так, по словам Криса Вилларда (Chris Willard), руководителя направления исследований в области высокопроизводительных вычислений компании IDC Research, все новшества в компьютерных архитектурах направлены на объединение большого числа процессоров в единую систему. Sun не является исключением в данном вопросе, однако, решение его начинается еще на уровне микропроцессора, а не системы, как у многих других (см. [3] ).
Здесь уместно привести слова Ананта Агравала (Anant Agrawal), вице-президента и генерального менеджера подразделения микроэлектроники Sun Microsystems: "На экспоненциальный рост Интернет и сетевых вычислений рынок отвечает требованием высокопроизводительных процессоров, которые должны быть хорошо масштабируемыми. Ultra SPARC III будет удовлетворять этим требованиям и позволит нашим потребителям создавать высокопроизводительные, многопроцессорные системы, которые можно будет легко нарастить, чтобы обеспечить поддержку быстро разрастающейся инфраструктуры" (см. [3] ).
Ниже мы рассмотрим конкретные архитектурные решения, заложенные в новый процессор, но перед этим хотелось бы остановиться на стратегии и планах компании в области производства микропроцессоров.
В течение нескольких последних лет компания Sun Microsystems помимо основного направления — процессоров для серверов и рабочих станций поддерживает линию процессоров для встроенных применений (microSPARC). В 1997 году модельный ряд компании обогатился микропроцессором UltraSPARC IIi, предназначенным для использования в недорогих однопроцессорных системах. При этом снижение стоимости системы достигалось за счет использования шины PCI в качестве системной (как в процессоре, так и в самой системе), что позволяло применять периферийные платы данного стандарта от других производителей, а также уменьшить число специализированных СБИС.
В 1998 году компанией была обнародована новая политика в отношении производства микропроцессоров. Необходимость такого шага (как уже упоминалось ранее) отчасти была обусловлена задержками в появлении нового микропроцессора UltraSPARC III и связанной с этим необходимостью успокоить потребителей. С другой стороны, на это повлиял приобретенный опыт производства нескольких типов микропроцессоров, а также анализ рынка. Возможно, был учтен опыт других компаний, занимающихся разработкой и производством процессоров.
В последние годы в маркетинговой политике Sun четко прослеживается тенденция к освоению новых секторов рынка вычислительных систем. Так, например, в середине 90-х компания обозначила свое присутствие в области многопроцессорных комплексов (сначала это были SPARCcenter 2000 и SPARCserver 1000, а затем — Ultra Enterprise 10000). Позже Sun проявила интерес к недорогим системам с шиной PCI.
Такая политика представляется более гибкой и позволяет быстрее реагировать на потребности рынка, а также снижает риски компании по сравнению с ситуацией, когда делается ставка только на одно направление. Возвращаясь к ситуации 1998 года, можно сказать, что в тот момент выбранная стратегия подтвердила свою жизнеспособность.
В настоящее время разработка и производство микропроцессоров осуществляется по трем основным направлениям (см. рис. Рис. 1 , заимствованный нами из [2] ). Процессоры, принадлежащие к тому или иному семейству, имеют соответствующий буквенный индекс.
Семейство "S". Сюда входят микропроцессоры UltraSPARC I/II/III. Представители этого семейства обладают полным набором функций и имеют максимальную производительность. Они предназначены для использования в рабочих станциях и серверах с наращиваемой архитектурой.
Семейство "I". Сейчас к нему относятся только микропроцессоры UltraSPARC IIi. Процессоры данного семейства предназначены для использования в однопроцессорных системах, имеющих высокое соотношение производительность/стоимость. Это достигается за счет оптимизации внешних интерфейсов процессора, размещения части функциональных устройств (например, контроллеров интерфейсов) непосредственно на кристалле процессора и сокращения за счет этого числа внешних специализированных микросхем. В будущем предполагается появление конфигураций с несколькими процессорами.
Семейство "E". На сегодняшний день семейство представлено микропроцессорами двух типов: microSPARC и UltraSPARC. Предназначено для встроенных применений (сетевые интерфейсы, платы управления, модемы и т.п.), требующих достаточной вычислительной мощности при минимальной стоимости и низком энерговыделении.
Разработка любого микропроцессора включает в себя три основные фазы: разработку набора команд, разработку собственно архитектуры и выбор технологического процесса. Каждая фаза требует решения целого комплекса вопросов. И с этой точки зрения подход Sun к процессу разработки являет собой пример осторожности. В основу положен принцип минимального риска. При модернизации или разработке нового процессора кардинальному изменению может быть подвергнута только одна из трех составляющих.
Если говорить о конкретных процессорах UltraSPARC, то компания с некоторых пор придерживается следующего правила: поколения с нечетным номером (UltraSPARC I, III и т.д.) представляют собой разработки, имеющие принципиально новую архитектуру (новый конвейер), а с четным номером (UltraSPARC II, IV и т.д.) — являются технологической модернизацией предыдущего поколения. При таком подходе обеспечивается программная совместимость при переходе от одного поколения к другому и обеспечивается постоянный рост производительности микропроцессоров. Опыт последних нескольких лет свидетельствует в пользу такого подхода.
Завершая эту тему, нельзя не сказать несколько слов о дальнейших планах Sun по разработке новых микропроцессоров. Речь будет идти, в основном, о семействе "S", как базовом для всего направления, но сначала — о серьезных переменах в семействе "E". Совсем недавно, в мае 1999 года, компания представила архитектуру нового представителя семейства встроенных процессоров — UltraSPARC IIe, который должен появиться в 2000 году и сменить поколение процессоров microSPARC. Примечательно то, что с этого момента все процессоры, выпускаемые компанией, будут полностью совместимы на программном уровне (напомним, что выпускаемый сейчас microSPARC представляет собой 32-разрядный процессор с архитектурой V8, которая использовалась до появления линии UltraSPARC) (см. также [4] ).
В 1998 году, когда стало ясно, что появление нового процессора UltraSPARC III задерживается, компанией были предприняты серьезные шаги по предотвращению возможных негативных последствий (см. [5] ). Для этого была проведена модернизация процессоров второго поколения с целью повышения тактовой частоты. Сначала появились процессоры с рабочей частотой 360 МГц (до этого было только 300 МГц), а затем — с частотами 400 и 450 МГц. Таким образом, был обеспечен постоянный рост производительности систем на базе процессоров UltraSPARC II.
В мае 1999 года появился первый опытный экземпляр процессора UltraSPARC III. Он выполнен по технологии 0.25 мкм и имеет рабочую частоту 600 МГц. Серийные образцы процессоров должны появиться уже к концу этого года. В дальнейшем за счет повышения технологических норм до уровня 0.18 мкм планируется поднять его производительность путем наращивания тактовой частоты до 1 ГГц.
В конце 2000 года Sun планирует приступить к выпуску нового процессора UltraSPARC IV, который будет изготовлен по технологии 0.15 мкм и должен иметь начальную рабочую частоту 1 ГГц. Это будет первый процессор UltraSPARC, выполненный по новой технологии с использованием меди в качестве проводников. (В настоящее время данная технология применяется ограниченным числом компаний, имеющих собственное производство. К их числу относится IBM, которая использует этот процесс при изготовлении своих новых процессоров семейства Power.)
В 2002 году ожидается появление представителя пятого поколения процессоров — UltraSPARC V, начальная рабочая частота которого должна составить 1.5 ГГц (см. [6] ). При его изготовлении планируется использование технологии 0.07 мкм. Сейчас такие технологические нормы достижимы только в лабораторных условиях, однако, предполагается, что через три года это станет реальностью.
Более долгосрочных прогнозов не существует, да их пока и не может быть, поскольку никто сейчас не возьмется предполагать, какие проблемы ожидают разработчиков в более отдаленной перспективе.
|
|
|
| Архитектура процессора UltraSPARC III | Содержание | Несколько слов о конкурентах |
| Copyright ╘ 1993-2000, Jet Infosystems |