Рис.
3.43.
Конвейерный режим шины памяти в системе с процессором Pentium 4
UltraSPARC III
В качестве второго примера процессора возьмем семейство UltraSPARC (производитель — компания Sun). Семейство UltraSPARC — это линейка 64-разрядных процессоров SPARC. Эти процессоры полностью соответствуют архитектуре Version 9 SPARC, также 64-разрядной. Они используются в рабочих станциях и серверах Sun и во многих других системах. Семейство включает в себя процессоры UltraSPARC I, UltraSPARC II и UltraSPARC III, которые имеют сходную архитектуру, но различаются датой выпуска и тактовой частотой. Далее мы будем говорить о процессоре UltraSPARC III, поскольку нам нужен конкретный пример, но архитектурные (то есть не зависящие от конкретной реализации) характеристики по большей части имеет силу и для других типов UltraSPARC.
UltraSPARC III представляет собой традиционную RISC-машину. Он полностью совместим с 32-разрядным процессором SPARC V8. Единственное, чем UltraSPARC III отличается от SPARC V9, — это поддержка команд VIS 2.0, которые разработаны для трехмерных графических приложений, декодирования формата MPEG в реальном времени, сжатия данных, обработки сигналов, выполнения Java-программ и передачи данных в сетях.
Процессор UltraSPARC III часто устанавливается в рабочих станциях, но изначально он разрабатывался в расчете на мультипроцессорные серверы с разделяемой памятью, применяемые в Интернете и корпоративных сетях. Иными словами, в каждую микросхему UltraSPARC III включены связующие элементы, необходимые для построения мультипроцессора.
Первая модель UltraSPARC III, появившаяся в 2000 году, работала на частоте 600 МГц и имела строки шириной 0,18 мкм на основе алюминия. В микросхемах содержалось 29 млн транзисторов. У компании Sun нет собственного производства процессоров, отвечающего новейшим технологическим требованиям, поэтому, сосредоточившись на проектировании микросхем и разработке программного обеспечения, она пользуется услугами подрядчиков, занимающихся непосредственно производством. В случае с UltraSPARC III таким подрядчиком выступает компания Texas Instruments (TI). В 2001 году, после модернизации технологической базы TI, началось производство микросхем с тактовой частотой 900 МГц и шириной строки 0,15 мкм; при этом алюминиевые проводники были заменены медными. К 2002 году ширина строки сократилась до 0,13 мкм, а тактовая частота увеличилась до 1,2 ГГц. Все эти микросхемы требуют входной мощности 50 Вт, поэтому проблемы с рассеиванием тепла для них актуальны в не меньшей степени, чем для Pentium 4.
Микросхемы CISC (наподобие Pentium 4) и RISC (как UltraSPARC III) неверно сравнивать только по тактовой частоте. Скажем, процессор UltraSPARC способен запускать по четыре команды за цикл, а это означает, что его скорость выполнения практически соответствует аналогичному параметру процессора, работающего на частоте 4,8 ГГц, но способного выполнять лишь по одной команде за цикл. Кроме того, в UltraSPARC имеется шесть внутренних конвейеров, из которых два — по 14 ступеней каждый, предназначены для выполнения целочисленных операций, два — для операций с плавающей точкой, один — для операций загрузки/сохранения и еще один для ветвления. Далее, в UltraSPARC реализована оригинальная технология кэширования, присутствуют более широкие