UltraSPARC
A UltraSPARC egy valódi 64 bites mikroprocesszor-típus, amelyet a jelenleg az Oracle Corporation tulajdonában levő Sun Microsystems fejlesztett ki, és a Texas Instruments gyártott. A SPARC V9 utasításkészlet-architektúrát (ISA) implementálja. 1995 közepén vezették be. Ez volt a Sun Microsystems első SPARC V9 ISA-t implementáló mikroprocesszora. Kifejlesztésében Marc Tremblay is részt vett, a mikroarchitektúra egyik konstruktőreként. A processzor gyakorlati alkalmazásokat célzott (pl. képfeldolgozás, hálózatkezelés), sebessége kb. 2,5–5-szöröse volt a korábbi SPARC modelleknek.

Az UltraSPARC első típusát (STP 1030) munkaállomásokban alkalmazták, pl. a Sun Ultra típusban.

Mikroarchitektúra 
Az UltraSPARC egy négyszeres kibocsátású szuperskalár sorrendi végrehajtású (in-order) mikroprocesszor. Kilenc fokozatú fixpontos utasítás-futószalagja van.

Funkcionális egységek 
A végrehajtóegységek a SuperSPARC processzorban lévő egységekhez képest egyszerűsített kivitelűek, a magasabb órajelfrekvencia elérése érdekpében – az egyszerűsítés egy példája, hogy az ALU-k nem kaszkád / sorbakapcsolt elrendezésűek, mint a SuperSPARC-ban, így nem korlátozzák az elérhető órajelfrekvenciát.

A fixpontos regisztertár 32 64 bites elemből áll. A SPARC ISA regiszterablakokat használ, az UltraSPARC-ban pedig nyolc regiszterablakot valósítottak meg, így a regiszterek teljes száma 144. A regisztertömb hét olvasási és három írási kapuval rendelkezik. A fixpontos regisztertömb biztosítja a regisztereket a két aritmetikai-logikai egység (ALU) és a betöltő/tároló egység számára. Mindkét ALU aritmetikai, logikai és léptető/eltolási utasításokat hajt végre, de csak az egyik tudja végrehajtani a szorzó és osztó utasításokat.

A lebegőpontos egység öt funkcionális egységből áll. Egy hajtja végre a lebegőpontos összeadásokat és kivonásokat, egy szoroz, egy egység feladata az osztások és gyökvonás elvégzése. Két egység szolgál a Visual Instruction Set (VIS) vizuális utasításkészletben definiált SIMD utasítások végrehajtására. A lebegőpontos regiszterfájl harminckét 64 bites regisztert tartalmaz, öt írási kapuja és három olvasási kapuja (port) van.

Gyorsítótárak 
Az UltraSPARC kötelezően két szintű, egy elsődleges és másodlagos gyorsítótárat használ. Az elsődleges gyorsítótár két részből áll, az egyik az utasítások, a másik az adatok kezelésére szolgál. Az utasítás-gyorsítótár kétutas csoportasszociatív, mérete 16 KiB; az adat-gyorsítótár közvetlen leképzésű, mérete szintén 16 KiB.

A külső másodlagos gyorsítótár használata kötelező. Ez a gyorsítótár egyesített, közvetlen leképzésű, kapacitása 512 KiB-tól 4 MiB-ig terjedhet. Az adatot egyetlen ciklus alatt képes szolgáltatni. A külső gyorsítótár szinkron SRAM-okkal lett megvalósítva, amelyek ugyanazon az órajelfrekvencián működnek, mint a processzor, a frekvencia-osztást ez a megoldás nem támogatta. A gyorsítótár az adatsínen keresztül érhető el.

Utasításkészlet 
Az UltraSPARC processzor a 64 bites SPARC V9 utasításkészletet tartalmazza, annak első megvalósítása, 1995-ben jelent meg. Ez az utasításkészlet visszafelé teljesen kompatibilis a 32 bites SPARC V8 utasításkészlettel, így lehetővé teszi a SPARC V8-ra írt programok változtatás nélküli futtatását. Mivel az UltraSPARC processzorral a tervezők a multimédia területét is megcélozták, így ez az utasításkészletben is megjelenik: a processzor 23 új utasítást kapott, amely a multimédiás adatfolyamok feldolgozását könnyíti meg. Ezt az utasításkészlet-bővítést nevezik Visual Instruction Set (VIS), vizuális utasításkészletnek. Az utasításkészletben újabb adattípusokat is bevezettek: a pixel 4×8 bites adatot, valamint a Fixed16 és Fixed32 fixpontos vektoros adattípusokat is. A VIS a lebegőpontos regisztereket használja a vektoros utasítások végrehajtására.

Gyártás 
A processzor lapkája 3,8 millió tranzisztort tartalmaz. A Texas Instruments EPIC-3 folyamatával készült, amely egy -es complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) folyamat négy fémréteggel.

Érdekesség, hogy az UltraSPARC nem azonnal BiCMOS folyamattal készült, mivel a Texas Instruments azt állította, hogy ez az eljárás nem jól skálázható a -es processzekhez és csak kis teljesítményjavulás érhető el vele. A Texas tökéletesítette a folyamatot az MVP DSP gyártása során, és bizonyos jellemzőket megváltoztatott benne, pl. a négy fémréteg helyett hármat alkalmazott és a csíkszélesség 0,55 µm-re változott, mielőtt az UltraSPARC típusok gyártására használták volna; azért voltak ilyen óvatosak, hogy elkerüljék a SuperSPARC gyártásakor fellépett problémák megismétlését.

Tokozás 
Az UltraSPARC processzor 521 érintkezős ball grid array (BGA: kb. golyómátrix) PBGA (műanyagházas BGA) tokozással készült.

Kapcsolódó mikroprocesszorok 
 SuperSPARC
 UltraSPARC II
 UltraSPARC III
 UltraSPARC IV

Jegyzetek

Fordítás

Források 
 Marc Tremblay, Dale Greenley, Kevin Normoyle: The Design of the Microarchitecture of UltraSPARCTM-I. PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL. 83, NO. 12, DECEMBER 1995
 Tremblay, M. – O’Connor, J. M.: UltraSPARC I; A Four-Issue Processor Supporting Multimedia. IEEE Micro Magazine, 16. évf., pp. 42–50., 1996. márc.

További információk 
 Greenley, D. et al. (1995). "UltraSPARC: The next generation superscalar 64-bit SPARC". Proceedings of Compcon '95: pp. 442–451.
 Gwennap, Linley (3 October 1994). "UltraSparc Unleashes SPARC Performance". Microprocessor Report, Volume 8, Number 13.
 Gwennap, Linley (5 December 1994). "UltraSparc Adds Multimedia Instructions". Microprocessor Report.

Kapcsolódó szócikkek 

64 bites mikroprocesszorok
Sun mikroprocesszorok
SPARC mikroprocesszorok
A UltraSPARC egy valódibites mikroprocesszor-típus , amelyet a jelenleg az Oracle Corporation tulajdonában levő Sun Microsystems fejlesztett ki , és a Texas Instruments gyártott . A SPARC V9 utasításkészlet-architektúrát ( ISA ) implementálja.közepén vezették be . Ez volt a Sun Microsystems első SPARC V9 ISA-t implementáló mikroprocesszora . Kifejlesztésében Marc Tremblay is részt vett , a mikroarchitektúra egyik konstruktőreként . A processzor gyakorlati alkalmazásokat célzott ( pl. képfeldolgozás , hálózatkezelés ) , sebessége kb.5–5-szöröse volt a korábbi SPARC modelleknek . Az UltraSPARC első típusát ( STPmunkaállomásokban alkalmazták , pl. a Sun Ultra típusban . Mikroarchitektúra Az UltraSPARC egy négyszeres kibocsátású szuperskalár sorrendi végrehajtású ( in-order ) mikroprocesszor . Kilenc fokozatú fixpontos utasítás-futószalagja van . Funkcionális egységek A végrehajtóegységek a SuperSPARC processzorban lévő egységekhez képest egyszerűsített kivitelűek , a magasabb órajelfrekvencia elérése érdekpében – az egyszerűsítés egy példája , hogy az ALU-k nem kaszkád / sorbakapcsolt elrendezésűek , mint a SuperSPARC-ban , így nem korlátozzák az elérhető órajelfrekvenciát . A fixpontos regisztertár64 bites elemből áll . A SPARC ISA regiszterablakokat használ , az UltraSPARC-ban pedig nyolc regiszterablakot valósítottak meg , így a regiszterek teljes száma A regisztertömb hét olvasási és három írási kapuval rendelkezik . A fixpontos regisztertömb biztosítja a regisztereket a két aritmetikai-logikai egység ( ALU ) és a betöltő/tároló egység számára . Mindkét ALU aritmetikai , logikai és léptető/ eltolási utasításokat hajt végre , de csak az egyik tudja végrehajtani a szorzó és osztó utasításokat . A lebegőpontos egység öt funkcionális egységből áll . Egy hajtja végre a lebegőpontos összeadásokat és kivonásokat , egy szoroz , egy egység feladata az osztások és gyökvonás elvégzése . Két egység szolgál a Visual Instruction Set ( VIS ) vizuális utasításkészletben definiált SIMD utasítások végrehajtására . A lebegőpontos regiszterfájl harminckétbites regisztert tartalmaz , öt írási kapuja és három olvasási kapuja ( port ) van . Gyorsítótárak Az UltraSPARC kötelezően két szintű , egy elsődleges és másodlagos gyorsítótárat használ . Az elsődleges gyorsítótár két részből áll , az egyik az utasítások , a másik az adatok kezelésére szolgál . Az utasítás-gyorsítótár kétutas csoportasszociatív , méreteKi B ; az adat-gyorsítótár közvetlen leképzésű , mérete szinténKiB . A külső másodlagos gyorsítótár használata kötelező . Ez a gyorsítótár egyesített , közvetlen leképzésű , kapacitásaKiB-tólMiB-ig terjedhet . Az adatot egyetlen ciklus alatt képes szolgáltatni . A külső gyorsítótár szinkron SRAM-okkal lett megvalósítva , amelyek ugyanazon az órajelfrekvencián működnek , mint a processzor , a frekvencia-osztást ez a megoldás nem támogatta . A gyorsítótár az adatsínen keresztül érhető el . Utasításkészlet Az UltraSPARC processzor abites SPARC V9 utasításkészletet tartalmazza , annak első megvalósítása, ben jelent meg . Ez az utasításkészlet visszafelé teljesen kompatibilis abites SPARC V8 utasításkészlettel , így lehetővé teszi a SPARC V8-ra írt programok változtatás nélküli futtatását . Mivel az UltraSPARC processzorral a tervezők a multimédia területét is megcélozták , így ez az utasításkészletben is megjelenik : a processzorúj utasítást kapott , amely a multimédiás adatfolyamok feldolgozását könnyíti meg . Ezt az utasításkészlet-bővítést nevezik Visual Instruction Set ( VIS ) , vizuális utasításkészletnek . Az utasításkészletben újabb adattípusokat is bevezettek : a pixel8 bites adatot , valamint a Fixed16 és Fixed32 fixpontos vektoros adattípusokat is . A VIS a lebegőpontos regisztereket használja a vektoros utasítások végrehajtására . Gyártás A processzor lapkája8 millió tranzisztort tartalmaz . A Texas Instruments EPIC-3 folyamatával készült , amely egy -es complementary metal–oxide–semiconductor ( CMOS ) folyamat négy fémréteggel . Érdekesség , hogy az UltraSPARC nem azonnal BiCMOS folyamattal készült , mivel a Texas Instruments azt állította , hogy ez az eljárás nem jól skálázható a -es processzekhez és csak kis teljesítményjavulás érhető el vele . A Texas tökéletesítette a folyamatot az MVP DSP gyártása során , és bizonyos jellemzőket megváltoztatott benne , pl. a négy fémréteg helyett hármat alkalmazott és a csíkszélesség55 µm-re változott , mielőtt az UltraSPARC típusok gyártására használták volna ; azért voltak ilyen óvatosak , hogy elkerüljék a SuperSPARC gyártásakor fellépett problémák megismétlését . Tokozás Az UltraSPARC processzorérintkezős ball grid array ( BGA : kb. golyómátrix ) PBGA ( műanyagházas BGA ) tokozással készült . Kapcsolódó mikroprocesszorok SuperSPARC UltraSPARC II UltraSPARC III UltraSPARC IV Jegyzetek Fordítás Források Marc Tremblay , Dale Greenley , Kevin Normoyle : The Design of the Microarchitecture of UltraSPARCTM-I. PROCEEDINGS OF THE IEEE , VOL. NO. DECEMBER Tremblay , M. – O’Connor , J. M. : UltraSPARC I ; A Four-Issue Processor Supporting Multimedia . IEEE Micro Magazine , évf . , pp. 42–50. , márc . További információk Greenley , D. et al . " UltraSPARC : The next generation superscalarbit SPARC " . Proceedings of Compcon '95 : pp. 442–451. Gwennap , LinleyOctober " UltraSparc Unleashes SPARC Performance " . Microprocessor Report , Volume Number Gwennap , LinleyDecember " UltraSparc Adds Multimedia Instructions " . Microprocessor Report . Kapcsolódó szócikkek 64 bites mikroprocesszorok Sun mikroprocesszorok SPARC mikroprocesszorok