• 可擴(kuò)充處理器架構(gòu)

  播報(bào)編輯討論1上傳視頻

RISC微處理器架構(gòu)

本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目審核 。

可擴(kuò)充處理器結(jié)構(gòu)（SPARC，Scalable Processor Architecture）是RISC微處理器架構(gòu)之一。它最早于1987年由Sun電腦所設(shè)計(jì)，也是SPARC國(guó)際公司的注冊(cè)商標(biāo)之一?？蓴U(kuò)展處理器結(jié)構(gòu)是Sun Microsystems的一種32位及64位微處理器結(jié)構(gòu)，它基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC）。

• 中文名

• 可擴(kuò)充處理器架構(gòu)

• 外文名

• Scalable Processor Architecture

• 簡(jiǎn)????稱

• SPARC

• 學(xué)????科

• 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

• 公????司

• Sun Microsystems

• 設(shè)計(jì)時(shí)間

• 1987年

目錄

1. 1基本概念

2. 2SPARC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3. ?開放性

4. ?SPARC可升級(jí)性

5. 3SPARC處理器的發(fā)展

1. ?UltraSPARC I

2. ?UltraSPARC Ⅱ

3. ?UltraSPARC Ⅲ

4. ?UltraSPARC VI

5. ?UltraSPARC IV

1. ?UltraSPARC IV+

2. 4最新版本

基本概念

編輯播報(bào)

可擴(kuò)展處理器結(jié)構(gòu)（SPARC，Scalable Processor Architecture）是Sun Microsystems的一種32位及64位微處理器結(jié)構(gòu)，它基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC）。SPARC廣泛應(yīng)用于使用Unix操作系統(tǒng)（包括Sun自身的Solaris系統(tǒng)）的硬件。Sun已經(jīng)把SPARC作為一個(gè)公開的結(jié)構(gòu)讓微處理器制造商使用。它最近的品牌UltraSPARC可用于面向PC板以及SPARC的原始工作站市場(chǎng)的微處理器制造[1]

。

SPARC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

編輯播報(bào)

可以說SPRAC跟Unix一起創(chuàng)建了工作站市場(chǎng)。從1987年誕生以來，SPARC結(jié)構(gòu)包括了如下思想：

（1）將微處理器必須執(zhí)行的指令的數(shù)量減少到最少。

（2）減少微處理器需要處理的內(nèi)存地址的種類。

（3）盡量在微碼中加入最少的處理器操作。

（4）提供編譯優(yōu)化SPARC微處理的語言的編譯器。

SPARC處理器策略主要有以下幾個(gè)方面。

開放性

SUN認(rèn)為開放性是技術(shù)成功的關(guān)鍵。多個(gè)銷售商可以激勵(lì)革新和合作。多種實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和兼容產(chǎn)品。寬大的技術(shù)許可制度使得易于獲取其技術(shù)規(guī)范。這些方法結(jié)合起來，增強(qiáng)了規(guī)范和實(shí)現(xiàn)的開放性。

SUN的高度成功的計(jì)算模型的核心是開放技術(shù)。隨著開放系統(tǒng)為廣泛的產(chǎn)業(yè)接受，SUN已放寬了對(duì)整個(gè)系

統(tǒng)級(jí)和CUP元件技術(shù)的控制。為了便利開放許可證制度，SUN提供如下關(guān)鍵要素：

（1）對(duì)所有級(jí)別技術(shù)的獲取—CPU、支持ASIC、總線、接口和電路板設(shè)計(jì)；

（2）對(duì)CPU設(shè)計(jì)及其開發(fā)環(huán)境的早期獲??；

（3）對(duì)用于設(shè)計(jì)、測(cè)試及制造的系統(tǒng)開發(fā)工具的獲?。?/p>

（4）標(biāo)準(zhǔn)和派生元件開發(fā)的綜合性授權(quán)。

SPARC可升級(jí)性

SPARC體系結(jié)構(gòu)導(dǎo)致半導(dǎo)體與設(shè)計(jì)可升級(jí)性的獨(dú)特結(jié)合。使用它的多處理器功能、高帶寬總線支持、寄存器窗口設(shè)計(jì)，SPARC設(shè)計(jì)可通過一系列性能價(jià)格比級(jí)別來實(shí)現(xiàn)。

（1）單處理器與多處理器設(shè)計(jì)

SPARC設(shè)計(jì)結(jié)合了一個(gè)整型量單元和一個(gè)浮點(diǎn)單元。它為用戶應(yīng)用程序假定一個(gè)線性32位虛地址空間，為

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化假定一個(gè)靈活的數(shù)據(jù)總線尺寸。

SPARC為浮點(diǎn)單元(FPU)定義了指令、寄存器結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)類型。FPU支持單、雙、四精度操作數(shù)和操作，使用32個(gè)32位寄存器，F(xiàn)PU寄存器能保存32個(gè)單精度、16個(gè)雙精度或8個(gè)四精度值。SPARC浮點(diǎn)裝入和保存雙操作能幫助改善雙和四精度程序的性能。

（2）處理器總線

SPARC體系結(jié)構(gòu)通過使用復(fù)雜的總線設(shè)計(jì)來減少?zèng)_突和等待時(shí)間以提高性能。寄存器之間的信息傳輸通過數(shù)

據(jù)總線。總線作為所有系統(tǒng)的供給中心，為處理器、高速緩存、輸入/輸出設(shè)備、ALU、轉(zhuǎn)換后援緩沖區(qū)(TLB)及其它系統(tǒng)部件提供數(shù)據(jù)。

（3）高速緩存

為與處理器周期時(shí)間一致，要求處理器與存儲(chǔ)器系統(tǒng)緊耦合。高速緩存通過提供更快的數(shù)據(jù)存取而改善性能

(比存儲(chǔ)器存取需要較少的周期)。幾個(gè)高速緩存體系結(jié)構(gòu)是有效的(單獨(dú)或結(jié)合使用)，包括集合關(guān)聯(lián)、分離數(shù)據(jù)和指令高速緩存、直接映射高速緩存體制。集合關(guān)聯(lián)要求集合元素為多種形式的，潛在地增加周期時(shí)間。直接映射體制是非多樣化的，允許高速緩存簡(jiǎn)單和快速。分離數(shù)據(jù)和指令高速緩存允許同時(shí)從兩個(gè)高速緩存獲取數(shù)據(jù)。

（4）存儲(chǔ)器管理能力

SPARC處理器通過一個(gè)虛擬存取高速緩存訪問主存儲(chǔ)器。虛擬存儲(chǔ)器是一種方法，通過它，應(yīng)用程序假定整個(gè)32位地址空間可用。虛地址高速緩存屏蔽處理的物理存儲(chǔ)器配置與機(jī)器的依賴性。存儲(chǔ)器管理單元實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器并轉(zhuǎn)換每個(gè)運(yùn)行進(jìn)程的虛地址到存儲(chǔ)器的物理地址[2]

。

SPARC處理器的發(fā)展

編輯播報(bào)

1987年，SUN和TI公司合作開發(fā)了RISC微處理器—SPARC。SPARC微處理器最突出的特點(diǎn)就是它的可擴(kuò)展性，這是業(yè)界出現(xiàn)的第一款有可擴(kuò)展性功能的微處理。SPARC的推出為SUN贏得了高端微處理器市場(chǎng)的領(lǐng)先地位。

與SPARC同時(shí)產(chǎn)生的還有Sun那句“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”。當(dāng)時(shí)很多人不能理解Sun的這個(gè)論斷，因?yàn)槟菚r(shí)連個(gè)人計(jì)算還沒有普及，更不要說是虛浮飄渺的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算了。實(shí)踐證明，Sun的這個(gè)論斷是正確的。現(xiàn)在的網(wǎng)格、云計(jì)算等，可以說都是來自于Sun的“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”。

UltraSPARC I

1995年，Sun公司的微處理器技術(shù)有了一次質(zhì)的飛躍。繼 第一款SPARC微處理器之后，Sun推出了64位UltraSPARC I微處理器。UltraSPARC I革新了微處理器的可擴(kuò)展性和帶寬等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其頻率達(dá)143MHz，采用0.5微米工藝技術(shù)，集成了520萬個(gè)晶體管。UltraSPARC I的推出加強(qiáng)了Sun在高端微處理器市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位。

UltraSPARC Ⅱ

僅僅兩年后，Sun就推出了UltraSPARC I的升級(jí)版——UltraSPARC Ⅱ。UltraSPARC Ⅱ芯片頻率為300MHz，采用0.25微米工藝技術(shù)，集成了600萬個(gè)晶體管，比UltraSPARC I芯片的速度高2.5倍。在數(shù)據(jù)帶寬方面，UltraSPARC Ⅱ高達(dá)1600MB/s，比當(dāng)時(shí)其他同類產(chǎn)品高600MB/s；UltraSPARC Ⅱ的VIS指令集可加速多媒體、圖像處理和網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用。在高性能通信處理器、高檔工作站和服務(wù)器等市場(chǎng)，UltraSPARC Ⅱ在各種環(huán)境中均能提供業(yè)界較高的性能。

UltraSPARC Ⅲ

1999年，Sun推出了第三代產(chǎn)品—— UltraSPARC Ⅲ，這是SunSPARC微處理器發(fā)展歷史上具有里程碑意義的產(chǎn)品。UltraSPARC Ⅲ全面提高了系統(tǒng)應(yīng)用程序的性能，它的帶寬可達(dá)2.4GB，比UltraSPARC Ⅱ高出2倍。首款UltraSPARC Ⅲ微處理器主頻達(dá)600MHz，采用了更先進(jìn)的0.18微米工藝技術(shù)，集成了1600萬個(gè)晶體管，并與Solaris操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兼容。

UltraSPARC VI

借助出眾的存儲(chǔ)器帶寬和多處理器可擴(kuò)展性，UltraSPARC Ⅲ為電子商務(wù)、科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)開采等高性能計(jì)算應(yīng)用提供了非同尋常的平臺(tái)。憑借卓越的性能和Solaris操作環(huán)境，UltraSPARC Ⅲ進(jìn)一步推動(dòng)了服務(wù)器的發(fā)展。

UltraSPARC IV

UltraSPARC IV是Sun公司的首款雙核處理器， 于2004年上半年推出。Sun緊接著在下半年又推出了UltraSPARC IV+。UltraSPARC IV采用CMT（chipmultithreading，芯片多線程）技術(shù)，片上集成了兩個(gè)UltraSPARC III的內(nèi)核、二級(jí)Cache的tag體和MCU，外部緩存16MB，每個(gè)內(nèi)核獨(dú)享8MB。UltraSPARCIV由德州儀器生產(chǎn)，采用0.13微米工 藝，主頻1.2GHz，功耗100W，和UltraSPARC III管腳兼容，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平滑升級(jí)。UltraSPARC IV+是UltraSPARC IV的0.09微米工藝的升級(jí)版本，而且增加了片上高速緩存的容量，主頻1.8GHz。

UltraSPARC IV+

（1）UltraSPARC T1

2005年11月，Sun推出了UltraSPARC T1處理器，其原來的編碼名稱為“Niagara”（尼亞加拉）。UltraSPARC T1處理器采用了基于SPARC的CoolThreads技術(shù)，還有一個(gè)創(chuàng)新性的8內(nèi)核技術(shù)，每個(gè)內(nèi)核有4個(gè)線程，共有32個(gè)線程。32個(gè)線程等于32個(gè) 系統(tǒng)同時(shí)工作，這就使多任務(wù)能夠并行執(zhí)行，無需互相等待。UltraSPARC T1芯片節(jié)約了能耗并提高了系統(tǒng)的吞吐量，它還利用了Sun具有創(chuàng)新性的CMT(芯片多線程)處理器架構(gòu)，以確保與Internet的多線程應(yīng)用環(huán)境并駕 齊驅(qū)。

UltraSPARC T1還進(jìn)行大量的創(chuàng)新：它將系統(tǒng)架構(gòu)放到了芯片上，內(nèi)部的通信任務(wù)就在芯片上完成，數(shù)據(jù)幾乎不靠金屬傳輸，這樣就獲得了更高的功效和更高的特性；首次將4個(gè)內(nèi)存控制器放到一塊芯片上，芯片就成為了處理內(nèi)核和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸通路，這樣數(shù)據(jù)就在被處理的同時(shí)迅速傳入芯片；每一個(gè)UltraSPARC T1內(nèi)核相對(duì)都很簡(jiǎn)單，它生成的熱量很少，這使整個(gè)處理器所需功率小于70瓦；采用SunStudio11軟件，將三大創(chuàng)新技術(shù)――Solaris10、Java和采用CoolThreads技術(shù)的UltraSPARC T1處理器融合在了一起。

（2）UltraSPARC T2

SUN公司在推出UltraSparc T1之后，就開始投入代號(hào)為“Niagara2”的“UltraSparc T2”處理器的開發(fā)。2007年8月，UltraSparc T2正式發(fā)布。UltraSparc T2雖然仍然保持8核心設(shè)計(jì)，但每個(gè)核心可支持的線程數(shù)提升到8個(gè)。換句話說，UltraSparcT2擁有高達(dá)64線程的并行處理能力，比UltraSparc T1整整提升一倍。

另外，UltraSparc T2直接集成了八個(gè)獨(dú)立的加密加速單元、支持虛擬運(yùn)行的兩個(gè)10Gbps以太網(wǎng)接口和八個(gè)PCI-E通道，而浮點(diǎn)單元仍保持精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)的原則，數(shù)量只有8個(gè)。

多線程和虛擬運(yùn)行是UltraSparcT2的拿手好戲，SUN表示UltraSparc T2的每個(gè)線程都可以獨(dú)立運(yùn)行一個(gè)操作系統(tǒng)，因此理論上一枚UltraSparc T2處理器可以最多支持64個(gè)系統(tǒng)并行運(yùn)作。而在Web訪問等事務(wù)處理中，64線程的UltraSparc T2將具備常規(guī)處理器難以達(dá)到的超快響應(yīng)能力。也是為了應(yīng)對(duì)多線程處理的需要，UltraSparc T2配備了4個(gè)內(nèi)存控制器，內(nèi)存總帶寬將超過50GBps。

得益于65納米工藝，UltraSparc T2的工作頻率提高到了1.4GHz，而平均工作仍保持在70瓦左右，即便全速運(yùn)行不過為120~130瓦，平均每個(gè)線程只需要消費(fèi)2瓦?！癛OCK”

在推遲了一年之后，Sun的16核“Rock”處理器即將在秋季正式推出。Rock是首款針對(duì)中端服務(wù)器的16核芯片。Rock處理器采用了多線程的新設(shè)計(jì)，內(nèi)核數(shù)量是Sun目前最快服務(wù)器處理器UltraSparc T2的兩倍。這款處理器將主要針對(duì)那些處理數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)密集應(yīng)用的企業(yè)級(jí)服務(wù)器。

ROCK更多的細(xì)節(jié)，中關(guān)村在線服務(wù)器頻道將隨著發(fā)布日子的逼近而逐步為大家揭開其神秘的面紗。

最新版本

編輯播報(bào)

現(xiàn)時(shí)最新版本的SPARC為第8及第9版，在2005年12月，Sun方面宣布其UltraSPARC T1處理器將采用開放源代碼方式。2006年4月12日，sun計(jì)算機(jī)宣布完整的UltraSPARC T2處理器已經(jīng)進(jìn)行試產(chǎn)。Oracle收購Sun之后，于2010年發(fā)布了UltraSPARC T3。

對(duì)于需要在所有應(yīng)用層都提供高性能、一流可用性和無與倫比的可伸縮性的任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用程序而言，運(yùn)行Oracle Solaris的Oracle SPARC服務(wù)器是一個(gè)理想選擇。Oracle制定了一個(gè)強(qiáng)有力的計(jì)劃，可通過SPARC/Solaris完全二進(jìn)制兼容性確保最高級(jí)別的投資保護(hù)，這在二十多年以來的成百上千次部署中得到了驗(yàn)證。

下面是該版本的優(yōu)勢(shì)：

（1）SPARC服務(wù)器為各種企業(yè)應(yīng)用程序提供創(chuàng)世界紀(jì)錄的性能；

（2）只需大型機(jī)成本的一小部分即可獲得無與倫比的任務(wù)關(guān)鍵型可靠性；

（3）唯一包含片上加密和Oracle Solaris安全框架的平臺(tái)；

（4）與Oracle數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)應(yīng)用程序、中間件軟件和Oracle優(yōu)化的解決方案完全集成；

（5）利用全面、內(nèi)置的零成本虛擬化功能提高系統(tǒng)利用率。

詞條圖冊(cè)

更多圖冊(cè)

概述圖冊(cè)(1)

分享你的世界

查看更多

• 1

  
  

  歐洲放棄Sparc 中國(guó)宇航級(jí)CPU面臨發(fā)展路線抉擇

  在很長(zhǎng)一段時(shí)間，中國(guó)的星載計(jì)算機(jī)處理器大多依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)的人造衛(wèi)星也大多使用進(jìn)口CPU。而美國(guó)為首的西方國(guó)家嚴(yán)格限制高性能的宇航級(jí)和軍品級(jí)CPU的出口，使我國(guó)星載計(jì)算機(jī)的研制受到很大的限制。在十多年前，就有美籍華裔學(xué)者因購買了幾十片軍品級(jí)Intel486CPU

  
  

  鐵流