IBM RS64 — семейство микропроцессоров , представленное в середине 1990-х годов и используемое в серверах IBM RS/6000 и AS/400 .
Эти микропроцессоры реализуют архитектуру набора инструкций "Amazon" или "PowerPC-AS" (ISA). Amazon является надмножеством набора инструкций PowerPC с добавлением специальных функций, не входящих в спецификацию PowerPC, в основном полученных из POWER2 [ требуется ссылка ] и оригинального процессора AS/400, и изначально был 64-битным . Процессоры этого семейства оптимизированы для коммерческих рабочих нагрузок (производительность целочисленных вычислений , большой кэш , частые переходы ) и не обладают высокой производительностью с плавающей запятой процессоров семейства POWER , его брата.
Семейство RS64 было снято с производства вскоре после появления POWER4 , который был разработан для объединения семейств RS64 и POWER.
В 1990 году команда инженеров AS/400 в IBM Rochester начала работу над новой архитектурой, известной как C-RISC (Commercial RISC ), для замены архитектуры IMPI в AS/400. [1] [2] C-RISC был развитием набора инструкций IMPI, расширяющим адресное пространство до 96 бит и добавляющим некоторые инструкции RISC для ускорения более интенсивных вычислений коммерческих приложений, которые создавались для AS/400. Президент IBM Джек Кюлер хотел, чтобы они использовали PowerPC, но они сопротивлялись, утверждая, что существующий 32/64-битный набор инструкций PowerPC не обеспечит жизнеспособного перехода для программного обеспечения OS/400 и что существующий набор инструкций требует расширений для коммерческих приложений на AS/400. По настоянию Кюлера команда в Рочестере во главе с Фрэнком Солтисом исследовала возможность расширения набора инструкций PowerPC для поддержки потребностей платформы AS/400. Эти расширения стали известны как Amazon и были выбраны руководством IBM для дальнейшей разработки вместо продолжающейся разработки C-RISC. [3]
В то же время разработчики RS/6000 широко расширяли свою линейку продуктов, включив в нее системы, которые охватывали рабочие станции начального уровня , конкурирующие с мэйнфреймами крупные корпоративные SMP-системы, кластерные суперкомпьютерные системы RS/6000-SP2 . Процессоры PowerPC, разработанные в альянсе AIM, хорошо подходили для рабочих станций начального уровня RISC и небольших серверных пространств. Но мэйнфреймы и большие кластерные суперкомпьютерные системы требовали большей производительности и надежности, доступности и удобства обслуживания, чем процессоры, разработанные для Apple Power Mac . Требовалось несколько конструкций процессоров для одновременного удовлетворения требований ориентированных на стоимость Apple Power Mac, высокопроизводительных и RAS систем RS/6000, а также перехода AS/400 на PowerPC.
Amazon также был расширен для поддержки этих функций, так что процессоры можно было разрабатывать для использования как в высокопроизводительных машинах RS/6000, так и в AS/400.
Проект по разработке первого такого процессора назывался «Bellatrix» (название звезды в созвездии Ориона , также называемой «звездой Амазонки»). Проект «Bellatrix» был чрезвычайно амбициозен в своем повсеместном использовании самосинхронных и импульсных схем и инструментов EDA, необходимых для поддержки этой стратегии проектирования, и в конечном итоге был прекращен. Для решения технических рабочих станций, суперкомпьютеров и инженерно-научных рынков IBM Austin (родина RS/6000) затем начала разрабатывать версию Power2 (P2SC) с одним чипом, рассчитанную на время вывода на рынок, параллельно с разработкой сложного 64-разрядного процессора PowerPC с расширениями POWER2 и двумя сложными блоками с плавающей точкой MAF (POWER3/630). Для решения задач коммерческих приложений RS/6000 и систем AS/400 компания IBM Rochester (родина AS/400) начала разработку первого высокопроизводительного 64-разрядного процессора PowerPC с расширениями AS/400, а IBM Endicott начала разработку низкопроизводительного однокристального процессора PowerPC с расширениями AS/400.
В 1995 году IBM выпустила процессор Cobra , или A10 , первую полную реализацию PowerPC AS, для систем IBM AS/400 . Это был однокристальный процессор, работающий на частоте 50-77 МГц. Он был разработан с использованием полузаказной методологии в связи с ограничениями по времени выхода на рынок. Кристалл содержит 4,7 миллиона транзисторов и имеет размеры 14,6 мм на 14,6 мм (213 мм2 ) . Он был изготовлен IBM по их процессу CMOS 5L, 0,5 мкм , четырехслойному металлическому CMOS-процессу. Он использовал источник питания 3,0 В и рассеивал 17,7 Вт максимум, 13,4 Вт минимум на частоте 77 МГц. Он был упакован в 625-контактный керамический шариковый сеточный массив (CBGA) размером 32 мм на 32 мм.
Cobra предшествовала упрощенная реализация, известная как Cobra-Lite , выпущенная в 1994 году и использовавшаяся в первых системах IBM Advanced/36 . [1] В ней отсутствовали 17 инструкций из полной PowerPC AS ISA, которые не были нужны для Advanced/36.
В 1996 году IBM выпустила high-end, 4-way SMP , многочиповую версию под названием Muskie , A25 или A30 в системах AS/400. Она работала на частоте 125-154 МГц. Она была изготовлена по технологии BiCMOS .
Эти процессоры использовались только в машинах AS/400 и Advanced/36.
RS64 или Apache был представлен в 1997 году. Он был разработан на основе «Cobra» и «Muskie», но включал более полную PowerPC ISA и поэтому был предназначен для использования в машинах RS/6000 , а также в системах AS/400. Он имел 128 КБ кэша L1 на кристалле , 4 МБ полноскоростного кэша L2 вне кристалла на 128-битной шине и тактовую частоту 125 МГц. Он масштабировался до 12-процессорной конфигурации SMP в машинах IBM.
RS64 назывался A35 в AS/400 и одно время назывался PowerPC 625 , между несуществующим PowerPC 620 и PowerPC 630 (позже переименованным в POWER3 ).
Он был изготовлен с использованием технологии BiCMOS.
RS64 -II или Northstar был представлен на частоте 262 МГц в 1998 году с 8 МБ полноскоростной L2 на 256-битной шине 6XX (также используемой в PowerPC 620 и POWER3 ). Платы процессоров, содержащие 4 RS64-II, можно было заменить на машины, разработанные для аналогичных 4-канальных плат RS64, избегая «апгрейда погрузчиком». RS64-II содержал 12,5 миллионов транзисторов, имел размер 162 мм² и потреблял максимальную мощность 27 Вт. Производство было изменено на изготовление 0,35 мкм КМОП .
RS64-II был первым процессором для массового рынка, реализовавшим многопоточность . По сути, каждый чип хранит информацию о состоянии для 2 потоков в любой момент времени и, по-видимому, является двумя процессорами для ОС. Один логический процессор запускает то, что называется потоком переднего плана. Когда этот поток сталкивается с событием с высокой задержкой ( промах кэша L2 и т. д.), фоновый поток переключается на второй логический процессор с точки зрения ОС. В случае события с «менее длительной» задержкой (промах L1 и т. д.) переключение потоков произойдет только в том случае, если фоновый поток готов к выполнению. Если фоновый поток также ожидает промаха, переключение потоков не произойдет. IBM называет эту схему «крупнозернистой многопоточностью». Это не совсем то же самое, что одновременная многопоточность , которая использовалась в более поздних процессорах Pentium 4. В статье IBM отмечается, что крупнозернистая схема лучше подходит для микроархитектуры с последовательным выполнением, такой как RS64.
В системах AS/400 RS64-II назывался A50 .
RS64 -III или Pulsar был представлен в 1999 году на частоте 450 МГц. Ключевые изменения включали в себя более крупные кэши инструкций и данных L1 объемом 128 КБ, улучшенную точность предсказания переходов и уменьшенные штрафы за неправильное предсказание переходов в ноль или один цикл. RS64-III имеет пятиступенчатый конвейер и шину кэша L2 шириной 256 бит, что обеспечивало процессору пропускную способность 14,4 ГБ/с из кэша L2 объемом 8 МБ, реализованного с помощью 225 МГц DDR SRAM.
RS64-III имеет 34 миллиона транзисторов, размер кристалла 140 мм² и производится по 0,22 мкм CMOS 7S-технологии с шестью уровнями медных межсоединений .
В 2000 году IBM выпустила усовершенствованную версию под названием IStar , изготовленную по технологии SOI с медными межсоединениями, что увеличило тактовую частоту процессора до 600 МГц. Это был первый процессор, реализованный по этой технологии. Однако архитектурно IStar был идентичен Pulsar.
RS64 -IV или Sstar был представлен в 2000 году на частоте 600 МГц, позже увеличенной до 750 МГц. До 16 МБ кэш-памяти DDR L2 поддерживалось так же, как и RS64-III (пропускная способность 19,2 ГБ/с). RS64-IV имел 44 миллиона транзисторов и был размером 128 мм², изготовленным по 0,18 мкм процессу. В отличие от POWER, потребление энергии оставалось низким, менее 15 Вт на ядро.
В течение некоторого времени, пока линейка POWER топталась на половине тактовой частоты своих конкурентов, семейство RS64 было на вершине линейки больших SMP UNIX- серверов IBM. Производительность целочисленных/коммерческих рабочих нагрузок RS-64 IV была аналогична процессорам Sun Microsystems , с которыми он конкурировал, хотя его мощность с плавающей точкой не была сопоставима с современным POWER3-II , который оставался достаточно конкурентоспособным на протяжении всего своего жизненного цикла.