UltraSPARC T1

UltraSPARC T1
Gyártás2005
TervezőSun Microsystems
GyártóTexas Instruments
Max CPU órajel1,0 – 1,4 GHz
ArchitektúraSPARC V9
Magok száma4, 6, 8
Magok neveiS1
L1 gyorsítótár16 KiB utasítás, 8 KiB adat
L2 gyorsítótár3 MiB
L3 gyorsítótár–
UtódUltraSPARC T2

A Sun Microsystems UltraSPARC T1 mikroprocesszora, amely 2005. november 14-i bemutatásáig "Niagara" kódnéven volt ismert, egy többszálas, többmagos CPU. A szerverek energiafelhasználásának csökkentésére tervezett processzor jellemző fogyasztása 72 W 1,4 GHz-en.

Az Afara Websystems úttörő munkát végzett egy gyökeresen eltérő, sokszálú SPARC kialakításon. A céget felvásárolta a Sun, és az így szerzett szellemi tulajdon alapozta meg a CoolThreads processzorvonalat, amely a T1-essel kezdődött. A T1 egy teljesen új tervezésű SPARC mikroprocesszor megvalósítás, amely megfelel az UltraSPARC Architektúra 2005-ös specifikációjának és végrehajtja a teljes SPARC V9 utasításkészletet. A Sun eddig két többmagos processzort tervezett (UltraSPARC IV és IV+), de az UltraSPARC T1 az első egyszerre többmagos és többszálú mikroprocesszora. A processzor négy, hat vagy nyolc CPU magos kivitelben készült, minden mag négy szál konkurens végrehajtására képes. Így egy teljes kiépítésű processzorban maximum 32 szál hajtható végre egyidejűleg.

Az UltraSPARC T1 a felsőkategóriás Sun SMP rendszerekhez hasonlóan particionálható. Ily módon több mag particionálható egy processz- vagy szálcsoport futtatására, mialatt a többi mag a rendszer fennmaradó processzeivel foglalkozik.

Magok

[szerkesztés]
A Niagara processzor tömbvázlata
Az UltraSPARC T1 futószalagjának szerkezete

Az UltraSPARC T1-et az alapoktól kezdve többszálas végrehajtású, különleges rendeltetésű processzornak tervezték, így egy teljesen új architektúrát vezet be a nagy teljesítmény érdekében. Ahelyett, hogy a magokat a maximális intelligenciával és optimalizációval látták volna el, a Sun célja a lehető legtöbb szál futtatása és a magok futószalagjainak lehető legnagyobb mértékű kihasználása volt. A T1 magok sokkal kevésbé összetettek, mint a jelenlegi felsőkategóriás processzorok, ami lehetővé tette 8 mag elhelyezését egy lapkán. Ezek a magok nem sorrenden kívüli végrehajtásúak és nem rendelkeznek nagyméretű gyorsítótárakkal sem.

Az egyszálú processzorok teljesítménye erősen függ a nagy gyorsítótáraktól, mert a gyorsítótár-tévesztések várakozást okoznak az adatok lehívásakor a főmemóriából. A nagyobb gyorsítótár megnöveli annak valószínűségét, hogy az adat már a gyorsítótárban van, így csökkenti a gyorsítótár-tévesztés lehetőségét, de ha az mégis bekövetkezik, akkor a hatás ugyanaz.

A T1 magok igyekeznek elkerülni a gyorsítótár-tévesztést a többszálas működéssel. Mindegyik mag egy barrel processzor, ami azt jelenti, hogy minden ciklusban átvált a rendelkezésre álló szálak között. Mikor fellép egy nagy várakozási idejű esemény, mint például a gyorsítótár-tévesztés, a szál kikerül a körforgásból, egészen addig, amíg a hozzá tartozó adat a háttérben belekerül a gyorsítótárba. Mikor a nagy várakozási idejű esemény véget ér, a szál újra végrehajthatóvá válik. A futószalag megosztása több szál között ugyan lassítja a szálak végrehajtását, de a magok teljes adatátviteli sebessége és a kihasználtsága sokkal magasabb. Ez azt is jelenti, hogy a gyorsítótár-tévesztések hatása igencsak lecsökken (a tévesztés csak nagyon kis lassulást okozhat), és hogy a T1 képes fenntartani az adatátviteli sebességet sokkal kisebb méretű gyorsítótár használatával is. A gyorsítótárnak nem kell olyan nagynak lennie, hogy az egész „aktív lapkészletet” magában foglalja, hanem elég csak a szálak legfrissebb gyorsítótár-tévesztéseit tartalmaznia.

A teljesítménytesztek mutatják, hogy ez a megközelítés nagyon jól működik a kereskedelmi célú (fixpontos), többszálú terheléseknél, mint például Java alkalmazásszerverek, vállalatirányítási információs rendszerek (Enterprise Resource Planning, ERP) alkalmazásszerverek, e-mail (például Lotus Domino) szerverek, és webszerverek. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy az UltraSPARC T1 magjai önmagukban is hatékonyabbak, mint a kb. 2001-es egymagos, egyszálú UltraSPARC III magok, és az összehasonlításban jelentősen felülmúlja az egyéb processzorokat a többszálú fixpontos feladatokban.[forrás?]

Fizikai jellemzők

[szerkesztés]

Az UltraSPARC T1 279 millió tranzisztort tartalmaz, lapkafelülete 378 mm². A Texas Instruments gyártotta 90 nm-es CMOS folyamattal, kilenc rétegű réz fémezéssel.[1] Mindegyik magnak van egy első szintű (L1) 16 KiB-os utasítás-gyorsítótára és 8 KiB-os adat-gyorsítótára. A második szintű gyorsítótár 3 MiB méretű, harmadik szintű gyorsítótár nincs.

Rendszerek

[szerkesztés]
Sun Fire T1000 szerver

A T1 processzor a Sun és a Fujitsu Computer Systems következő termékeiben található:

Megcélzott piac

[szerkesztés]

Az UltraSPARC T1 mikroprocesszornak egyedi erősségei és gyengéi vannak, így egyedi piaci szegmenseket céloz. A processzort nem a nagy teljesítményigényű számítások és az ultranagy teljesítményű alkalmazások terén használják, hanem inkább a hálózatokban működő nagy rendelkezésre állású szerverekben, nagy forgalmú webszerverekben és középkategóriás Java, ERP és CRM alkalmazás szerverekben alkalmazzák, amelyek jól ki tudják használni a sok különálló szálat. A T1 kialakítás egyik korlátja, hogy az összes (8) mag csak egyetlen lebegőpontos egységen osztozik (a magok közösen használják az FPU-t); ezért a T1 nem alkalmas a sok lebegőpontos számítást igénylő alkalmazások hatékony kiszolgálására. A processzor által célzott piaci szegmensben jellemzően nem használnak lebegőpontos műveleteket, a Sun szerint ez nem nagy probléma. A Sun biztosít eszközöket az alkalmazások párhuzamossági szintjének és lebegőpontos számítási igényének meghatározására, és így eldönthető, hogy a T1 vagy a T2 platform alkalmas ezek futattásához.[2]

A web- és alkalmazási réteg feldolgozásán kívül az UltraSPARC T1 alkalmas lehet kisebb adatbázis-alkalmazások futtatására, nagy felhasználószám mellett. MySQL adatbáziskezelő akár 13-szor gyorsabban futhat UltraSPARC T1 szerveren, mint AMD Opteron szerveren.[3]

Virtualizáció

[szerkesztés]

A T1 az első SPARC processzor, amely támogatja a Hyper-Privileged (hiperprivilegizált) végrehajtási módot. A SPARC Hypervisor futószalag ebben az üzemmódban fut; ez a T1 rendszert 32 logikai tartományra osztja, amelyek mindegyike képes egy operációs rendszer példány futattására.

Jelenleg a Solaris és a Linux támogatott, és a FreeBSD támogatás fejlesztés alatt áll (2007-es hír szerint).[4]

Szoftverlicencelési ügyek

[szerkesztés]

Szokás szerint a kereskedelmi célú szoftvercsomagok, mint pl. az Oracle Database, ára a processzorok számától függően változik. 2006 elején az Oracle megváltoztatta a licencelési modelljét és bevezettet a processzor faktor mutatót. Egy 0,25-ös processzor faktor mellett T1 processzorhoz, egy 8 magos T2000-en csak egy 2-CPU-s licencre van szükség.[5]

Az "Oracle Processor Core Factor Table"[6] folyamatosan változik az új processzorok megjelenésével.

2006-ban az IBM bevezette a Value Unit (VU) árazást. Így a T1 magok értéke 30 PVU (a T2 mag 50 PVU, a T3 70 PVU) a magonkénti 100 PVU alapérték helyett.[7]

Gyengeségek

[szerkesztés]

A T1-ben csak egyetlen lebegőpontos processzor van, amelyet a 8 mag közösen használ, így ezek nem igazán alkalmasak a nagyteljesítményű számítási feladatokban való felhasználásra. Ezt a gyengeséget a UltraSPARC T2 processzorral igyekeztek orvosolni, amely már 8 lebegőpontos egységet tartalmaz, egyéb javítások mellett.

A T1 csak egyprocesszoros rendszerekben volt használható, ami korlátozta a nagy vállalati környezetben való alkalmazását. Ezt a következő „Victoria Falls”, a piacon UltraSPARC T2 Plus néven is ismert processzor hidalja át,[8] valamint a következő generációs SPARC T3 és SPARC T4 processzorok. Az UltraSPARC T2+, SPARC T3, és SPARC T4 mind egy-, két- és négy socketes konfigurációkat is kínál.

A T1 kiváló adatátviteli sebességet biztosít a processzor által támogatott sok szál segítségével, de az egyetlen szál szűk keresztmetszetére korlátozott régebbi alkalmazások esetenként rossz összteljesítményt mutatnak. Az egyszálas alkalmazások problémáján a SPARC T4 processzor igyekszik segíteni. A T4-ben a magok számát 8-ra csökkentették (a T4-ben meglévő 16-ról), ám a magok összetettebbek lettek, az órajelfrekvenciát közel kétszeresére növelték – ezáltal az egyedi szálak teljesítménye jelentősen nőtt (300% és 500% közötti növekedés az előző generációkhoz képest).[9] További próbálkozás történt a „kritikus szál API” bevezetésére, amellyel az operációs rendszer észlelheti a szűk keresztmetszetet és ideiglenesen 1–8 szál helyett egy egész maghoz rendelheti az erőforrásokat, ha a célzott alkalmazás egyszálas végrehajtású CPU-hoz kötött viselkedést mutat.[10] A T4 ezáltal egyedüli módon enyhíti az egyszálas végrehajtás szűk keresztmetszetét, miközben nem rontja a teljes architektúra többszálas végrehajtású adatátviteli sebességét.

Modern kialakítások

[szerkesztés]

Az UltraSPARC T1-gyel induló „Coolthreads(TM)” architektúra nagy hatással volt a későbbi SPARC processzor-kialakításokra.

A „Rock”

[szerkesztés]
Bővebben: Rock processzor

Az eredeti UltraSPARC T1-et egyprocesszoros rendszernek tervezték és nem volt alkalmas az SMP-re. A „Rock” egy magasabbra törő tervezet volt, amely a többprocesszoros szerverarchitektúrák támogatására szolgált volna, a tradicionális adatfeldolgozó üzemet megcélozva, mint az adatbázisok. Ez inkább a Sun SMP processzorainak, pl. az UltraSPARC IV folytatásának látszott, nem pedig az UltraSPARC T1 vagy T2 helyettesítőjének, ám a fejlesztést törölték a Sun Oracle által történt felvásárlásának idején.

UltraSPARC T2

[szerkesztés]
Bővebben: UltraSPARC T2

Ez a típus a Niagara 2 kódnéven is ismert, az UltraSPARC T1 utódja. A T2-ben nyolc mag van. A T1-gyel ellentétben minden mag 8 szálat támogat, magonként egy FPU áll rendelkezésre, magonként egy továbbfejlesztett kriptográfiai egység, és a processzor beágyazott 10 gigabites Ethernet hálózati vezérlőkkel rendelkezik.

UltraSPARC T2 Plus

[szerkesztés]
Bővebben: UltraSPARC T2

2007 februárjában a Sun bejelentette, hogy harmadik generációs szimultán többszálas végrehajtású kialakítása, a Victoria Falls kódnevű processzor 2006 októberében a tape out fázisba lépett. A két socketes szerver (2 RU) 128 szálat biztosít, 16 magot tartalmaz és 65-szörös teljesítményjavulást mutat az UltraSPARC III-hoz képest.[8]

A Hot Chips 19 konferencián a Sun bejelentette, hogy a Victoria Falls processzort kétutas és négyutas szerverekben fogják használni. Így egyetlen 4 utas SMP szerver 256 konkurens hardver szálat támogat.[11]

2008 áprilisában a Sun forgalomba hozta 2 utas UltraSPARC T2 Plus szervereit, a SPARC Enterprise T5140 és T5240 típusokat.

2008 októberében a Sun kibocsátotta a 4 utas UltraSPARC T2 Plus processzoros SPARC Enterprise T5440 szervert.[12]

SPARC T3

[szerkesztés]
Bővebben: SPARC T3

2006 októberében a Sun közölte, hogy a Niagara 3 45 nm-es folyamattal fog készülni.[forrás?] A The Register brit technológiai lap információi szerint 2008 júniusában a processzor 16 magot tartalmaz, és hibásan arra célzott, hogy a magok 16 szálat futtathatnak. A Hot Chips 21 konferencián a Sun közölte, hogy a csip 16 magot tartalmaz és összesen 128 szálat futtat.[13][14]

A ISSCC 2010-es előadásán elhangzott, hogy a 16 magos SPARC SoC processzor max. 512 szálat futtathat egy négyutas közvetítő logika nélküli rendszerben, az adatátviteli sebesség maximalizálása érdekében. A 6 MiB-es második szintű gyorsítótár 461 GB/s, a 308 tűs SerDes bemeneti/kimeneti rendszer 2,4 TB/s sebességet biztosít. Hat órajel- és négy feszültségtartomány, energiafelhasználás-menedzsment és más áramköri technikák segítik a teljesítmény, fogyasztás, változtathatóság és termelékenységi kompromisszumok optimális kiegyensúlyozását, a 377 mm² felületű lapkán.[15]

SPARC T4

[szerkesztés]
Bővebben: SPARC T4

A T4 CPU-t 2011 végén adták ki. Az új T4 CPU csak 8 magot tartalmaz (mint a T1, T2 és T2+). Kódneve „S3”, jellemzői a javított szálankénti teljesítmény, amit a sorrenden kívüli végrehajtás bevezetése tett lehetővé, és az egyszálas programok teljesítményének további javítása.[16][17]

2010-ben Larry Ellison bejelentette, hogy az Oracle felajánlotta az Oracle Linux operációs rendszer támogatását az UltraSPARC platformra, és a portok a T4 és T5 megjelenésével elkészülnek.[18]

John Fowler, az Oracle rendszerekért felelős vezérigazgató-helyettese az Openworld 2014 rendezvényen kijelentette, hogy „a Linux valamikor SPARC rendszereken is működni fog”.[19][20][21][22]

SPARC T5

[szerkesztés]
Bővebben: SPARC T5

Az új T5 CPU jellemzői: összesen 128 szál 16 magon, 28 nanométeres technológiával készül.

Nyílt tervek

[szerkesztés]
Nem tévesztendő össze a következővel: Szabad szoftver.

2006. március 21-én a Sun a GNU General Public License hatálya alá helyezte az UltraSPARC T1 processzorkialakítás terveit az OpenSPARC projekt keretében. A közzétett információ a következőket tartalmazza:

  • Az UltraSPARC T1 kialakítás Verilog forráskódja;
  • Vizsgálati programcsomag és szimulációs modellek;
  • ISA specifikáció (UltraSPARC Architecture 2005);
  • A Solaris 10 operációs rendszer szimulációs lemezképei.

Jegyzetek

[szerkesztés]
  1. ↑ McGhan, Harlan (6 November 2006). "Niagara 2 Opens the Floodgates". Microprocessor Report.
  2. ↑ cooltst: Cool Threads Selection Tool. Workload Characterization blog. Sun Microsystems, 2006. április 6. [2014. december 26-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. május 30.)
  3. ↑ Thomas Rampelberg: Cruisin' with a T2k (PDF). DigiTar, 2006. május 9. [2011. augusztus 12-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. február 7.)
  4. ↑ FreeBSD/sun4v Project. (Hozzáférés: 2007. április 9.)
  5. ↑ Multi-core Processors: Impact On Oracle Processor Licensing (PDF). Oracle. [2007. március 20-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. augusztus 12.)
  6. ↑ Oracle Processor Core Factor Table. Oracle Processor Core Factor Table. Oracle. (Hozzáférés: 2011. szeptember 8.)
  7. ↑ Processor Value Unit Licensing for Distributed SW. IBM. (Hozzáférés: 2011. június 15.)
  8. ↑ a b Fowler, John: Growth by Design (PDF). Sun Microsystems, 2007. február 6. [2007. március 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. február 7.)
  9. ↑ Oracle's Sparc T4 chip: Will you pay Larry's premium?. The Register. [2011. november 30-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2012. június 21.)
  10. ↑ Conversations with Oracle Innovators. Oracle. (Hozzáférés: 2012. június 21.)
  11. ↑ Stephen, Phillips: Victoria Falls: Scaling Highly-Threaded Processor Cores (PDF). Sun Microsystems, 2007. augusztus 21. (Hozzáférés: 2007. augusztus 24.)
  12. ↑ Sun and Fujitsu's SPARC Enterprise T5440 Server Redefines Midrange Enterprise Computing with Industry-Leading Price Points, Power Management and Multiple World Record Benchmarks. Sun Microsystems, 2008. október 13. [2008. október 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. október 13.)
  13. ↑ Sanjay Patel, Stephen Phillips and Allan Strong. "Sun's Next-Generation Multi-threaded Processor - Rainbow Falls: Sun's Next Generation CMT Processor Archiválva 2011. július 23-i dátummal a Wayback Machine-ben". HOT CHIPS 21.
  14. ↑ Stokes, Jon (February 9, 2010). "Two billion-transistor beasts: POWER7 and Niagara 3". Ars Technica.
  15. ↑ J. Shin, K. Tam, D. Huang, B. Petrick, H. Pham, C. Hwang, H. Li, A. Smith, T. Johnson, F. Schumacher, D. Greenhill, A. Leon, A. Strong. "A 40nm 16-Core 128-Thread CMT SPARC SoC Processor". ISSCC 2010.
  16. ↑ Oracle's SPARC T4 chip: Will you pay Larry's premium?. [2011. november 30-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. december 26.)
  17. ↑ Sean Gallagher (28 September 2011), SPARC T4 looks to be good enough to stave off defections to x86, Linux, Ars Technica, <http://arstechnica.com/business/news/2011/09/sparc-t4-looks-to-be-good-enough-to-stave-off-defections-to-x86-linux.ars>
  18. ↑ Niccolai, James: Ellison: Oracle Enterprise Linux Coming to Sparc. PCWorld. [2012. szeptember 1-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. december 26.)
  19. ↑ Oracle says Sparc M7 chip will put an end to Heartbleed. The Inquirer. [2014. október 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. december 26.)
  20. ↑ binutils patches. binutils ml
  21. ↑ linux kernel patches. sparc linux ml
  22. ↑ libc patches. libc ml

Fordítás

[szerkesztés]

Ez a szócikk részben vagy egészben az UltraSPARC T1 című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

[szerkesztés]

További információk

[szerkesztés]

Kapcsolódó szócikkek

[szerkesztés]