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标题: [交流] 图解服务器CPU (SUN篇) [打印本页]

作者: s1005t 时间: 2007-4-9 16:10 标题: 图解服务器CPU (SUN篇)

SUN篇
Sun公司成立于1982年，总部设在美国加州硅谷。Sun公司于1986年上市，在NASDAQ 的标识为SUNW。
Sun公司是世界上最大的Unix系统供应商，产品有UltraSPARC系列工作站、服务器和存储器等计算机硬件系统，Solaris操作环境和Java系列开发工具和应用软件，以及企业服务等，并以其灵活性、高缩放性、可靠性和可用性等性能赢得各行业客户的青睐。

下面还是让我们来看一看SUN 服务器SPARC（UltraSPARC）处理器产品。
1987年，Sun和TI公司合作开发了RISC架构的微处理器----SPARC，这是业界出现的第一款有可扩展性功能的微处理器。SPARC（Scalable Processor ARChitecture），即可扩展性处理架构，SPARC处理器为SUN的产品提供了强劲的动力。

SPARC 是基础架构的之中一个，SPARC 国际公司在1989成立，作为一个独立非盈利性组织，监督和引导SPARC 演变。SPARC 架构是开放标准技术，在计算机行业以SPARC 商标登记在全世界有160个国家。SPARC 架构被证明是广泛被接受的技术为系统在财政、学术、工业、使命重要和一定互联网市场上。
SPARC 是逻辑选择为简单地要求，嵌入应用因为SPARC 开发环境简化了复杂设计的创作在短时间线。以超过二百万位开发商和30000 种应用， SPARC 社区等级在世界之中的最大当SPARC 定义连续展示这个开放式体系结构的例外通用性。
基于RISC 的 Scalable Processor ARChitecture处理器在功能从小数字照相机对大计算机主机类UNIX 服务器的功率设备，这微处理器架构是由SPARC 国际（SI）来负责的。
Sun Microsystems出版版本7 的SPARC Architecture和提出第一个SPARC 处理器的世界。这个16MHz，32 位SPARC 86900“Sunrise” 处理器被实施了在一对20000 门Fujitsu gate-array 芯片，使用供给Sun 4/260 工作站动力。

1990 年SPARC 国际出版版本8 的SPARC Architecture，以几种关键改进譬如硬件multiply/divide的 MMU 作用，支持对于128 位浮点运算。

出版版本9 规格，于1993 年被推出，增加了支持对于64位地址和数据类型，包括处理器从Sun(UltraSPARC) 到Fujitsu(SPARC64) 。多年来，主导产业的SPARC Architecture 供给各种各样的系统动力包括服务器、工作站、膝上计算机、VME/PCI 委员会、存贮系统、网络开关、设置上面箱子和数字照相机。

基于RISC 的SPARC Architecture 的建立的架构，提供足够的“净空高度” ，产生对集会未来的计算的要求巨型的处理器可测量性的视觉。现在，某一基于SPARC 的系统标度每系统可以在100 个处理器之外。微处理器在下一个十年将面对许多挑战，有效地处理被期望的工作量在区域譬如多媒体、安全和通信。SPARC 微处理器合并朴实和可测量性的独特的组合，很好地被安置接受这些挑战；当需要维护二进制兼容性时，能很好地保护客户的软件投资。

在SPARC处理器之后不久，随后出现了64位高性能的UltraSPARC 处理器，为Sun公司的工作站和服务器提供了发展原动力。Sun的系统架构提供了一种非常平衡的性能，系统部件（和内存）组合起来加速了应用序列的每个部分；高速I/O和网络，与高速互连部件一起提高了数据获取速度。 UltraSPARC CPU 提供了超级计算能力，并驱动数据流通过互连部件（UPA，Gigaplane Bus和Fireplane Interconnect）维持高速处理。

上图显示了系统的各部分如何在一个平衡的架构内全速工作，保证应用运行得更好：它们不会在系统的某个部分遇到瓶颈。
对于要求高级图形和多媒体能力的系统，Sun的UltraSPARC是第一种集成了2-D和3-D影像和图形的处理器。 VIS是一组加速多媒体、影像处理和网络应用的指令集，这使得UltraSPARC处理器与众不同。 VIS RISC 指令集扩展了SPARC-v9架构。VIS是嵌入于UltraSPARC处理器中的单指令多数据(SIMD:Single Instruction Multiple Data) 代码。UPA连接UltraSPARC处理器、内存、I/O子系统和图形卡。为多任务、多处理器环境特别设计，UPA连接适用于大量数据的在系统中高速流动，增强了整个系统的性能。

UltraSPARC IIe微处理器采用0.18μm 6层金属连线工艺，370引脚、49.5mm CPGA封装;内部集成了256-KB二级高速缓存、32位标准66MHz PCI总线、高性能SDRAM控制器和内存接口。该处理器的功耗性能是专为嵌入应用而优化的，对1.5伏的400MHz处理器来说，其功耗估计最多为8瓦，而1.7伏的500MHz处理器，功耗最多则为13瓦。此外，附加的内置功率管理功能使休眠状态时最多耗能3瓦，符合Energy Star的要求。
UltraSPARC IIe处理器现有400MHz和500MHz两种频率，与UltraSPARC处理器全系列产品实现完全的应用软件二进制兼容。为了帮助用户快速设计嵌入产品，Sun还提供设计套件和全套文本资料。设计套件不仅提供参考指南，可评估性能，还为软件移植和定制应用提供了平台。
它是首个服务于嵌入应用系统的高度集成的64位产品，适用于电信、网络基础设施和ISP市场，为它们提供SPARC结构所具备的可靠性、可用性和可扩展性，可降低系统整体成本、缩短产品面市时间并增强系统整体性能。

SUN推出的UltraSPARC IIi处理器是为了解决64位计算和低端的工作站系统。此款处理器给人一个高度集成鲜明感觉，采用高效和低价系统设计；在许多英特网和企业服务器里使用的UltraSPARC IIi处理器也是基于64位版本9 的SPARC Architecture；它以低能耗，高可靠性和可扩展性，广泛用于运用在数据中心、英特网、电信和企业的网络环境中。

Sun的UltraSPARC Ⅲ微处理器可提供更加灵活的扩展方法。芯片可从两路处理扩展到数百路的处理操作，而无需重新设计大量的硬件及软件。UltraSPARC Ⅲ处理器采用Sun的独特设计方法，无需使用外部的存储器控制器。独立的控制器为系统总线增添了额外的负载，而UltraSPARC Ⅲ处理器与存储器直接对话，从而减少了这一负载。因此，存储器容量及性能可随着处理器的增加自然扩展。
UltraSPARC Ⅲ处理器就是针对新兴网络计算设计的，处理器具有更高的时钟频率，更少的延误时间，可提供因特网要求的极高性能。UltraSPARC Ⅲ处理器还支持高度灵活的多处理环境，因此，选择它作为新兴因特网业务的处理器，可快速扩展，满足不断增长的计算要求。Ultra SPARC Ⅲ的工作频率有900MHz、750MHz和600MHz三种。与以前的UltraSPARC Ⅱ相比，UltraSPARC Ⅲ运行程序的速度要快一倍。

UltraSparc IIIi为每个处理器配备1MB的2级缓存，SPARC IIIi这个代号中的“i”所隐含的意思是“集成（Integration）”。也就是说，这个处理器具有极高的集成性，其中包括了存储及I/O控制器、大量的芯片内缓存以及有效降低系统复杂度的系统总线。对于某些特定的应用，SPARC IIIi在降低成本方面效果十分显著。Sun公司的中低端服务器采用专用处理器SPARC IIIi，它是针对1～4个处理器的环境而专门设计的，同时确保了最高标准的RAS能力。因此，Sun UltraSPARC IIIi处理器仍然是低端Unix服务器的上好之选。

SUN公司在其2002年年会上正式发布了采用0.13微米工艺和铜导体技术打造的64位UltraSPARC III Cu 1200处理器。由于采用了0.13微米制造工艺，新型1.2GHz的UltraSPARC III Cu处理器电耗比原先采用0.15微米技术打造的1.05 GHz SUN处理器降低了14%，也就是从75W电耗降低到了53W电耗。降低幅度为30％。Sun以更低的耗散功率和更小尺寸的芯片，降低了系统的运行成本，使系统计算密度的潜力又一次获得提升，还特别改善了系统的RAS特性(可靠性、可用性和可维护性)。
Sun的UltraSPARC III Cu 1200新处理器，以及新一代服务器动态重构软件的发布，将网格计算提高到企业系统阶段。它比用于IBM Power4 和Intel 安腾2的180毫微米的生产工艺整整前进了一代。这一更精细的工艺技术还使处理器芯片尺寸大大减少，这使芯片制造成本再次降低，进一步巩固了UltraSPARC III处理器是业界最低功耗的64位处理器的地位。

UltraSparc IV使用了两个UltraSparc III核心。UltraSPARC Ⅳ目前仍然采用和UltraSPARC Ⅲ相同的生产制造工艺，只是在接口复用上重新设计，可以直接热交换原系统中的UltraSPARC Ⅲ系统板，直接获得性能的翻番。在各种复杂的应用中经过数个月的测试表明，UltraSPARC Ⅳ性能出色，运行稳定性也一如UltraSPARC Ⅲ，毕竟是同一种核心下的产物。首批UltraSparc IV使用130纳米制造工艺，UltraSparc IV处理器只有356平方毫米大小。其生命周期将延续到2006年。
当然，提升性能的主要方式就包含有制造工艺，Sun在2004年内将和TI共同生产90纳米工艺的UltraSPARC Ⅳ，它不但会获得频率上的优势，更重要的是原本板载的16MB L2 Cache会集成在Die上（据猜测是2MB L2 Cache），这时配合板载的L3 Cache，将会成为Sun历史上最强悍的处理器，性能会在今天的基础上再增加一倍。 UltraSparc IV处理器于2004年6月份推出一款速度为1.2GHz的产品。sun 公司推出的UltraSparc IV处理器在性能上要超出前代产品1.6到2倍，这对英特尔、IBM、AMD以及其它公司的产品产生了极大的竞争力。

新一代UltraSPARC Ⅳ+处理器采用了德州仪器公司的90毫微米的工艺技术，它通过扩展的高速缓存、功能与转移预测机制(Branch Prediction Mechanism)、增强的预取能力(prefetching capabilities)和新型的计算能力等新技术，将现有的UltraSPARC Ⅳ处理器的应用吞吐量翻了一番。此外，UltraSPARC Ⅳ+处理器还将一个新的3级高速缓存层，与一个快速片上2MB二级高速缓存和一个大型32MB片外三级高速缓存组合在一起。
这些新的特性还与更高的运行频率(起始为1.8 GHz)相结合，使UltraSPARC Ⅳ+比以往的UltraSPARC处理器有更高的吞吐量，大约是UltraSPARC Ⅳ处理器的每个线程性能的两倍。UltraSPARC Ⅳ+处理器采用了片上多线程技术(CMT)，通过多个运算(或称线程)的同时进行，继续执行Sun的吞吐量计算战略，以进一步提高系统的性能。同时，还有一组新的RAS(随机存取存储器)，使这一新的设计成为UltraSPARC系列处理器中最可靠的一员。
与UltraSPARC Ⅳ处理器一样，这第二代的UltraSPARC Ⅳ+处理器仍然保持了Sun系统传统的二进制兼容的特性，因此保护了客户在开发工具和应用软件方面的已有投资。Sun还向她的客户提供了使其系统性能和可靠性双升级的简易途径，系统的占地面积不变，电源功率和热包装仅有很小的变化。
SUN 处理器比较表：

Sun系统所用SPARC处理器列表(下表所列为Sun系统型号和它们所支持的SPARC处理器)：

作者点评：
SUN UltraSPARC有三个满足特定需求的系列产品线，即可扩充"s"系列、集成"i"系列和嵌入式"e"系列。针对每一系列产品，Sun公司不断推陈出新，致力开发和推出性能更强、性价比更好的产品。
性价比一直是低端Unix服务器市场的基本需求。把Unix服务器的性价比发挥到极致，并以此在市场上获得最强的竞争优势，这是Sun公司的拿手好戏。面向目标的设计以及平和开放的心态，这是Sun公司SPARC系列处理器的核心理念。针对Unix服务器应用场合复杂多样的实际需求，Sun公司为不同服务器设计了不同型号SPARC处理器。
Sun在SPARC架构上走了很多年，转向64位也快10年了，在发展产品的时候，要考虑延续上一代处理器的兼容性，要考虑用户是否会因为新处理器的特性来放弃旧体系兼容性。但是多核处理器是未来的成长方向却早已经被确立，要利用多个同步计算的核心来满足应用。今天的UltraSPARC Ⅳ采用了双核心，未来的产品会采用8核心结构，在数据的面前，核心的力量只能停留在第二位，只有满足了数据存取的需要，才能谈论核心的计算能力。
Sun公司在不久前发布了其微处理器的详细发展蓝图，该蓝图中描述的处理器包括现有UltraSPARC III，双核心的UlteaSPARC IV，基于SMT的UltraSPARC V以及高级多线程Niagara处理器。未来UltraSPARC（Niagara 与Rock）的改变相当大；在传统设计下，处理器投入资源与性能提升程度不符效益，例如一味的提升频率等；而Niagara 与Rock则将对处理器发展带来极大，甚至极端（Radical ）的改变；Niagara 推出时将有8 核心，每核心将有4 线程（thread），而Rock推出时将内含64个核心。
未来的Niagara处理器（4线程/核心，8核心/硅片，32线程/芯片）将完全采用多线程技术设计。在SPARC处理器的研究开发中，Sun称其核心技术叫做“Throughput Computing”，也就是吞吐量计算。Niagara与650Mhz的UltraSPARC IIi 比较有15倍的性能提升，而30x的性能是与1.2GHz UltraSPARC III 比较。而对于 UltraSPARC V，Sun的专家将会开发新的冷却技术，但不是水冷。大概两年后，在推出UltraSPARC V后将很快推出30倍性能的芯片。
根据Sun公司未来的发展规划，在64位UltraSparc处理器方面，主要有3个系列，首先是可扩展式s系列，主要用于高性能、易扩展的多处理器系统。目前UltraSparc Ⅲs的频率已经达到750GHz。即将推出UltraSparc Ⅳs和UltraSparc Ⅴs等型号，其中UltraSparc Ⅳs的频率为1GHz，UltraSparc Ⅴs则为1.5GHz。其次是集成式i系列，它将多种系统功能集成在一个处理器上，为单处理器系统提供了更高的效益。已经推出的UltraSparcⅢi的频率达到700MHz，未来的UltraSparc Ⅳi的频率将达到1GHz。最后是嵌入式e系列，为用户提供理想的性能价格比，嵌入式应用包括瘦客户机、电缆调制解调器和网络接口等。
另外，Sun微系统公司和富士通计划在2006年之前将它们基于Sparc处理器的服务器产品合并在一起的这一合作计划意在扩大它们之间的合作关系，以对抗竞争对手IBM和惠普。这可能会成为Sun的一次明智的战略转移行动，因为现在的Sun需要各种各样的帮助，包括国际的和其它的，如今它正好获得了这样的帮助。
简而言之，Sun表示将主导产品设计、开发和支持，而富士通主要做好生产。然而，在软件开发和芯片设计上，两大公司都将工作继续进行到底。由于SUN UltraSparc V和富士通Sparc 64有众多相似之处，他们目前面临共同敌人（IBM ），自然必须集中资源；而且富士通在大型主机上有其优势，这方面它们累积相当技术，因此Sun为UltraSPARC开辟新方向.

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