IBM RS64 - IBM RS64

Arquiteturas POWER , PowerPC e Power ISA
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A IBM RS64 é uma família de microprocessadores que foram usadas no final de 1990 no da IBM RS / 6000 e AS / 400 servidores .

Esses microprocessadores implementam a arquitetura de conjunto de instruções (ISA) "Amazon" ou "PowerPC-AS" . Amazon é um superconjunto do conjunto de instruções PowerPC , com a adição de recursos especiais que não estão na especificação PowerPC, principalmente derivados do POWER2 e do processador AS / 400 original, e foi de 64 bits desde o início. Os processadores nesta família são otimizados para cargas de trabalho comerciais (desempenho inteiro, grandes caches, ramificações) e não apresentam o desempenho de ponto flutuante forte dos processadores na família de microprocessadores IBM POWER , seu irmão.

A família RS64 foi extinta logo após a introdução do POWER4 , que foi desenvolvido para unir as famílias RS64 e POWER.

História

Em 1990, o projeto Amazon foi iniciado para criar uma arquitetura comum que hospedaria AIX e OS / 400 . A equipe de engenharia do AS / 400 da IBM Rochester estava projetando uma nova arquitetura conhecida como C-RISC (Commercial RISC ) para substituir a arquitetura IMPI do AS / 400. C-RISC foi uma evolução do conjunto de instruções IMPI, estendendo o espaço de endereço para 96 ​​bits e adicionando algumas instruções RISC para acelerar os aplicativos comerciais com maior intensidade de computação que estavam sendo colocados em AS / 400s. O presidente da IBM, Jack Kuehler, queria que eles usassem o PowerPC, mas eles resistiram, argumentando que o conjunto de instruções PowerPC existente de 32/64 bits não permitiria uma transição viável para o software OS / 400 e que o conjunto de instruções existente exigia extensões para os aplicativos comerciais em o AS / 400. Eventualmente, uma extensão para o conjunto de instruções PowerPC, chamada "Amazon", foi desenvolvida por uma equipe liderada por Frank Soltis .

Ao mesmo tempo, os desenvolvedores do RS / 6000 estavam expandindo amplamente sua linha de produtos para incluir sistemas que abrangiam desde estações de trabalho de baixo custo até sistemas SMP de grandes empresas concorrentes de mainframe e sistemas de supercomputação RS / 6000-SP2 agrupados . Os processadores PowerPC desenvolvidos na aliança AIM eram adequados para a estação de trabalho RISC de baixo custo e para o pequeno espaço do servidor. Mas o mainframe e os grandes sistemas de supercomputação em cluster exigiam mais recursos de desempenho e confiabilidade, disponibilidade e capacidade de manutenção do que os processadores projetados para Power Macs da Apple. Vários designs de processador foram necessários para atender simultaneamente aos requisitos do Apple Power Mac com foco em custos, sistemas de alto desempenho e RAS RS / 6000 e a transição do AS / 400 para PowerPC.

A Amazon foi estendida para oferecer suporte a esses recursos também, de modo que os processadores pudessem ser projetados para uso em máquinas RS / 6000 e AS / 400 de ponta.

O projeto para desenvolver o primeiro processador desse tipo foi "Bellatrix" (nome de uma estrela na constelação de Orion , também chamada de "Estrela da Amazônia"). O projeto Bellatrix era extremamente ambicioso em seu uso difundido de circuitos auto-cronometrados e baseados em pulso e as ferramentas EDA necessárias para dar suporte a essa estratégia de projeto, e acabou sendo encerrado. Para atender aos mercados de estação de trabalho técnica, supercomputador e engenharia / científica, a IBM Austin (a casa dos RS / 6000) começou a desenvolver uma versão de chip único time-to-market do Power2 (P2SC) em paralelo com o desenvolvimento de um processador PowerPC sofisticado de 64 bits com as extensões POWER2 e unidades de ponto flutuante MAF sofisticadas duplas (o POWER3 / 630). Para lidar com aplicativos comerciais RS / 6000 e sistemas AS / 400, IBM Rochester (a casa dos AS / 400s) começou a desenvolver o primeiro dos processadores PowerPC de 64 bits de ponta com extensões AS / 400, e IBM Endicott começou a desenvolver um Processador PowerPC low-end de chip único com extensões AS / 400.

Cobra e Muskie

Em 1995, a IBM lançou o Cobra , ou processador A10 , a primeira implementação do PowerPC AS, para os sistemas IBM AS / 400 . Era um processador de chip único rodando a 50-77 MHz. Ele foi projetado com uma metodologia semi-customizada, como consequência das restrições de tempo de entrada no mercado. A matriz contém 4,7 milhões de transistores e mede 14,6 mm por 14,6 mm (213 mm 2 ). Foi fabricado pela IBM em seu processo CMOS 5L, um processo CMOS de metal de quatro camadas de 0,5 µm. Ele usou uma fonte de alimentação de 3,0 V e dissipou 17,7 W no máximo, 13,4 W no mínimo a 77 MHz. Foi embalado em uma matriz de grade de esfera de cerâmica de 625 contatos (CBGA) que media 32 mm por 32 mm.

Em 1996, a IBM lançou a versão high-end SMP de 4 vias e multi-chip chamada Muskie , A25 ou A30 em sistemas AS / 400. Ele funcionou a 125-154 MHz. Foi fabricado em um processo de fabricação BiCMOS .

Esses processadores eram usados ​​apenas em máquinas AS / 400.

RS64

O RS64 ou Apache foi introduzido em 1997. Ele foi desenvolvido a partir de "Cobra" e "Muskie", mas incluía um PowerPC ISA mais completo e, portanto, foi configurado para ser usado em máquinas RS / 6000 , bem como em sistemas AS / 400. Ele apresentava 128 KB de cache L1 total no chip , 4 MB de velocidade total fora do chip L2 em um barramento de 128 bits e um clock de 125 MHz. Ele foi dimensionado para uma configuração SMP de 12 processadores nas máquinas da IBM.

RS64 foi chamado de A35 no AS / 400 e uma vez foi referido como PowerPC 625 , entre o extinto PowerPC 620 e o PowerPC 630 (mais tarde renomeado POWER3 ).

Foi fabricado com um processo de fabricação BiCMOS.

RS64-II

O RS64-II ou Northstar foi introduzido a 262 MHz em 1998 com 8 MB de velocidade total L2 em um barramento 6XX de 256 bits (também usado no PowerPC 620 e POWER3 ). As placas do processador contendo 4 RS64-II podem ser trocadas por máquinas projetadas para placas semelhantes RS64 de 4 vias, evitando uma "atualização de empilhadeira". O RS64-II continha 12,5 milhões de transistores, tinha 162 mm² de largura e consumia uma potência máxima de 27 Watts. A fabricação mudou para uma fabricação CMOS de 0,35 μm .

RS64-II foi o primeiro processador do mercado de massa a implementar multithreading . Essencialmente, cada chip armazena informações de estado para 2 threads a qualquer momento e parece ser dois processadores para o sistema operacional. Um processador lógico executa o que é chamado de thread de primeiro plano. Quando este encadeamento encontra um evento de alta latência (perda de cache L2, etc.), o encadeamento de segundo plano é alternado para, no segundo processador lógico do ponto de vista do sistema operacional. No caso de um evento de latência "menos longa" (perda de L1, etc.), a troca de thread só ocorrerá se a thread em segundo plano estiver pronta para ser executada. Se o encadeamento em segundo plano também estiver esperando uma falha, a troca de encadeamento não ocorrerá. A IBM chama esse esquema de "multithreading de granulação grossa". Não é exatamente a mesma coisa que multithreading simultâneo encontrado nos processadores Pentium 4 posteriores . Um artigo da IBM observa que o esquema de granulação grossa é mais adequado para uma arquitetura ordenada como o RS64.

O RS64-II foi denominado A50 em sistemas AS / 400.

RS64-III

O RS64-III ou Pulsar foi introduzido em 1999 a 450 MHz. As principais mudanças incluíram caches de dados e instruções maiores de 128 KiB L1, melhor precisão de previsão de ramificação e penalidades reduzidas de erro de previsão de ramificação de zero ou um ciclo. O RS64-III tem um pipeline de cinco estágios e um barramento de cache L2 de 256 bits, que forneceu ao processador 14,4 GB / s de largura de banda do cache L2 de 8 MiB, implementado com SRAMs DDR de 225 MHz.

O RS64-III tem 34 milhões de transistores, um tamanho de matriz de 140 mm² e é fabricado no processo CMOS 7S de 0,22 μm com seis níveis de interconexão de cobre.

Em 2000, a IBM lançou uma versão refinada chamada IStar fabricada com um processo de fabricação SOI com interconexões de cobre, que aumentava a frequência do clock do processador para 600 MHz. Este foi o primeiro processador implementado neste processo. Porém, arquitetonicamente, o IStar era idêntico ao Pulsar.

RS64-IV

O RS64-IV ou Sstar foi introduzido em 2000 a 600 MHz, posteriormente aumentado para 750 MHz. Até 16 GB DDR L2 eram suportados da mesma maneira que o RS64-III (largura de banda de 19,2 GB / s). O RS64-IV tinha 44 milhões de transistores e 128 mm² de largura, fabricado em um processo de 0,18 μm. Ao contrário do POWER, o consumo de energia permaneceu baixo, abaixo de 15 watts por núcleo.

Por um tempo, enquanto a linha POWER estagnou na metade da velocidade do clock de seus concorrentes, a família RS64 estava no topo da grande linha de servidores UNIX SMP da IBM. O desempenho da carga de trabalho inteira / comercial do RS-64 IV era semelhante ao dos processadores Sun Microsystems com os quais competia, embora seu poder de ponto flutuante não fosse comparável ao do POWER3-II contemporâneo , que permaneceu razoavelmente competitivo ao longo de seu ciclo de vida.

Referências

Leitura adicional

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