SPARC歷史盤點(diǎn)：撐起Sun大廈的芯片技術(shù)傳奇
如果將2009年IT產(chǎn)業(yè)中的大事做一個排行的話，那么Sun被甲骨文收購這個事件，一定可以排進(jìn)前三。Sun，這個曾經(jīng)在硅谷唯一可以和IBM比肩的巨頭，如今也失去了昔日的光輝。年中時Sun投資數(shù)十億的16核Rock處理器被腰斬，也讓人不得不唏噓Sun硬件業(yè)務(wù)的未來，曾經(jīng)輝煌一時的SPARC，不知道是否今后也會慢慢淡出人們的視線?，F(xiàn)在讓我們來回顧Sun Sparc歷史。
在RISC領(lǐng)域中，SPARC處理器是非常重要的一個產(chǎn)品，從1984年SPARC架構(gòu)的提出、1987年的第一顆SPARC處理器，到獲得巨大成功的UltraSPARC-III、再到8核心32線程的UltraSPARC-T1和中途被廢止的16核心“Rock”，Sun SPARC沉浮二十五年，奠定了Sun在高端微處理器市場中的領(lǐng)先地位，成就了一段硅谷傳奇。
Sun SPARC處理器發(fā)展歷程
SPARC歷史盤點(diǎn)一：1984，Sun SPARC架構(gòu)元年
20世界的80年代是RISC處理器的時代，RISC架構(gòu)把較長的指令分拆成若干條長度相同的單一指令，可使CPU的工作變得單純、速度更快，設(shè)計和開發(fā)也更簡單。1984年，Sun工程師中的一個小團(tuán)隊開始研發(fā)被稱為SPARC的32位RISC處理器，而SPARC項目的開發(fā)顧問就是提出RISC架構(gòu)的David Patterson。
David Patterson
SPARC是Scalable Processor Architecture的縮寫，即可擴(kuò)展的處理器架構(gòu)，Sun對SPARC寄以厚望，當(dāng)時首席執(zhí)行官Scott McNealy認(rèn)為SPARC可以將公司每年5億美元的收入提升至每年數(shù)十億美元。
SPARC歷史盤點(diǎn)二：1987，首款SPARC處理器誕生
Sun最早的產(chǎn)品不是服務(wù)器而是工作站，而最早的SPARC處理器也是被應(yīng)用在工作站上。在1987年推出了第一款32位的SPARC 86900“Sunrise”處理器，這款處理器采用SPARC V7架構(gòu)，采用0.8微米工藝，主頻只有16MHz，當(dāng)時被應(yīng)用在一對20000門的富士通gate-array芯片上，供給Sun 4/260工作站動力。第一款SPARC處理器規(guī)格雖然和現(xiàn)今的處理器無法相提并論，每秒僅可處理1000萬個指令，但是這比當(dāng)時的復(fù)雜指令集計算機(jī)(CISC)處理器要快三倍。
第一款SPARC處理器
SPARC推出后很就占領(lǐng)了市場，并幫助公司突破了10億美元營收的大關(guān)。這一切正如當(dāng)初McNealy所預(yù)測的那樣。
SPARC最早的架構(gòu)是V7版本，也是最基礎(chǔ)的SPARC架構(gòu)。1990年SPARC V8架構(gòu)推出，包含了幾種關(guān)鍵改進(jìn)如硬件multiply/divide的 MMU 作用，支持對于128 位浮點(diǎn)運(yùn)算。1993年SPARC V9架構(gòu)推出，增加了支持對于64位地址和數(shù)據(jù)類型，包括處理器從Sun(UltraSPARC) 到Fujitsu(SPARC64) 。
SPARC架構(gòu)版本#p#
SPARC歷史盤點(diǎn)三：1995，64位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520萬個晶體管。UltraSPARC I的推出加強(qiáng)了Sun在高端微處理器市場的領(lǐng)導(dǎo)地位。
UltraSPARC I
SPARC歷史盤點(diǎn)四：1997，UltraSPARC Ⅱ
僅僅兩年后，Sun就推出了UltraSPARC I的升級版——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，UltraSPARC Ⅱ在各種環(huán)境中均能提供業(yè)界較高的性能。
UltraSPARC Ⅱ
SPARC歷史盤點(diǎn)五：1999，里程碑式的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1600萬個晶體管，并與Solaris操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兼容。
UltraSPARC Ⅲ
借助出眾的存儲器帶寬和多處理器可擴(kuò)展性，UltraSPARC Ⅲ為電子商務(wù)、科學(xué)計算和數(shù)據(jù)開采等高性能計算應(yīng)用提供了非同尋常的平臺。憑借卓越的性能和Solaris操作環(huán)境，UltraSPARC Ⅲ進(jìn)一步推動了服務(wù)器的發(fā)展。
UltraSPARC Ⅲi
UltraSPARC Ⅲi是在UltraSPARC Ⅲ的基礎(chǔ)上，針對中小企業(yè)的1~4路服務(wù)器優(yōu)化了的64位RISC處理器，采用了全新的SPARC V9架構(gòu)，除了主頻上的提高，并且采用了集成化策略，編號中的“i”表示就是集成的意思。UltraSPARC Ⅲi中集成了存儲和I/O控制器、1M的L2緩存和DDR內(nèi)存控制器，大大提升了內(nèi)存訪問效率。
UltraSPARC Ⅲi#p#
SPARC歷史盤點(diǎn)六：2004，首款雙核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UltraSPARC III的內(nèi)核、二級Cache的tag體和MCU，外部緩存16MB，每個內(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，實現(xiàn)系統(tǒng)的平滑升級。UltraSPARC IV+是UltraSPARC IV的0.09微米工藝的升級版本，而且增加了片上高速緩存的容量，主頻1.8GHz。
UltraSPARC IV
UltraSPARC IV+
UltraSPARC IV+在2004年10月推出，是Sun在UltraSPARC產(chǎn)品線上的最后一款產(chǎn)品，其后的處理器產(chǎn)品均是和富士通聯(lián)合研發(fā)。UltraSPARC IV+采用了90nm工藝，相對UltraSPARC IV制程更加進(jìn)步，并且將一個新的L3緩存層與一個快速片上的2MB L2緩存、以及一個32MB的片外高速三級緩存連接在一起。此外，UltraSPARC IV+通過擴(kuò)展的高速緩存、功能與轉(zhuǎn)移預(yù)測機(jī)制、增強(qiáng)的預(yù)取能力等新技術(shù)，將UltraSPARC IV的應(yīng)用吞吐量提高一倍。
UltraSPARC IV+
SPARC歷史盤點(diǎn)七：2005，首款8核心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)，還有一個創(chuàng)新性的8內(nèi)核技術(shù)，每個內(nèi)核有4個線程，共有32個線程。32個線程等于32個系統(tǒng)同時工作，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
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)就在被處理的同時迅速傳入芯片；每一個UltraSPARC T1內(nèi)核相對都很簡單，它生成的熱量很少，這使整個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。#p#
SPARC歷史盤點(diǎn)八：2007，64線程的UltraSPARC T2
SUN公司在推出UltraSparc T1之后，就開始投入代號為“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，但每個核心可支持的線程數(shù)提升到8個。換句話說，UltraSparc T2擁有高達(dá)64線程的并行處理能力，比UltraSparc T1整整提升一倍。
UltraSparc T2
另外，UltraSparc T2直接集成了8個獨(dú)立的加密加速單元、支持虛擬運(yùn)行的兩個10Gbps以太網(wǎng)接口和八個PCI-E通道，而浮點(diǎn)單元仍保持精簡設(shè)計的原則，數(shù)量只有8個。
UltraSparc T2核心架構(gòu)圖
多線程和虛擬運(yùn)行是UltraSparc T2的拿手好戲，SUN表示UltraSparc T2的每個線程都可以獨(dú)立運(yùn)行一個操作系統(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)對多線程處理的需要，UltraSparc T2配備了4個內(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，平均每個線程只需要消費(fèi)2瓦。
SPARC歷史盤點(diǎn)九：2008~2009，16核心“Rock”出師未捷
代號“Niagara”的UltraSPARC T1/T2系列是Sun歷史上非常成功的處理器，也承擔(dān)了Sun大部分的營收?！癗iagara”系列處理器采用了多核心多線程的設(shè)計，旨在提升事務(wù)處理的能力，對于浮點(diǎn)性能并不十分注重，主要適用于面向網(wǎng)絡(luò)的Web等事務(wù)性負(fù)載。在高端的浮點(diǎn)密集型高性能計算負(fù)載或者面向數(shù)據(jù)的高端工作負(fù)載中，Sun應(yīng)用的是和富士通聯(lián)合推出的SPARC64處理器，比如M系列服務(wù)器。為了和IBM、HP等Unix巨頭抗?fàn)?，Sun在數(shù)年前還規(guī)劃了面向中高端服務(wù)器應(yīng)用的“Rock”處理器，獨(dú)立于“Niagara”，替代目前的SPARC64。
Sun處理器路線圖
“Rock”被命名為“UltraSPARC-RK”，最早的計劃是在2008年第二季度推出。“Rock”處理器采用65納米工藝，具備16個核心，芯片面積為396平方毫米，主頻2.3GHz，功耗250W。
Sun “Rock”處理器
核心架構(gòu)圖
從架構(gòu)圖上看，16個核心被分成四個部分，每4個核心構(gòu)成一個“簇”，4個核心共享一個I-cache、2個FPU和2個數(shù)據(jù)緩存。每個核心支持2個線程，總共支持32個線程，雖然從線程數(shù)量上遠(yuǎn)不如規(guī)劃中的具備256個線程的Niagara-III，但是Rock具備更強(qiáng)的單線程能力，在每個核心的執(zhí)行效率上會更高。Rock還具備“Scout預(yù)取”功能，實現(xiàn)指令的預(yù)取，提升處理器性能。
Sun對這款高端處理器寄以厚望，經(jīng)歷5年的研發(fā)時間并投入了數(shù)十億的研發(fā)資金，不過遺憾的是，我們今后可能根本看不到這款處理器的身影。在研發(fā)過程中“Rock”出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的性能問題，并沒有達(dá)到當(dāng)初Sun的預(yù)期，并且連續(xù)的財政赤字讓Sun無力再繼續(xù)負(fù)擔(dān)高昂的研發(fā)費(fèi)用，在今年4月份Sun被甲骨文收購，這個新東家也似乎不打算支持這個耗資巨大的項目，今年6月中旬，紐約時報披露“Rock”已經(jīng)被Sun廢止，這個投入大量時間和資金的處理器最終出師未捷。
Rock已經(jīng)被終結(jié)，在Sun的規(guī)劃中，還有一款UltraSPARC處理器“Niagara-III”原本預(yù)計在09年年底推出，Niagara-III采用45納米工藝，將具備16核心，每個核心具備16個線程，每個處理器的線程數(shù)量將達(dá)到驚人的256個，不過如若甲骨文真的要放棄Sun的硬件業(yè)務(wù)，這款處理器的命運(yùn)還是個未知數(shù)。
附：Sun SPARC處理器規(guī)格匯總
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