Вооружена и очень опасна

В последней части Sun, вооруженная операционной системой Solaris, выглядит очень уверенно. Что касается аппаратуры, то в последнее время возникли определенные проблемы, связанные с отставанием в производительности микропроцессоров архитектуры SPARC от конкурентов.

Эту ситуацию должно было исправить появление компьютеров Sun на базе новых процессоров UltraSPARC.

Время "Ч" наступило 7 ноября 1995 года. Этому событию предшествовала мощная артиллерийская подготовка. Так, было объявлено, в частности, о выпуске многопроцессорных рабочих станций SPARCstation 20 c процессором HyperSPARC (тактовая частота 150 МГц, SPECint92/SPECfp92=169/208).

В серверах SPARCserver 1000E и 2000Е была поднята с 60 до 85 МГц тактовая частота микропроцессоров SuperSPARC. Cray Research Superserver, использующая CS6400 - своих суперкомпьютерных серверах - процессоры SuperSPARC II, также объявила о повышении тактовой частоты. Однако очевидно, что наибольшую опасность для конкурентов будут представлять именно системы на базе UltraSPARC.

Микропроцессоры UltraSPARC

64-разрядный процессор UltraSPARC поддерживает версию 9 архитектуры SPARC. Первой реализацией этой архитектуры стал, вероятно, RISC-процессор SPARC-64, созданный совместно Fujitsu и HAL Computer Systems. При тактовой частоте 154 МГц он имеет производительность SPECint92/SPECfp92 = 256/330.

Анонсированный в ноябре чип UltraSPARC-I построен по 0.5-микронной КМОП-технологии с рабочим напряжением 3.3 В. Он имеет суперскалярную архитектуру и способен выполнить до 4 команд за такт. Первичные кэши команд и данных имеют объем по 16 Кбайт каждый и интегрированы на основном чипе. Внешний кэш имеет размер от 512 Кбайт до 4 Мбайт и обменивается с основным чипом порциями данных размером по 16 байт.

Запросы на выборку из вторичного кэша конвейеризуются; длина конвейера равна 3 тактам. Динамическое предсказание переходов основывается на двухразрядном поле предыстории. По утверждению Sun, на тестах SPECint92 вероятность правильного предсказания составляет 88%, на тестах SPECfp92 - до 94%.

Имеется сразу 2 буфера быстрого преобразования адресов: один работает с адресами команд, другой - с адресами данных. Устройство предварительной выборки и диспетчирования команд выбирает инструкции из кэш-памяти в буфер, имеющий 12 строк, откуда команды направляются в функциональные исполнительные устройства.

Они включают в себя: блок загрузки/записи в память; три устройства, работающие с числами с плавающей запятой (сумматор, умножитель, блок деления и извлечения квадратного корня); два устройства обработки графических данных; устройства целочисленной обработки. В состав последних входят два АЛУ, умножитель и делитель.

В архитектуре SPARC уже давно имеется одна уникальная особенность, выделяющая эти процессоры среди всех других RISC-микропроцессоров.

Это наличие 8 так называемых регистровых окон, содержащих по 24 регистра в каждом. В любом окне в дополнение к этим 24 локальным регистрам доступны еще 8 обычных глобальных регистров. Разным пользовательским процессам могут соответствовать разные окна, что позволяет повысить эффективность переключения контекстов процессов. С другой стороны, такая возможность, несомненно, усложняет архитектуру процессора. Кроме вышеуказанных, файл целочисленных регистров UltraSPARC включает также специальные наборы регистров, используемых для ускорения обработки прерываний.

Наконец, предметом гордости Sun является группа команд обработки графической информации VIS (Visual Instruction Set). Она включает, в частности, целочисленные инструкции для работы с 8, 16 и 32-разрядными числами, команды вычисления расстояния между пикселами и др. Очевидным следствием является повышение производительности обработки видеоинформации. В частности, обеспечивается возможность сжатия/разуплотнения видеоинформации в стандарте MPEG-2 в реальном времени.

Характеристики производительности процессоров UltraSPARC на тестах SPEC-92 представлены в Таблице 1. Хотя поставляемые в настоящее время чипы UltraSPARC-I c тактовой частотой 143 и 167 МГц, судя по всему, уступают по производительности 64-разрядным микропроцессорам Alpha 21164 (так, SPECint95/SPECfp95 = 5.1/7.4 для UltraSPARC/143 МГц и, соответственно, 7.3/11.6 для 21164/200 МГц) и анонсированным HP PA-8000, уже объявлено о 200 МГц версии UltraSPARC, и не за горами новое поколение UltraSPARC-II. По производительности с плавающей запятой процессоры UltraSPARC-I опережают самые быстрые (200 МГц) чипы Pentium Pro.

Компьютеры с процессорами UltraSPARC

На сегодняшний день Sun Microsystems объявила о поставках рабочих станций Ultra 1 и Ultra 2, и серверов UltraServer 1, отличающихся от соответствующих станций только отсутствием графических возможностей. Архитектура этих систем представлена схематически на Рисунке 1.

Вместо использовавшейся ранее в рабочих станциях Sun Microsystems системной шины MBus, работающей с тактовой частотой 50 МГц и имеющей пиковую пропускную способность 400 Мбайт/с, в Ultra-компьютерах разработчики решили применить коммутатор с тактовой частотой 83 МГц и пиковой производительностью 1.3 Гбайт/с (поддерживаемая производительность 1.2 Гбайт/с). Гарантированная скорость передачи данных между процессором и оперативной памятью составляет 600 Мбайт/с, между графической подсистемой и памятью - 300 или 600 Мбайт/с в зависимости от модели. Данное архитектурное решение, использующее идеологию коммутации пакетов, получило название UPA (Ultra Port Architecture).

Через этот же коммутатор осуществляется доступ к 25-мегагерцевой шине ввода-вывода SBus и к графической подсистеме. В Ultra-компьютерах используются две модификации новых графических подсистем - Creator и (более мощная) Creator 3D, однако обсуждение их архитектуры выходит за рамки данной статьи.

Очевидно, что применение UPA является важным шагом Sun Microsystems на пути построения высокопроизводительных компьютерных систем.

Рабочие станции серии Ultra 1 включают 3 модели: 140 (тактовая частота 143 МГц), 170 и 170E (с частотой 167 МГц). Все они имеют кэш второго уровня объемом 512 Кбайт и оперативную память от 32 до 512 Мбайт. Модели 140 и 170 имеют 3 слота SBus и комплектуются синхронными каналами Fast SCSI-2 (производительностью 10 Мбайт/с), модель 170E - 2 cлота SBus и Fast & Wide SCSI-2 (20 Мбайт/с) соответственно. Последняя модель ориентирована на использование более мощной графической подсистемы.

Рабочие станции Ultra 2 будут выпускаться в 1- и 2-процессорном вариантах, с внешним кэшем 512 Кбайт или 1 Мбайт. Максимальный размер оперативной памяти в них увеличен до 1 Гбайт, число слотов шины SBus - до 4.

Для организации ввода-вывода в них используется протокол Fast & Wide SCSI-2 с пропускной способностью 20 Мбайт/с.

С рабочими станциями Ultra поставляется операционная система Solaris 2.5. Хотя сами микропроцессоры UltraSPARC уже 64-разрядные, Solaris 2.5 остается пока 32-разрядной.

Не вызывает сомнений, что вслед за описанными здесь Ultra-компьютерами вскоре последуют новые. Фирма Sun Microsystems, вооруженная новыми процессорами, стала еще более опасной для конкурентов.