UltraSPARC T1 - UltraSPARC T1

UltraSPARC T1
Mikrograf Ultrasparc t1. JPG
Sun UltraSPARC T1 (Niagara 8 Core)
Obecná informace
Spuštěno 2005
Navrhl Sun Microsystems
Společný výrobce
Výkon
Max. Taktovací frekvence CPU 1,0 GHz až 1,4 GHz
Architektura a klasifikace
Sada instrukcí SPARC V9
Fyzické specifikace
Jádra
Výrobky, modely, varianty
Název jádra
Dějiny
Nástupce UltraSPARC T2
Procesor UltraSPARC T1

Sun Microsystems " UltraSPARC T1 mikroprocesor , známý až do jeho 14. listopadu 2005 oznámení prostřednictvím své rozvojové kódovým jménemNiagara ‘, je multithreading , multicore CPU . Procesor je navržen tak, aby snižoval spotřebu energie serverových počítačů , a obvykle využívá 72 W energie při 1,4 GHz.

Společnost Afara Websystems byla průkopníkem radikálního vláknového designu SPARC. Společnost byla zakoupena společností Sun a duševní vlastnictví se stalo základem řady procesorů CoolThreads, počínaje T1. T1 je nová implementace mikroprocesoru SPARC od základu, která odpovídá specifikaci UltraSPARC Architecture 2005 a provádí celou sadu instrukcí SPARC V9 . Sun vyrobil dva předchozí vícejádrové procesory ( UltraSPARC IV a IV +), ale UltraSPARC T1 byl jeho prvním mikroprocesorem, který je vícejádrový i vícevláknový. Zabezpečení bylo zabudováno od prvního vydání na křemíku s hardwarovými kryptografickými jednotkami v T1, na rozdíl od univerzálního procesoru od konkurenčních prodejců té doby. Procesor je k dispozici se čtyřmi, šesti nebo osmi jádry CPU, přičemž každé jádro dokáže zpracovat čtyři vlákna současně. Procesor je tedy schopen zpracovat až 32 vláken současně.

UltraSPARC T1 lze rozdělit podobným způsobem jako high-end systémy Sun SMP . Několik jader lze tedy rozdělit pro provozování jedné nebo skupiny procesů a / nebo vláken, zatímco ostatní jádra se zabývají zbytkem procesů v systému.

Jádra

Mikroprocesorový půdorys T1
Potrubí UltraSPARC T1

UltraSPARC T1 byl od nuly navržen jako vícevláknový speciální procesor, a tak představil zcela novou architekturu pro získání výkonu. Spíše než se snažit, aby každé jádro bylo co nejinteligentnější a nejoptimálnější, bylo cílem společnosti Sun spustit co nejvíce souběžných vláken a maximalizovat využití potrubí každého jádra. Jádra T1 jsou méně složitá než jádra konkurenčních procesorů, aby umožnila osazení 8 jader na stejnou matrici. Jádra neobsahují spuštění mimo pořadí nebo značné množství mezipaměti .

Procesory s jedním vláknem závisí na výkonu z velké části na velkých mezipaměti, protože mezipaměti zmeškají za následek čekání na načtení dat z hlavní paměti. Zvětšením mezipaměti se sníží pravděpodobnost zmeškání mezipaměti, ale dopad zmeškání je stále stejný.

Jádra T1 do značné míry přispívají k chybě mezipaměti pomocí multithreadingu. Každé jádro je hlavní procesor , což znamená, že každý cyklus přepíná mezi dostupnými vlákny. Když dojde k události s dlouhou latencí, jako je například chybějící mezipaměť, vlákno je vyřazeno z rotace, zatímco data jsou načtena do mezipaměti na pozadí. Po dokončení události s dlouhou latencí je vlákno znovu zpřístupněno k provedení. Sdílení kanálu více vlákny může každé vlákno zpomalit, ale celková propustnost (a využití) každého jádra je mnohem vyšší. To také znamená, že dopad mezipaměti je značně snížen a T1 může udržovat vysokou propustnost s menším množstvím mezipaměti. Mezipaměť již nemusí být dostatečně velká, aby pojala celou nebo většinu "pracovní sady", pouze poslední mezery mezipaměti každého vlákna.

Srovnávací testy ukazují, že tento přístup fungoval velmi dobře na komerčních (celých) číslech, vícevláknových úlohách, jako jsou aplikační servery Java, aplikační servery Enterprise Resource Planning (ERP), e-mailové servery (například Lotus Domino ) a webové servery. Tato měřítka naznačují, že každé jádro v UltraSPARC T1 je výkonnější než kolem roku 2001, jednojádrový, jednovláknový UltraSPARC III a při srovnání čipu s čipem výrazně překonává ostatní procesory s vícevláknovými celočíselnými úlohami.

Fyzikální vlastnosti

UltraSPARC T1 obsahuje 279 milionů tranzistorů a má plochu 378 mm 2 . Byl vyroben společností Texas Instruments (TI) v jejich 90 nm komplementárním procesu kov-oxid-polovodič (CMOS) s devíti úrovněmi propojení mědi . Každé jádro má mezipaměť instrukcí L1 16 kB a datovou mezipaměť 8 kB. Mezipaměť L2 je 3 MB a neexistuje mezipaměť L3.

Systémy

Server Sun Fire T1000

Procesor T1 lze nalézt v následujících produktech společností Sun a Fujitsu Computer Systems :

Cílový trh

Mikroprocesor UltraSPARC T1 je jedinečný ve svých silných a slabých stránkách a jako takový je zaměřen na konkrétní trhy. Spíše než aby se čip používal pro špičkové aplikace se špičkovým počtem a ultravysokým výkonem, je zaměřen na vysoce náročné servery zaměřené na síť, jako jsou webové servery s vysokým provozem a aplikace Java, ERP a CRM na střední úrovni servery, které často využívají velké množství samostatných vláken. Jedním z omezení designu T1 je, že jedna jednotka s plovoucí desetinnou čárkou (FPU) je sdílena mezi všech 8 jader, což činí T1 nevhodným pro aplikace provádějící mnoho matematiky s plovoucí desetinnou čárkou. Protože však zamýšlené trhy procesoru obvykle operace s plovoucí desetinnou čárkou příliš nevyužívají, společnost Sun neočekávala, že by to byl problém. Sun poskytuje nástroj pro analýzu úrovně paralelnosti aplikace a použití pokynů s plovoucí desetinnou čárkou k určení, zda je vhodná pro použití na platformě T1 nebo T2.

Kromě zpracování webových a aplikačních vrstev může být UltraSPARC T1 vhodný i pro menší databázové aplikace, které mají velký počet uživatelů. Jeden zákazník zveřejnil výsledky ukazující, že aplikace MySQL spuštěná na serveru UltraSPARC T1 běžela 13,5krát rychleji než na serveru AMD Opteron.

Virtualizace

T1 je první procesor SPARC, který podporuje režim provádění Hyper-Privileged. SPARC Hypervisor běží v tomto režimu a může rozdělit systém T1 na 32 logických domén , z nichž každá může spustit instanci operačního systému.

V současné době jsou podporovány systémy Solaris , Linux , NetBSD a OpenBSD .

Problémy s licencí softwaru

Komerční softwarové sady, jako je Oracle Database , tradičně účtují svým zákazníkům poplatky na základě počtu procesorů, na kterých software běží. Na začátku roku 2006 společnost Oracle změnila model licencování zavedením faktoru procesoru . S faktorem procesoru 0,25 pro T1 vyžaduje 8jádrový T2000 pouze licenci 2 CPU.

„Tabulka základních procesorů Oracle“ byla od té doby pravidelně aktualizována, protože na trh přicházely nové procesory.

Ve 3. čtvrtletí 2006 představila společnost IBM koncept cenové jednotky Value Unit (VU). Každé jádro T1 je 30 PVU (každé jádro T2 je 50 PVU a T3 je 70 PVU) namísto výchozí hodnoty 100 PVU na jádro.

Slabé stránky

T1 nabízí pouze jednu jednotku s plovoucí desetinnou čárkou, kterou má sdílet 8 jader, což omezuje použití v prostředích HPC. Tato slabost byla zmírněna následným procesorem UltraSPARC T2 , který zahrnoval 8 jednotek s plovoucí desetinnou čárkou, stejně jako další doplňkové funkce.

Kromě toho byl T1 k dispozici pouze v jednoprocesorových systémech, což omezovalo vertikální škálovatelnost ve velkých podnikových prostředích. Tato slabost byla zmírněna následným „ UltraSPARC T2 Plus “, stejně jako novou generací SPARC T3 a SPARC T4 . Modely UltraSPARC T2 +, SPARC T3 a SPARC T4 nabízejí konfiguraci jedné, dvou a čtyř soketů.

T1 měl vynikající propustnost s velkým počtem podprocesů podporovaných procesorem, ale starší aplikace zatížené úzkými místy s jedním podprocesem občas vykazovaly špatný celkový výkon. Slabost aplikace s jedním vláknem byla zmírněna následným procesorem SPARC T4 . Počet jader T4 byl snížen na 8 (z 16 na T3), jádra byla složitější, frekvence hodin byla téměř zdvojnásobena - to vše přispělo k rychlejšímu výkonu jednoho vlákna (od 300% do 500% zvýšení oproti předchozím generacím. Další úsilí bylo vynaloženo na přidání „kritického vlákna API“, kde operační systém detekoval úzké místo a dočasně přidělil prostředky celého jádra namísto 1 (z 8) vláken cíleným aplikačním procesům vykazujícím jeden CPU s vlákny vázané chování. To umožnilo T4 jedinečně zmírnit úzká hrdla s jedním vláknem, aniž by bylo nutné dělat kompromisy v celkové architektuře, aby se dosáhlo masivní vícevláknové propustnosti.

Ladění aplikací

Využití obrovského množství paralelismu na úrovni vláken (TLP) dostupného na platformě CoolThreads může vyžadovat různé techniky vývoje aplikací než pro tradiční serverové platformy. Použití protokolu TLP v aplikacích je klíčem k dosažení dobrého výkonu. Společnost Sun vydala řadu Sun BluePrints, aby pomohla programátorům aplikací při vývoji a nasazování softwaru na serverech CoolThreads založených na T1 nebo T2. Hlavní článek, Ladění aplikací na čipových vícevláknových systémech UltraSPARC T1 , se zabývá problémy obecných aplikačních programátorů. K dispozici je také článek BluePrints o používání jednotek kryptografického urychlovače v procesorech T1 a T2.

Případové studie

Na platformě CoolThreads byla optimalizována široká škála aplikací, včetně Symantec Brightmail AntiSpam, aplikací Oracle od Siebel a serveru Sun Java System Web Proxy Server . Sun rovněž zdokumentoval své zkušenosti s přesunem vlastního online obchodu na serverový klastr T2000 a publikoval dva články o konsolidaci webů na CoolThreads pomocí kontejnerů Solaris .

Společnost Sun měla stránku pro ladění výkonu aplikací pro řadu aplikací s otevřeným zdrojovým kódem , včetně MySQL , PHP , gzip a ImageMagick . Správná optimalizace pro systémy CoolThreads může mít za následek významné zisky: při použití kompilátoru Sun Studio s doporučeným nastavením optimalizace se výkon MySQL zvýší o 268% ve srovnání s použitím pouze příznaku -O3 .

Současné a následné návrhy

Architektura „Coolthreads (TM)“, počínaje UltraSPARC T1 (s jejími pozitivními a negativními aspekty), měla rozhodně vliv na souběžné a budoucí návrhy procesorů SPARC.

"Skála"

Původní UltraSPARC T1 byl navržen pouze pro systémy s jedním CPU a není schopen SMP. „Rock“ byl ambicióznější projekt, jehož cílem bylo podpořit architekturu vícečipových serverů a zaměřit se na tradiční datové úlohy, jako jsou databáze. Bylo to považováno spíše za pokračování SMP procesorů Sun, jako je UltraSPARC IV , spíše než za náhradu za UltraSPARC T1 nebo T2, ale bylo zrušeno v časovém rámci akvizice společnosti Sun společností Oracle .

UltraSPARC T2

Dříve známý pod kódovým jménem Niagara 2 , pokračování UltraSPARC T1, poskytuje T2 osm jader. Na rozdíl od T1 každé jádro podporuje 8 vláken na jádro, jednu FPU na jádro, jednu vylepšenou kryptografickou jednotku na jádro a CPU integrované síťové řadiče 10 Gigabit Ethernet.

UltraSPARC T2 Plus

V únoru 2007 společnost Sun na svém výročním summitu analytiků oznámila, že v říjnu 2006 byla vylepena její třetí generace simultánního vícevláknového designu s kódovým označením Victoria Falls. Server se dvěma sokety (2 RU ) bude mít 128 vláken, 16 jader, a 65 × zlepšení výkonu oproti UltraSPARC III.

Na konferenci Hot Chips 19 společnost Sun oznámila, že Victoria Falls budou na obousměrných a čtyřcestných serverech. Jediný čtyřcestný server SMP tedy bude podporovat 256 souběžných hardwarových vláken.

V dubnu 2008 společnost Sun vydala obousměrné servery UltraSPARC T2 Plus, SPARC Enterprise T5140 a T5240.

V říjnu 2008 společnost Sun vydala čtyřcestný server UltraSPARC T2 Plus SPARC Enterprise T5440.

SPARC T3

V říjnu 2006 společnost Sun uvedla, že Niagara 3 bude postavena na 45 nm procesu. Registr , hlášený v červnu 2008, že mikroprocesor bude mít 16 jader, což nesprávně naznačuje, že každé jádro bude mít 16 vláken. Během konference Hot Chips 21 Sun odhalil, že čip má celkem 16 jader a 128 vláken. Podle prezentace ISSCC 2010:

„16jádrový procesor SPARC SoC umožňuje až 512 vláken ve čtyřcestném bezlepkovém systému a maximalizuje tak propustnost. Mezipaměť 6 MB L2 461 GB / s a ​​308 pinů SerDes I / O 2,4 TB / s podporují požadovanou šířku pásma . Šest hodinových a čtyř napěťových domén, stejně jako řízení napájení a obvodové techniky, optimalizují výkon, výkon, variabilitu a kompromisy výtěžnosti napříč matricí 377 mm 2.

SPARC T4

CPU T4 byl vydán koncem roku 2011. Nový procesor T4 poklesne ze 16 jader (na T3) zpět na 8 jader (jak se používá na T1, T2 a T2 +). Nový design jádra T4 (s názvem „S3“) má vylepšený výkon na jedno vlákno díky zavedení provádění mimo pořadí, stejně jako další vylepšený výkon pro programy s jedním vláknem.

V roce 2010 Larry Ellison oznámil, že Oracle nabídne Oracle Linux na platformě UltraSPARC a port byl naplánován k dispozici v časovém rámci T4 a T5.

John Fowler, výkonný viceprezident pro systémy Oracle, v Openworld 2014 uvedl, že Linux bude v určitém okamžiku schopen běžet na Sparcu.

SPARC T5

Nový procesor T5 má 128 vláken na 16 jádrech a je vyroben technologií 28 nanometrů.

Otevřený design

21. března 2006 společnost Sun prostřednictvím projektu OpenSPARC zpřístupnila design procesoru UltraSPARC T1 v rámci GNU General Public License . Zveřejněné informace zahrnují:

  • Zdrojový kód Verilog designu UltraSPARC T1;
  • Verifikační sada a simulační modely;
  • Specifikace ISA (UltraSPARC Architecture 2005);
  • Na Solaris 10 OS simulace obrazy.

Reference

externí odkazy