UltraSPARC T1 - UltraSPARC T1

UltraSPARC T1
Ultrasparc t1 micrograph.JPG
Sun UltraSPARC T1 (Niagara 8 Core)
Obecná informace
Spuštěno2005
NavrhlSun Microsystems
Společný výrobce
Výkon
Max. procesor rychlost hodin1,0 GHz až 1,4 GHz
Architektura a klasifikace
Sada instrukcíSPARC V9
Fyzické specifikace
Jádra
  • 4, 6, 8
Produkty, modely, varianty
Název jádra
  • S1
Dějiny
NástupceUltraSPARC T2
Procesor UltraSPARC T1

Sun Microsystems ' UltraSPARC T1 mikroprocesor, známý do svého oznámení ze dne 14. listopadu 2005 svým vývojem krycí jméno "Niagara", je multithreading, vícejádrový procesor. Navrženo ke snížení spotřeby energie serverové počítače CPU obvykle používá 72 Ž energie na 1,4 GHz.

Afara Websystems průkopníkem radikálního designu SPARC, který je těžký z nitek. Společnost byla zakoupena společností Sun a duševní vlastnictví se stalo základem řady procesorů CoolThreads, počínaje T1. T1 je nový od základu SPARC implementace mikroprocesoru, která odpovídá Specifikace UltraSPARC Architecture 2005 a provede plnou verzi SPARC V9 instrukční sada. Sun vyrobil dva předchozí vícejádrové procesory (UltraSPARC IV a IV +), ale UltraSPARC T1 je jeho první mikroprocesor, který je oba vícejádrový a vícevláknové. Zabezpečení bylo zabudováno od prvního vydání na křemíku s hardwarovými kryptografickými jednotkami v T1, na rozdíl od současného univerzálního procesoru od konkurenčních prodejců. Procesor je k dispozici se čtyřmi, šesti nebo osmi jádry CPU, přičemž každé jádro zvládne čtyři vlákna současně. Procesor je tedy schopen zpracovat až 32 vláken současně.

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

Jádra

Mikroprocesor T1 půdorys
UltraSPARC T1 potrubí

UltraSPARC T1 byl od nuly navržen jako vícevláknový speciální procesor, a představuje tak zcela novou architekturu pro dosažení vysokého 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 současných špičkových procesorů, aby umožnila osazení 8 jader na stejnou matrici. Jádra nemají provedení mimo objednávku, 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 a 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. Jakmile se událost s dlouhou latencí dokončí, vlákno se znovu zpřístupní 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 hodnoty ukazují, že tento přístup fungoval velmi dobře na komerčních (celočíselných), vícevláknových úlohách, jako je Jáva aplikační servery, Plánování podnikových zdrojů (ERP) aplikační servery, e-mail (např Lotus Domino ) servery 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 v celočíselných úlohách s více vlákny.[Citace je zapotřebí ]

Fyzikální vlastnosti

UltraSPARC T1 obsahoval 279 milionů tranzistorů a měl plochu 378 mm2. Bylo to vyrobeno Texas Instruments (TI) v jejich 90 nm Komplementární polovodič oxidu kovu (CMOS) proces s devíti úrovněmi měděné propojení.[1] Každé jádro má L1 16kB mezipaměť instrukcí a 8KB datovou mezipaměť. Mezipaměť L2 je 3 MB a neexistuje mezipaměť L3.

Systémy

Sluneční oheň Server T1000

Procesor T1 lze nalézt v následujících produktech od společností Sun a Počítačové systémy Fujitsu:

Cílový trh

Mikroprocesor UltraSPARC T1 je jedinečný ve svých silných a slabých stránkách a jako takový je zaměřen na konkrétní trhy. Spíše než být používán pro špičkové číselné křupání a ultravysokým výkonem jsou čipy zaměřeny na servery s vysokou poptávkou po síti, jako je vysoký provoz webové servery a aplikační servery Java, ERP a CRM střední úrovně, které často využívají velké množství samostatných vláken. Jedním z omezení designu T1 je to jediné jednotka s plovoucí desetinnou čárkou (FPU) je sdílen mezi všemi 8 jádry, takže T1 není vhodný pro aplikace provádějící mnoho matematiky s pohyblivou řádovou čárkou. Protože však zamýšlené trhy procesoru obvykle operace s plovoucí desetinnou čárkou příliš nevyužívají, společnost Sun neočekává, že by to byl problém. Sun poskytuje nástroj pro analýzu úrovně aplikace rovnoběžnost a použití pokynů s plovoucí desetinnou čárkou k určení, zda je vhodný pro použití na platformě T1 nebo T2.[2]

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 prokazující, že a MySQL aplikace běžící na serveru UltraSPARC T1 běžela 13,5krát rychleji než na serveru AMD Opteron.[3]

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 Logické domény, z nichž každý může spustit instanci operačního systému.

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

Problémy s licencí softwaru

Tradičně komerční softwarové sady, jako je Oracle Database účtovat svým zákazníkům poplatky podle počtu procesorů, na kterých software běží. Počátkem roku 2006 Věštec změnil licenční model zavedením faktor procesoru. S faktorem procesoru 0,25 pro T1 vyžaduje 8jádrový T2000 pouze licenci 2 CPU.[4]

„Tabulka základních faktorů procesoru Oracle“[5] byl od té doby pravidelně aktualizován, když se na trh dostaly nové procesory.

Ve 3. čtvrtletí 2006 IBM představil 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.[6]

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 postupem UltraSPARC T2 procesor, 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 ",[7] stejně jako příští generace 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 závitem byla zmírněna pokračováním SPARC T4 procesor. 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.[8] 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.[9] To umožnilo T4 jedinečně zmírnit úzká místa s jedním závitem, aniž by bylo nutné dělat kompromisy v celkové architektuře, aby se dosáhlo masivní vícevláknové propustnosti.

Ladění aplikací

Využití obrovského množství paralelismus na úrovni vlákna (TLP) dostupný na platformě CoolThreads může vyžadovat jiné techniky vývoje aplikací než pro tradiční serverové platformy. Používání protokolu TLP v aplikacích je klíčem k dosažení dobrého výkonu. Sun zveřejnil řadu Sun BluePrints pomáhat 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,[10] řeší problémy pro obecné programátory aplikací. K dispozici je také článek BluePrints o používání jednotek kryptografického urychlovače v procesorech T1 a T2.[11]

Případové studie

Na platformě CoolThreads byla optimalizována široká škála aplikací, včetně Symantecu Brightmail AntiSpam,[12] Oracle Siebel aplikace,[13] a Sun Java System Web Proxy Server.[14] Sun také zdokumentoval své zkušenosti s přesunem vlastního online obchodu na serverový klastr T2000,[15] a publikovali dva články o konsolidaci webových stránek na CoolThreads pomocí Kontejnery Solaris.[16][17]

Sun měl stránku pro vyladění výkonu aplikace pro řadu otevřený zdroj aplikace, včetně MySQL, PHP, gzip, a ImageMagick.[18] Správná optimalizace pro systémy CoolThreads může mít za následek významné zisky: když Kompilátor Sun Studio se používá s doporučeným nastavením optimalizace, výkon MySQL se zlepšuje o 268% ve srovnání s použitím pouze -O3 vlajka.

Současné a následné designy

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

"Skála"

Hlavní článek: Rockový procesor

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 náhrada za UltraSPARC T1 nebo T2, ale byla zrušena v časovém rámci od Akvizice společnosti Sun společností Oracle.

UltraSPARC T2

Hlavní článek: UltraSPARC T2

Dříve známé pod kódovým jménem Niagara 2V návaznosti na 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

Hlavní článek: UltraSPARC T2

V únoru 2007 společnost Sun na svém výročním summitu analytiků oznámila svou třetí generaci simultánní multithreading design, s kódovým označením Viktoriiny vodopády, byl vylepený v říjnu 2006. Server se dvěma sokety (2 RU ) bude mít 128 vláken, 16 jader a zlepšení výkonu 65 × oproti UltraSPARC III.[7]

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

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.[20]

SPARC T3

Hlavní článek: SPARC T3

V říjnu 2006 společnost Sun uvedla, že Niagara 3 bude postavena na 45 nm procesu.[Citace je zapotřebí ] Registrace, hlášené 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.[21][22] Podle ISSCC 2010 prezentace:

„16jádrový procesor SPARC SoC umožňuje až 512 vláken ve čtyřcestném systému bez lepidla, čímž se maximalizuje propustnost. Mezipaměť 6 MB L2 461 GB / sa 308 pinový SerDes I / O 2,4 TB / s podporuje požadovanou šířku pásma. Šest hodiny a čtyři napěťové domény, stejně jako řízení napájení a obvodové techniky, optimalizují výkon, výkon, variabilitu a kompromisy výnosů přes 377 mm2 zemřít."[23]

SPARC T4

Hlavní článek: 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.[24][25]

V roce 2010, Larry Ellison oznámila, že společnost Oracle nabídne Oracle Linux na platformě UltraSPARC a podle plánu měl být port k dispozici v časovém rámci T4 a T5.[26]

John Fowler, výkonný viceprezident pro systémy Oracle, v Openworld 2014 uvedl, že Linux bude v určitém okamžiku schopen běžet na Sparcu.[27][28][29][30]

SPARC T5

Hlavní článek: SPARC T5

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

Otevřený design

21. Března 2006 společnost Sun zpřístupnila design procesoru UltraSPARC T1 pod licencí GNU General Public License přes OpenSPARC projekt. Zveřejněné informace zahrnují:

  • Verilog zdrojový kód designu UltraSPARC T1;
  • Verifikační sada a simulační modely;
  • Specifikace ISA (UltraSPARC Architecture 2005);
  • The Solaris 10 simulačních obrázků OS.

Reference

  1. ^ McGhan, Harlan (6. listopadu 2006). „Niagara 2 otevírá stavidla“. Zpráva mikroprocesoru.
  2. ^ "cooltst: Nástroj pro výběr skvělých vláken". Blog charakterizace pracovní zátěže. Sun Microsystems. 6. dubna 2006. Citováno 2008-05-30.
  3. ^ Thomas Rampelberg; Jason J. W. Williams (09.05.2006). „Cruisin 'with T2k“ (PDF). DigiTar. p. 6. Citováno 2007-02-07.
  4. ^ „Vícejádrové procesory: dopad na licencování procesorů Oracle“ (PDF). Věštec. Archivovány od originál (PDF) dne 2007-03-20. Citováno 2007-08-12.
  5. ^ „Tabulka základních faktorů procesoru Oracle“ (PDF). Věštec. Citováno 8. září 2011.
  6. ^ „Licencování hodnotových jednotek procesoru pro distribuovaný SW“. IBM. Citováno 2011-06-15.
  7. ^ A b Fowler, John (6. února 2007). „Růst podle návrhu“ (PDF). Sun Microsystems. p. 21. Citováno 2007-02-07.
  8. ^ „Čip Oracle Sparc T4: Zaplatíte Larryho prémii?“. Registrace. Citováno 2012-06-21.
  9. ^ „Konverzace s inovátory Oracle“. Věštec. Citováno 2012-06-21.
  10. ^ „Vývoj a ladění aplikací na čipových vícevláknových systémech UltraSPARC T1“ (PDF). Sun BluePrints online. Sun Microsystems. Citováno 2008-01-09.
  11. ^ „Použití kryptografických akcelerátorů v procesorech UltraSPARC T1 a T2“ (PDF). Sun BluePrints online. Sun Microsystems. Citováno 2008-01-09.
  12. ^ „Ladění aplikace Symantec Brightmail AntiSpam na serverech poháněných procesorem UltraSPARC T1 a T2“ (PDF). Sun BluePrints online. Sun Microsystems. Citováno 2008-01-09.
  13. ^ „Optimalizace aplikací Oracle Siebel na serverech Sun Fire s technologií CoolThreads“ (PDF). Sun BluePrints online. Sun Microsystems. Citováno 2008-01-09.
  14. ^ „Vysoce výkonné a spolehlivé webové proxy řešení společnosti Sun“ (PDF). Sun BluePrints online. Sun Microsystems. Citováno 2008-01-09.
  15. ^ „Konsolidace obchodu Sun na servery Sun Fire T2000“ (PDF). Sun BluePrints online. Sun Microsystems. Říjen 2007. Citováno 2008-01-09.
  16. ^ „Nasazení Sun Java Enterprise System 2005-Q4 na server Sun Fire T2000 pomocí kontejnerů Solaris“ (PDF). Sun BluePrints online. Sun Microsystems. Citováno 2008-01-09.
  17. ^ „Konsolidace webu na Sun Fire T1000 pomocí kontejnerů Solaris“ (PDF). Sun BluePrints online. Sun Microsystems. Citováno 2008-01-09.
  18. ^ "Ladění výkonu aplikace". Sun Microsystems. Citováno 2008-01-09.
  19. ^ Stephen, Phillips (21. srpna 2007). „Victoria Falls: Škálování vysoce vláknových jader procesoru“ (PDF). Sun Microsystems. p. 24. Citováno 2007-08-24.
  20. ^ „Server SPARC Enterprise T5440 od ​​společnosti Sun a Fujitsu předefinuje střední podnikové výpočty s předními cenovými body v oboru, správou napájení a několika světovými rekordními hodnotami“. Sun Microsystems. 13. října 2008. Citováno 2008-10-13.
  21. ^ Sanjay Patel, Stephen Phillips a Allan Strong. "Vícevláknový procesor Sun nové generace - Rainbow Falls: Procesor CMT nové generace Sun. Archivováno 23. července 2011 v Wayback Machine ". HORKÉ CHIPS 21.
  22. ^ Stokes, Jon (9. února 2010). "Dvě miliardy tranzistorových zvířat: POWER7 a Niagara 3 ". Ars Technica.
  23. ^ J. Shin, K. Tam, D. Huang, B. Petrick, H. Pham, C. Hwang, H. Li, A. Smith, T. Johnson, F. Schumacher, D. Greenhill, A. Leon, A. Strong. "40nm 16jádrový 128-vláknový CMT SPARC SoC procesor". ISSCC 2010.
  24. ^ „Čip Oracle SPARC T4: Zaplatíte Larryho prémii?“.
  25. ^ Sean Gallagher (28. září 2011), „SPARC T4 vypadá, že je dost dobrý na to, aby odvrátil přeběh na x86, Linux“, arstechnica.com, Ars Technica
  26. ^ Niccolai, James. „Ellison: Oracle Enterprise Linux přichází na Sparc“. PCWorld.
  27. ^ „Oracle říká, že čip Sparc M7 ukončí Heartbleed“. Tazatel.
  28. ^ "opravy binutils". binutils ml.
  29. ^ "opravy linuxového jádra". sparc linux ml.
  30. ^ "opravy libc". libc ml.

externí odkazy