Компания IBM
Опубликован: 28.08.2008 | Доступ: свободный | Студентов: 460 / 64 | Оценка: 4.33 / 4.05 | Длительность: 31:19:00
Лекция 3:

Технология PowerPC

Аннотация: Все RISC-процессоры AS/400 — современные, 64-разрядные, способные обеспечить функциональные возможности и производительность, необходимую для коммерческих систем и серверов. Поэтому данная лекция будет посвящена семейству RISC-процессоров PowerPC.
Ключевые слова: ПО, IBM, RISC, микропроцессор, powerpc, advanced, Series, статистика, закономерность, Размещение, плотность упаковки, стоимость, computer, процессор, CISC, мощность, system, RCS, on-chip, прямой, RSC, canonical, data system, компилятор, машинный язык, ЯВУ, память, расходы, производительность, дизайн, суперкомпьютер, компьютер, этапы выполнения команды, диаграмма, цикла, команда, цикл команды, конвейерная обработка, эффективный адрес, control, Data, CDCS, время выполнения, загрузка, регистр, операции, эквивалентная операция, связь, максимум, поток команд, аппаратное обеспечение, опыт, алгоритм, research laboratory, SAN, контроллер, прогрессирующее, PC, microprocessor, подмножество, SPARC, SUN, MIPS, PA-RISC, потомок, суперскалярность, power, performance optimization, with, enhanced, архитектура, многопроцессорная система, эволюция, design centering, подразделения, microelectronics, IMPI, IMP, пользователь, приложение, запись, вывод, модель клиент–сервер, сетевые компьютеры, место, адрес, бит, jack, дополнительные расходы, billing, NIC, non-numerical, intensive, Computing, scalable, SP, выход, звезда, star, работ, программное обеспечение, методология программирования, chris, минимум, переключатель, число независимости, параллелизм, кэш, кэш данных, пространство, управляющий блок, вычислительная задача, команды пересылки, SuperSPARC, единица, digital, alpha, speed, daemon, тактовая частота, единое адресное пространство, эффективный механизм, защита памяти, цели безопасности, тегирование, memory protection, трансляция адреса, регистр состояния, операционная система, многопроцессорная конфигурация, pentium pro, processing unit, FPU, control unit, когерентность, speculative execution, коэффициент готовности, интерфейс ввода, CMOS, логические команды, APEX, распределенная память, разделяемая память, общая память, MPP, NUMA, ASCI, acceleration, department, energy, этап проекта, SGI, silicon, incorporated, LOS, UMA, загрузки процессоров

"По сути своей, IBM - компания технологий", — сказал Лу Герстнер (Lou Gerstner) вскоре после того, как возглавил корпорацию в 1993 году. И действительно, чуть ли не все основные технологии компьютерной индустрии - от RISC до реляционных баз данных ѕ вышли из IBM. В прошлом IBM не всегда удавалось коммерчески использовать свои изобретения, и Герстнер собирается это изменить. По его мнению, главное - продвижение нескольких ключевых технологий, одна из которых — RISC-микропроцессор PowerPC в AS/400 Advanced Series.

Микросхемы сжимаются на глазах

Статистика говорит, что сегодня в мире от 300 до 400 миллиардов микросхем, в том числе около 15 миллиардов кристаллов микропроцессоров. В основном, это микросхемы памяти. Произвести их в таком количестве за последние несколько лет позволил быстрый прогресс в технологии кремниевых микросхем. Подавляющее большинство микропроцессоров используются не в компьютерах, а в наручных часах, телевизорах, кухонных приборах и автомобилях. Например, в новом автомобиле обычно от 10 до 12 микропроцессоров, а в некоторых моделях значительно больше.

С каждым новым поколением микросхем производителям удается разместить на одном кристалле все больше транзисторов, примерно удваивая это число каждые 18 месяцев. Данная закономерность известна как закон Мура, названный так в честь Гордона Мура (Gordon Moore), председателя и одного из основателей Intel. В 1971 году Intel выпустила свой первый микропроцессор 4004, содержавший 2300 транзисторов на одной микросхеме. Современный кристалл микропроцессора содержит миллионы транзисторов. Предсказание Мура сбывается уже более четверти столетия1Увы, кажется, в последнее время оно перестало сбываться. — Прим. консультанта..

Постоянное сокращение размера транзисторов позволяет увеличивать плотность их упаковки на кристалле. По мнению многих экспертов, вскоре после 2000 года появятся транзисторы размером всего лишь около 0,18 микрона; а еще менее чем через десять лет - 0,08 микрон. Для сравнения, толщина человеческого волоса примерно 80 микрон. Представьте себе тысячу транзисторов, размещенных на его срезе!

Судя по такой стремительности прогресса, закон Мура продержится еще не один десяток лет. Не пройдет и десятилетия, и мы, вероятно, увидим микросхемы с более чем 100 миллионами транзисторов; а размещение на одной микросхеме миллиарда транзисторов может стать возможным уже лет через 15 лет. Все это обеспечит та же самая кремниевая технология, которая применяется для современных микросхем. Не обходимость ее замены возникнет, по-видимому, не раньше чем через 20 лет.

Однако у микросхем с высокой плотностью упаковки есть и минусы. Они невероятно сложны, и их разработка и производство становятся все дороже. В будущем экономические проблемы, вероятно, приведут к прекращению производства микросхем несколькими известными сегодня фирмами. Уже сейчас завод, производящий кристаллы для современных микросхем стоит более 2 миллиардов долларов, а стоимость производства микросхем с размером транзисторов менее 0,1 микрон, вероятно, "перевалит" за 10 миллиардов. С учетом продолжающегося падения цен на полупроводниковые микросхемы, можно предположить, что через 10 лет производителей микросхем останется не более десятка.

Никто не знает, кто выдержит эту гонку, и сегодняшние удачи ничего не гарантируют в будущем. Возьмем, например, Intel. Многие считают, что благодаря популярности ПК, Intel - крупнейший производитель микропроцессоров. Но это не так! Intel производит только около 1,5 процента всех микропроцессоров. Motorola, Hitachi и даже Zilog (помнит ли кто-нибудь Z80?) продают гораздо больше микропроцессоров, чем Intel. Своим успехом Intel обязан, главным образом, высоким ценам, которые он устанавливает на свои микросхемы для ПК. Другие производители продают микросхемы равной производительности дешевле. Но пока существуют ПК, Intel может запрашивать высокие цены.

IBM твердо намерена оказаться в числе тех производителей микросхем, которые выживут в следующем десятилетии. Свои надежды мы возлагаем на процессоры PowerPC, чья технология будет фундаментом AS/400 и другой продукции IBM в течение следующих нескольких лет.

Итак, давайте более подробно рассмотрим эволюцию архитектуры PowerPC и использование ее в AS/400, а затем поговорим о процессорах, используемых в различных RISC-моделях AS/400.

Альянс PowerPC

В начале 1991 года Apple Computer подыскивала новый процессор для своих компьютеров. Ее специалисты полагали, что будущее процессоров ПК — в RISC-архитектуре. В то время процессоры ПК, производимые Motorola, Intel и другими фирмами, имели архитектуру CISC. Apple тогда использовала процессоры Motorola, и хотя последняя уже создала RISC-процессор, он не имел большого коммерческого успеха.

У технологии RISC фундаментальные преимущества над CISC. RISC-процессор более производителен, он упакован на кристалле меньшего размера и потребляет меньшую мощность. В Apple поняли, что вычислительная техника, в конце концов, будет двигаться в этом направлении, но в 1991 году подавляющее большинство доступных микропроцессоров по-прежнему имели архитектуру CISC.

В то время IBM производила одни из лучших RISC-процессоров. Они применялись в компьютерах RISC System/6000 (RS/6000). Все эти процессоры имели многокристальную 32-разрядную архитектуру, но IBM планировала выпустить в начале 1992 года однокристальную версию RCS (RISC Single Chip). Узнав, что Apple ищет новый RISC-микропроцессор, в IBM решили узнать, не подойдет ли им продукция IBM.

Оправившись от шока, вызванного тем, что их прямой конкурент на рынке ПК — IBM — пытается продать им процессоры, в Apple решили, что в этом чтото есть. Зная, что Motorola также работает над новым RISC-процессором, Apple предложила объединить усилия трех фирм. После переговоров IBM согласилась, и в сентябре 1991 года три фирмы официально объявили о совместной разработке некоторых новых технологий, включая большое семейство микропроцессоров. В основе дизайна микропроцессоров должен был лежать RSC. Новое семейство получило название PowerPC.

Три партнера понимали, что успех на рынке зависит от объема продаж новых микросхем и возможностей выбора программного обеспечения. Для этого они стали привлекать к использованию PowerPC производителей аппаратного и программного обеспечения, включая Toshiba, Canon, Zenith Data Systems, Harris Computer и Groupe Bull. Чтобы еще больше повысить объем продаж процессоров, члены альянса привлекли и фирмы, работающие вне области вычислительной техники. Хороший пример такого сотрудничества - компания Ford Motor. В будущих автомобилях Ford микропроцессоры PowerPC будут применяться для управления важнейшими узлами — от двигателя до системы торможения.

Александр Качанов
Александр Качанов
Япония, Токио
Олег Корсак
Олег Корсак
Латвия, Рига