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RISC处理器产品过眼录

转自 http://www.pcworld.com.cn/2000/back_issues/2023/2336c.asp

RISC处理器产品过眼录 RISC(精简指令集算法)的中心思想是简化硬件设计,硬件只执行很有限的最常用的那部分指令,大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术,由简单指令合成。RISC出现的结果是,相对少的晶体管可设计出极快的微处理器。产生RISC处理器的直接原因是由于工作站的出现。

 

---- 在80年代,由于PC机不能满足图形处理和科学计算等应用的需求,而大型机又非常昂贵,因此创造了工作站这种相对便宜的台式系统。但是,用于PC机的处理器不可能满足工作站的需求,所以提出RISC处理器的思想。因为通过研究发现,只有大约20%的指令是最常用的,把处理器能执行的指令数目减少到最低限度,对它们的执行进行优化,就可以极大地提高处理器的工作速度。一般来说,RISC处理器比同等的CISC处理器要快50%~75%,同时RISC处理器更容易设计和纠错。

 

---- 目前,比较有影响的RISC处理器产品有Compaq公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的Power PC、MIPS公司的MIPS和Sun公司的Sparc。下面将分别介绍它们的有关情况。

 

Alpha处理器

---- Alpha处理器最早由DEC公司设计制造,在Compaq公司收购DEC之后,Alpha处理器继续得到发展,应用于许多高档的Compaq服务器上。从1995年开始有21164芯片,那时的工艺为0.5mm,主频达到200MHz。1998年,推出新型号21264,当时的主频是600MHz。

---- 目前,最新的21264芯片主频达到1GHz,工艺为0.18mm。在该芯片里面集成了1500万个晶体管。它里面有4个整数运算单元和2个浮点计算单元。21264芯片具有完善的指令预测能力和很高的存储系统带宽(超过1GB/s),并且其中增加了处理视频信息的功能,使其多媒体处理能力增强。

---- 21264芯片保持了Alpha处理器可以运行多种操作系统的特点,其中包括Tru64 Unix、OpenVMS和Linux等,而在这些系统中,已经有许多成熟的应用程序,这也是Alpha处理器的一个优势。

---- 目前,Compaq公司正在开发新一代的处理器EV7和EV8,其主频分别为1.25GHz和1.65GHz,工艺则分别为0.18mm和0.13mm。新型处理器的重点将侧重于引入系统级的特征,如满足复杂工作负载和大规模SMP的需求。

 

MIPS处理器

---- MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商。在RISC处理器方面占有重要地位。1984年,MIPS计算机公司成立。1992年,SGI收购了MIPS计算机公司。1998年,MIPS脱离SGI,成为MIPS技术公司。

---- MIPS公司设计RISC处理器始于80年代初,1986年推出R2000处理器,1988年推出R3000处理器,1991年推出第一款64位商用微处理器R4000。之后,又陆续推出R8000(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型号。之后,MIPS公司的战略发生变化,把重点放在嵌入式系统。1999年,MIPS公司发布MIPS 32和MIPS 64架构标准,为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。新的架构集成了所有原来MIPS指令集,并且增加了许多更强大的功能。MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器内核(core)MIPS 32 4Kc与高性能64位处理器内核MIPS 64 5Kc。2000年,MIPS公司发布了针对MIPS 32 4Kc的新版本以及未来64位MIPS 64 20Kc处理器内核。

---- 为了使用户更加方便地应用MIPS处理器,MIPS公司推出了一套集成的开发工具,称为MIPS IDF(Integrated Development Framework),特别适合嵌入式系统的开发。

 

PA-RISC处理器

---- HP公司的RISC芯片PA-RISC于1986年问世。目前,他们正在开发HP的64位超标量处理器PA-8000系列。 同时,HP公司与Intel公司合作开发的下一代芯片IA-64,在与原来PA-RISC和Intel x86系列芯片兼容的基础上,性能更会有飞跃性的提高。

---- PA-8000系列芯片是从1996年开始提供的。第1款芯片的型号为PA-8000,主频达180MHz,后来陆续推出PA-8200、PA-8500和PA-8600等型号。

---- HP公司正在开发64位微处理器 PA-8700。此芯片将于2001年上半年正式投入服务器和工作站的使用。这种新型处理器的设计主频将达到800MHz以上。PA-8700使用的工艺是0.18mm绝缘硅(Silicon-On-Insulator,SOI)铜CMOS工艺,采用7层铜导体互连,芯片上的高速缓存达到2.25MB,比PA-8600 增加了50%。这种新的0.18mm工艺降低了电压,从而使工作在较高频率下的芯片大大降低了功耗,工作温度也较低。此外,这种工艺使芯片几何尺寸更小,主频更高。因此,PA-8700计算速度高达每秒32亿次运算。

---- 根据HP公司的规划,未来还将推出PA-8800和PA-8900处理器,其主频分别达到1GHz和1.2GHz。PA-RISC同时也是IA-64的基础。在未来的IA-64芯片中,继续保持许多PA-RISC芯片的重要特性,包括PA-RISC的虚拟存储架构、统一数据格式、浮点运算、多媒体和图形加速等。

 

PowerPC处理器

---- PowerPC架构的特点是可伸缩性好,方便灵活。PowerPC处理器品种很多,既有通用的处理器,又有嵌入式控制器和内核,应用范围非常广泛,从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统,从消费类电子产品到大型通信设备,无所不包。

---- 处理器芯片主要型号是PowerPC 750,它于1997年研制成功,最高的工作频率可以达到500MHz,采用先进的铜线技术。该处理器有许多品种,以便适合各种不同的系统。包括IBM小型机、苹果电脑和其他系统。

---- 嵌入式的PowerPC 405(主频最高为266MHz)和PowerPC 440(主频最高为550MHz)处理器内核可以用于各种集成的系统芯片(system-on-a-chip,SOC)设备上,在电信、金融和其他许多行业具有广泛的应用。

 

Sparc处理器

---- Sun公司以其性能优秀的工作站闻名,这些工作站的心脏全都是采用Sun公司自己研发的Sparc芯片。根据Sun公司未来的发展规划,在64位UltraSparc处理器方面,主要有3个系列,首先是可扩展式s系列,主要用于高性能、易扩展的多处理器系统。目前UltraSparc Ⅲs的频率已经达到750GHz。将推出UltraSparc Ⅳs和UltraSparc Ⅴs等型号。其中UltraSparc Ⅳs的频率为1GHz,UltraSparc Ⅴs则为1.5GHz。其次是集成式i系列,它将多种系统功能集成在一个处理器上,为单处理器系统提供了更高的效益。已经推出的UltraSparc Ⅲi的频率达到700GHz,未来的UltraSparc Ⅳi的频率将达到1GHz。最后是嵌入式e系列,为用户提供理想的性能价格比,嵌入式应用包括瘦客户机、电缆调制解调器和网络接口等。Sun公司还将推出主频300、400、500MHz等版本的处理器。

---- 1999年6月,UltraSparc Ⅲ首次亮相,它采用先进的0.18mm工艺制造。该处理器全部采用64位结构和VIS指令集,时钟频率从600MHz起,可用于高达1000个处理器协同工作的系统上。UltraSparc Ⅲ的内存带宽达到2.4GB/s,还配备了8MB的二级高速缓存,性能很好。UltraSparc Ⅲ和Solaris操作系统的应用实现了百分之百的二进制兼容,完全支持客户的软件投资,得到众多的独立软件供应商的支持。

---- 不仅如此,为了帮助原设备厂商尽快把产品推向市场,集中精力开发产品,Sun公司还开发了Sparc处理器主板,包括ATX和CompactPCI 两个系列。