SPARC处理器

处理器

‌SPARC处理器‌是一种基于RISC（精简指令集）架构的微处理器。

型号概述

1999年6月，UltraSPARC III首次亮相。它采用先进的0.18微米工艺制造，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。

在64位UltraSPARC III处理器方面，SUN公司主要有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750MHz。还有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 III i的频率达到700MHz，未来的UltraSPARC Ⅳi的频率将达到1GHz。

产品介绍

与SPARC同时产生的还有Sun那句“网络就是计算机”。当时很多人不能理解Sun的这个论断，因为那时连个人计算还没有普及，更不要说是虚浮飘渺的网络计算了。实践证明，Sun的这个论断是正确的。现在的网格、云计算等，可以说都是来自于Sun的“网络就是计算机”。

UltraSPARC I

1995年，Sun公司的微处理器技术有了一次质的飞跃。继第一款SPARC微处理器之后，Sun推出了64位UltraSPARC I微处理器。UltraSPARC I革新了微处理器的可扩展性和带宽等工业标准，其频率达143MHz，采用0.5微米工艺技术，集成了520万个晶体管。UltraSPARC I的推出加强了Sun在高端微处理器市场的领导地位。

UltraSPARC Ⅱ

仅仅两年后，Sun就推出了UltraSPARC I的升级版——UltraSPARC Ⅱ。UltraSPARC Ⅱ芯片频率为300MHz，采用0.25微米工艺技术，集成了600万个晶体管，比UltraSPARC I芯片的速度高2.5倍。在数据带宽方面，UltraSPARC Ⅱ高达1600MB/s，比当时其他同类产品高600MB/s；UltraSPARC Ⅱ的VIS指令集可加速多媒体、图像处理和网络等应用。在高性能通信处理器、高档工作站和服务器等市场，UltraSPARC Ⅱ在各种环境中均能提供业界较高的性能。

UltraSPARC Ⅲ

1999年，Sun推出了第三代产品—— UltraSPARC Ⅲ，这是SunSPARC微处理器发展历史上具有里程碑意义的产品。UltraSPARC Ⅲ全面提高了系统应用程序的性能，它的带宽可达2.4GB，比UltraSPARC Ⅱ高出2倍。首款UltraSPARC Ⅲ微处理器主频达600MHz，采用了更先进的0.18微米工艺技术，集成了1600万个晶体管，并与Solaris操作系统和应用软件兼容。

UltraSPARC Ⅲi

借助出众的存储器带宽和多处理器可扩展性，UltraSPARC Ⅲ为电子商务、科学计算和数据开采等高性能计算应用提供了非同寻常的平台。凭借卓越的性能和Solaris操作环境，UltraSPARC Ⅲ进一步推动了服务器的发展。

UltraSPARC IV

UltraSPARC IV是Sun公司的首款双核处理器，于2004年上半年推出。Sun紧接着在下半年又推出了UltraSPARC IV+。UltraSPARC IV采用CMT（chipmultithreading，芯片多线程）技术，片上集成了两个UltraSPARC III的内核、二级Cache的tag体和MCU，外部缓存16MB，每个内核独享8MB。UltraSPARCIV采用0.13微米工艺，主频1.2GHz，功耗100W，和UltraSPARC III管脚兼容，实现系统的平滑升级。UltraSPARC IV+是UltraSPARC IV的0.09微米工艺的升级版本，而且增加了片上高速缓存的容量，主频1.8GHz。

UltraSPARC IV+

UltraSPARC T1

2005年11月，Sun推出了UltraSPARC T1处理器，其代号为“Niagara”（尼亚加拉）。UltraSPARC T1处理器采用了基于SPARC的CoolThreads技术，还有一个创新性的8内核技术，每个内核有4个线程，共有32个线程。32个线程等于32个系统同时工作，这就使多任务能够并行执行，无需互相等待。UltraSPARC T1芯片节约了能耗并提高了系统的吞吐量，它还利用了Sun具有创新性的CMT(芯片多线程)处理器架构，以确保与Internet的多线程应用环境并驾齐驱。

UltraSPARC T1还进行大量的创新：它将系统架构放到了芯片上，内部的通信任务就在芯片上完成，数据几乎不靠金属传输，这样就获得了更高的功效和更高的特性；首次将4个内存控制器放到一块芯片上，芯片就成为了处理内核和内存之间的数据传输通路，这样数据就在被处理的同时迅速传入芯片；每一个UltraSPARC T1内核相对都很简单，它生成的热量很少，这使整个处理器所需功率小于70瓦；采用SunStudio11软件，在UltraSPARC T1处理器上使用新型技术。

UltraSPARC T2

SUN公司在推出UltraSparc T1之后，就开始投入代号为“Niagara2”的“UltraSparc T2”处理器的开发。2007年8月，UltraSparc T2正式发布。UltraSparc T2虽然仍然保持8核心设计，但每个核心可支持的线程数提升到8个。换句话说，UltraSparcT2拥有高达64线程的并行处理能力，比UltraSparc T1整整提升一倍。

另外，UltraSparc T2直接集成了八个独立的加密加速单元、支持虚拟运行的两个10Gbps以太网接口和八个PCI-E通道，而浮点单元仍保持精简设计的原则，数量只有8个。

UltraSparc T2内部结构

多线程和虚拟运行是UltraSparcT2的拿手好戏，SUN表示UltraSparc T2的每个线程都可以独立运行一个操作系统，因此理论上一枚UltraSparc T2处理器可以最多支持64个系统并行运作。而在Web访问等事务处理中，64线程的UltraSparc T2将具备常规处理器难以达到的超快响应能力。也是为了应对多线程处理的需要，UltraSparc T2配备了4个内存控制器，内存总带宽将超过50GBps。

得益于65纳米工艺，UltraSparc T2的工作频率提高到了1.4GHz，而平均工作仍保持在70瓦左右，即便全速运行不过为120~130瓦，平均每个线程只需要消费2瓦。

在推迟了一年之后，Sun的16核“Rock”处理器即将在今年秋季正式推出。Rock是首款针对中端服务器的16核芯片。Rock处理器采用了多线程的新设计，内核数量是Sun目前最快服务器处理器UltraSparc T2的两倍。这款处理器将主要针对那些处理数据库等数据密集应用的企业级服务器。

发展历史

1984，SPARC架构元年

如果将2009年IT产业中的大事做一个排行的话，那么Sun被甲骨文收购这个事件，一定可以排进前三。Sun，这个曾经在硅谷唯一可以和IBM比肩的巨头，如今也失去了昔日的光辉。年中时Sun投资数十亿的16核Rock处理器被腰斩，也让人不得不唏嘘Sun硬件业务的未来，曾经辉煌一时的SPARC，不知道是否今后也会慢慢淡出人们的视线。

在RISC领域中，SPARC处理器是非常重要的一个产品，从1984年SPARC架构的提出、1987年的第一颗SPARC处理器，到获得巨大成功的UltraSPARC-III、再到8核心32线程的UltraSPARC-T1和中途被废止的16核心“Rock”，Sun SPARC沉浮二十五年，奠定了Sun在高端微处理器市场中的领先地位，成就了一段硅谷传奇。

Sun SPARC处理器发展历程

20世界的80年代是RISC处理器的时代，RISC架构把较长的指令分拆成若干条长度相同的单一指令，可使CPU的工作变得单纯、速度更快，设计和开发也更简单。1984年，Sun工程师中的一个小团队开始研发被称为SPARC的32位RISC处理器，而SPARC项目的开发顾问就是提出RISC架构的David Patterson。

David Patterson

SPARC是Scalable Processor Architecture的缩写，即可扩展的处理器架构，Sun对SPARC寄以厚望，当时首席执行官Scott McNealy认为SPARC可以将公司每年5亿美元的收入提升至每年数十亿美元。

1987，首款SPARC处理器诞生

Sun最早的产品不是服务器而是工作站，而最早的SPARC处理器也是被应用在工作站上。在1987年推出了第一款32位的SPARC 86900“Sunrise”处理器，这款处理器采用SPARC V7架构，采用0.8微米工艺，主频只有16MHz，当时被应用在Sun 4/260工作站上。第一款SPARC处理器规格虽然和现今的处理器无法相提并论，每秒仅可处理1000万个指令，但是这比当时的复杂指令集计算机(CISC)处理器要快三倍。

第一款SPARC处理器

SPARC推出后很就占领了市场，并帮助公司突破了10亿美元营收的大关。这一切正如当初McNealy所预测的那样。

SPARC最早的架构是V7版本，也是最基础的SPARC架构。1990年SPARC V8架构推出，包含了几种关键改进如硬件multiply/divide的 MMU 作用，支持对于128 位浮点运算。1993年SPARC V9架构推出，增加了支持对于64位地址和数据类型，包括处理器从UltraSPARC到SPARC64 。

SPARC架构版本

64位的UltraSPARC I、II

1995，64位UltraSPARC I

UltraSPARC I

1997，UltraSPARC Ⅱ

UltraSPARC Ⅱ

里程碑式的UltraSPARC Ⅲ

1999，里程碑式的UltraSPARC Ⅲ

UltraSPARC Ⅲ

UltraSPARC Ⅲi

UltraSPARC Ⅲi是在UltraSPARC Ⅲ的基础上，针对中小企业的1~4路服务器优化了的64位RISC处理器，采用了全新的SPARC V9架构，除了主频上的提高，并且采用了集成化策略，编号中的“i”表示就是集成的意思。UltraSPARC Ⅲi中集成了存储和I/O控制器、1M的L2缓存和DDR内存控制器，大大提升了内存访问效率。

首款双核UltraSPARC IV

2004，首款双核UltraSPARC IV

UltraSPARC IV

UltraSPARC IV+

UltraSPARC IV+在2004年10月推出，UltraSPARC IV+采用了90nm工艺，相对UltraSPARC IV制程更加进步，并且将一个新的L3缓存层与一个快速片上的2MB L2缓存、以及一个32MB的片外高速三级缓存连接在一起。此外，UltraSPARC IV+通过扩展的高速缓存、功能与转移预测机制、增强的预取能力等新技术，将UltraSPARC IV的应用吞吐量提高一倍。

UltraSPARC IV+

首款8核心UltraSPARC T1

2005，首款8核心UltraSPARC T1

UltraSPARC T1

64线程的UltraSPARC T2

2007，64线程的UltraSPARC T2

SUN公司在推出UltraSparc T1之后，就开始投入代号为“Niagara2”的“UltraSparc T2”处理器的开发。2007年8月，UltraSparc T2正式发布。UltraSparc T2虽然仍然保持8核心设计，但每个核心可支持的线程数提升到8个。换句话说，UltraSparc T2拥有高达64线程的并行处理能力，比UltraSparc T1整整提升一倍。

UltraSparc T2

另外，UltraSparc T2直接集成了8个独立的加密加速单元、支持虚拟运行的两个10Gbps以太网接口和八个PCI-E通道，而浮点单元仍保持精简设计的原则，数量只有8个。

UltraSparc T2核心架构图

多线程和虚拟运行是UltraSparc T2的拿手好戏，SUN表示UltraSparc T2的每个线程都可以独立运行一个操作系统，因此理论上一枚UltraSparc T2处理器可以最多支持64个系统并行运作。而在Web访问等事务处理中，64线程的UltraSparc T2将具备常规处理器难以达到的超快响应能力。也是为了应对多线程处理的需要，UltraSparc T2配备了4个内存控制器，内存总带宽将超过50GBps。

得益于65纳米工艺，UltraSparc T2的工作频率提高到了1.4GHz，而平均工作仍保持在70瓦左右，即便全速运行不过为120~130瓦，平均每个线程只需要消费2瓦。

出师未捷的16核心“Rock”

2008~2009，16核心“Rock”出师未捷

代号“Niagara”的UltraSPARC T1/T2系列是Sun历史上非常成功的处理器，也承担了Sun大部分的营收。“Niagara”系列处理器采用了多核心多线程的设计，旨在提升事务处理的能力，对于浮点性能并不十分注重，主要适用于面向网络的Web等事务性负载。在高端的浮点密集型高性能计算负载或者面向数据的高端工作负载中，Sun应用的是SPARC64处理器，比如M系列服务器。为了和IBM、HP等Unix巨头抗争，Sun在数年前还规划了面向中高端服务器应用的“Rock”处理器，独立于“Niagara”，替代目前的SPARC64。

Sun处理器路线图

“Rock”被命名为“UltraSPARC-RK”，最早的计划是在2008年第二季度推出。“Rock”处理器采用65纳米工艺，具备16个核心，芯片面积为396平方毫米，主频2.3GHz，功耗250W。

Sun “Rock”处理器

核心架构图

从架构图上看，16个核心被分成四个部分，每4个核心构成一个“簇”，4个核心共享一个I-cache、2个FPU和2个数据缓存。每个核心支持2个线程，总共支持32个线程，虽然从线程数量上远不如规划中的具备256个线程的Niagara-III，但是Rock具备更强的单线程能力，在每个核心的执行效率上会更高。Rock还具备“Scout预取”功能，实现指令的预取，提升处理器性能。

Sun对这款高端处理器寄以厚望，经历5年的研发时间并投入了数十亿的研发资金，不过遗憾的是，我们今后可能根本看不到这款处理器的身影。在研发过程中“Rock”出现了比较严重的性能问题，并没有达到当初Sun的预期，并且连续的财政赤字让Sun无力再继续负担高昂的研发费用，在2009年4月Sun被甲骨文收购，这个新东家也似乎不打算支持这个耗资巨大的项目，2009年6月中旬，纽约时报披露“Rock”已经被Sun废止，这个投入大量时间和资金的处理器最终出师未捷。

Rock已经被终结，在Sun的规划中，还有一款UltraSPARC处理器“Niagara-III”原本预计在09年年底推出，Niagara-III采用45纳米工艺，将具备16核心，每个核心具备16个线程，每个处理器的线程数量将达到惊人的256个，不过如若甲骨文真的要放弃Sun的硬件业务，这款处理器的命运还是个未知数。

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