IBM POWER 아키텍처

IBM POWER architecture
POWER, PowerPC 및 Power ISA 아키텍처
NXP(구 Freescale 및 Motorola)
IBM
  • RS64 시리즈(1996년)
IBM/닌텐도
다른.
관련 링크
회색으로 취소됨, 이탤릭체로 기록됨

IBM POWER는 IBM이 개발한 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 명령 집합 아키텍처(ISA)입니다.이름은 Enhanced RISC를 사용한 Performance Optimization With Enhanced RISC의 [1]약자입니다.

ISA는 1990년대에 IBM의 하이엔드 마이크로프로세서의 기반으로 사용되었으며 IBM의 많은 서버, 미니컴퓨터, 워크스테이션 및 슈퍼컴퓨터에 사용되었습니다.이러한 프로세서는 POWER1(RIOS-1, RIOS.9, RSC, RAD6000) 및 POWER2(POWER2, POWER2+ 및 P2SC)라고 불립니다.

ISA는 PowerPC 명령 집합 아키텍처로 발전하여 1998년 IBM이 주로 32/64비트 PowerPC 프로세서인 POWER3 프로세서를 발표하면서 폐지되었지만 이전 버전과의 호환성을 위해 IBM POWER 아키텍처가 포함되었습니다.그 후 원래의 IBM POWER 아키텍처는 폐기되었습니다.PowerPC는 2006년에 제3의 Power ISA로 진화했습니다.

POWER, PowerPC 및 Power의 진화를 나타내는 차트ISA

IBM은 계속해서 파워를 개발하고 있습니다.애플리케이션 고유의 집적회로(ASIC) [citation needed]제품에서 사용하는 PC 마이크로프로세서 코어.많은 대용량 애플리케이션에는 전력이 내장되어 있습니다.PC 코어

역사

801 연구 프로젝트

주요 기사: IBM 801

1974년에 IBM은 초당 최소 300건의 통화를 처리할 수 있는 잠재적 용량을 갖춘 대규모 전화 교환 네트워크를 구축하는 설계 목표를 가지고 프로젝트를 시작했습니다.실시간 응답을 유지하면서 각 콜을 처리하려면 20,000개의 기계 명령이 필요할 것으로 예상되었기 때문에 12 MIPS의 성능을 가진 프로세서가 [2]필요하다고 간주되었습니다.이 요건은 당시는 매우 야심 차 있었지만, I/O, 분기, 레지스터 추가, 레지스터와 메모리 간의 데이터 이동, 무거운 계산을 수행하기 위한 특별한 명령이 필요 없기 때문에 현재 CPU의 복잡성은 대부분 해소될 수 있었습니다..

복잡한 동작의 각 단계가 하나의 기계 명령에 의해 명시적으로 지정되고 모든 명령이 동일한 일정한 시간에 완료되어야 하는 이 단순한 설계 철학은 나중에 RISC로 알려지게 됩니다.

1975년까지 전화 교환 프로젝트는 시제품 없이 취소되었다.그러나 프로젝트 첫 해에 생성된 시뮬레이션의 견적을 보면, 이 프로젝트를 위해 설계된 프로세서가 매우 유망한 범용 프로세서가 될 수 있을 것 같았기 때문에, 801 [2]프로젝트의 토마스 J. 왓슨 연구 센터 건물 #801에서 작업이 계속되었습니다.

1982년 치타 프로젝트

Watson Research Center에서 2년 동안 IBM System/360 Model 91 및 CDC 6600(모델 91은 CISC 설계에 기반했지만)에서 수행되었던 것과 유사한 성능 향상을 위해 여러 기능 유닛을 사용하여 설계를 구현하는 실현 가능성 등 801 설계의 슈퍼스케라 한계를 조사했습니다.RISC 머신이 사이클당 여러 명령을 유지할 수 있는지 여부 또는 다중 실행 유닛을 허용하기 위해 801 설계에 대해 어떤 설계를 변경해야 하는지 확인합니다.

성능을 향상시키기 위해 Cheetah는 분기, 고정 소수점 및 부동 소수점 실행 [3][4]단위를 별도로 설치했습니다.801 설계에 많은 변경이 가해져 복수 실행 유닛이 가능하게 되었습니다.Cheetah는 원래 양극성 이미터 커플링 로직(ECL) 기술을 사용하여 제조될 예정이었으나 1984년까지 보완 금속 산화물 반도체(CMOS) 기술을 통해 트랜지스터 논리 성능을 향상시키면서 회로 집적 수준을 향상시켰습니다.

아메리카 프로젝트

1985년 IBM Thomas J. Watson Research Center에서 2세대 RISC 아키텍처에 대한 연구가 시작되었으며, 1986년 IBM Austin은 [2]이 [3][4]아키텍처를 기반으로 RS/6000 시리즈를 개발하기 시작했습니다.

힘

주요 기사: POWER 1

1990년 2월에 IBM에서 POWER 명령 집합을 통합한 최초의 컴퓨터는 "RISC System/6000" 또는 RS/6000으로 불렸습니다.이러한 RS/6000 컴퓨터는 워크스테이션과 서버의 두 가지 클래스로 나뉘어져 POWERstation과 POWERserver로 소개되었습니다.RS/6000 CPU에는 'RIOS-1'과 'RIOS.9'(또는 더 일반적으로 'POWER1' CPU)라는2개의 구성이 있습니다.RIOS-1 구성에는 명령 캐시 칩, 고정 소수점 칩, 부동 소수점 칩, 4개의 데이터 캐시 칩, 스토리지 컨트롤 칩, 입출력 칩, 클럭 칩 등 총 10개의 개별 칩이 있습니다.저비용 RIOS.9 구성에는 명령 캐시 칩, 고정 소수점 칩, 부동 소수점 칩, 2개의 데이터 캐시 칩, 스토리지 제어 칩, 입출력 칩, 클럭 칩 등 8개의 개별 칩이 포함되어 있습니다.

RIOS의 싱글 칩 실장 RSC(「RISC Single Chip」의 경우)는 보급형 RS/6000용으로 개발되었습니다.RSC를 사용하는 최초의 머신은 1992년에 출시되었습니다.

전원 2

주요 기사: POWER2

IBM은 1991년 텍사스 오스틴에서 Apple/IBM/Motorola 동맹이 결성되기 2년 전에 POWER1의 후속 제품으로 POWER2 프로세서를 시작했습니다.자원을 분산하여 Apple/IBM/Motorola 작업을 시작했지만 POWER2는 처음부터 시스템 출하까지 5년이 걸렸습니다.POWER2는 설계에 두 번째 고정 소수점 유닛, 두 번째 부동 소수점 유닛 및 기타 성능 향상을 추가함으로써 1993년 11월 발표 당시 선도적인 성능을 발휘했습니다.

명령어 세트에도 새로운 명령어가 추가되었습니다.

  • 4단어 스토리지 설명4단어 로드 명령은 2개의 인접한 2배 정밀도 값을 2개의 인접한 부동소수점 레지스터로 이동합니다.
  • 하드웨어 제곱근 명령.
  • 부동 소수점에서 정수로의 변환 명령.

1996년 RS/6000 및 RS/6000 SP2 제품군을 지원하기 위해 IBM은 자체 설계 팀에서 IBM의 가장 진보된 고밀도 CMOS-6 프로세스에서 Apple/IBM/Motorola 제휴 외부에 POWER2의 단일 칩 버전인 P2SC("POWER2 Super Chip")를 구현하도록 했습니다.P2SC는 개별 POWER2 명령 캐시, 고정 소수점, 부동 소수점, 스토리지 제어 및 데이터 캐시 칩을 모두 하나의 거대한 다이로 결합했습니다.도입 당시 P2SC는 업계 최대 및 최고 수준의 트랜지스터 카운트 프로세서였습니다.크기, 복잡성, 고도의 CMOS 프로세스의 어려움에도 불구하고, 최초의 테이프 아웃 버전의 프로세서는 출하할 수 있었습니다.또, 발표 시점에서는 부동 소수점 퍼포먼스를 리드하고 있었습니다.P2SC는 1997년 IBM Deep Blue 체스를 플레이하는 슈퍼컴퓨터에 사용된 프로세서로 체스 그랜드마스터 Garry Kasparov를 이겼다.2개의 정교한 MAF 부동소수점 유닛과 방대한 와이드 및 저지연 메모리 인터페이스를 갖춘 P2SC는 주로 엔지니어링 및 과학 애플리케이션을 대상으로 했습니다.P2SC는 최종적으로 POWER3에 의해 계승되었습니다.POWER3에는 P2SC의 정교한 트윈 MAF 부동소수점 유닛에 더해 64비트 SMP 기능 및 PowerPC로의 완전한 이행이 포함되어 있습니다.

아키텍처

POWER 아키텍처 이력

POWER 설계는 801의 CPU에서 직접 파생된 것으로, RISC 프로세서 설계로서는 최초의 진정한 RISC 프로세서 설계라고 널리 알려져 있습니다.801은 IBM [2]하드웨어 내부의 여러 애플리케이션에서 사용되었습니다.

PC/RT가 출시되는 거의 동시에 IBM은 시장에서 가장 강력한 CPU를 설계하기 위한 America Project를 시작했습니다.이들은 주로 801 설계의 두 가지 문제를 해결하는 데 관심이 있었습니다.

  • 801에서는 모든 명령을 1개의 클럭 사이클로 완료해야 했습니다.이 때문에 부동소수점 명령은 사용할 수 없었습니다.
  • 디코더는 이러한 단일 사이클 연산의 부작용으로 파이프라인 처리되었지만 슈퍼칼라 효과는 사용하지 않았습니다.

부동 소수점은 America Project의 초점이 되었고, IBM은 단일 사이클에서 64비트 배정밀 곱셈 및 분할을 지원할 수 있는 1980년대 초에 개발된 새로운 알고리즘을 사용할 수 있었습니다.설계의 FPU 부분은 명령 디코더 및 정수 부분과는 별개였기 때문에 디코더는 동시에 FPU 및 ALU(정수) 실행 유닛에 명령을 전송할 수 있었습니다.IBM은 하나의 명령을 가져오고, 다른 명령을 디코딩하고, 동시에 ALU와 FPU로 보내는 복잡한 명령 디코더로 이를 보완하여 최초의 슈퍼스칼라 CPU 설계를 구현했습니다.

시스템은 32비트 정수 레지스터와 32비트 부동소수점 레지스터를 각각 자체 유닛에 사용했습니다.브랜치 유닛에는 프로그램 카운터를 포함한 자체 사용을 위한 다수의 "개인" 레지스터도 포함되어 있습니다.

아키텍처의 또 다른 흥미로운 기능은 모든 주소를 52비트 공간에 매핑하는 가상 주소 시스템입니다.이와 같이, 애플리케이션은 「플랫」32비트 스페이스로 메모리를 공유할 수 있습니다.또, 모든 프로그램은 각각 32비트의 다른 블록을 가질 수 있습니다.

제1권 부록E: 파워PowerPC Architecture Book 2.02의[6] PC 사용자 명령어 세트 아키텍처에서는 POWER와[5] POWER2 명령어 세트 아키텍처와 POWER5에서 구현된 PowerPC 명령어 세트 아키텍처의 버전이 어떻게 다른지 설명합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Bakoglu, H. B.; Grohoski, G. F.; Montoye, R. K. (January 1990). "The IBM RISC System/6000 processor: Hardware overview". IBM Journal of Research and Development. 34 (1): 12–22. doi:10.1147/rd.341.0012.
  2. ^ a b c d Cocke, J.; Markstein, V. (January 1990). "The evolution of RISC technology at IBM" (PDF). IBM Journal of Research and Development. 34 (1): 4–11. doi:10.1147/rd.341.0004.
  3. ^ a b John Paul Shen; Mikko H. Lipasti (July 30, 2013). Modern Processor Design: Fundamentals of Superscalar Processors. Waveland Press. p. 380. ISBN 9781478610762.
  4. ^ a b G. F. Grohoski (January 1990). "Machine organization of the IBM RISC System/6000 processor". IBM Journal of Research and Development. 34 (1): 37–58. doi:10.1147/rd.341.0037.
  5. ^ 제1권: 파워PC 사용자 명령 집합 아키텍처
  6. ^ PowerPC 아키텍처 북 버전 2.02
메모들

추가 정보

  • Weiss, Shlomo; Smith, James Edward (1994). POWER and PowerPC. Morgan Kaufmann. ISBN 978-1558602793. - 관련 부품:제1장(POWER 아키텍처의 구현 방법), 제2장(아키텍처의 구현 방법), 제6장(POWER2 아키텍처에 의해 도입된 추가 사항), 부록 A 및 C(모든 POWER 명령 설명), 부록 F(POWER 아키텍처와 PowerPC 아키텍처의 차이점 설명)
  • Dewar, Robert B.K.; Smosna, Matthew (1990). Microprocessors: A Programmer's View. McGraw-Hill. - 12장에서는 POWER 아키텍처(이전 명칭인 RIOS)와 그 유래에 대해 설명합니다.

외부 링크