R5000

R5000
NEC VR5000.

R5000은 64비트의 리틀 엔디안(미셀) 슈퍼스케일러로 순차적으로 실행되는 2-issue 설계 마이크로프로세서이며, 1996년에 Quantum Effect Design(QED)에 의해 개발된 MIPS IV Instruction Set Architecture(ISA; 명령 세트 아키텍처)를 구현합니다.이 프로젝트에는 MIPS Technologies, Inc(MTI)가 자금을 지원했습니다.MTI는 라이선스 계약자이기도 합니다.그 후 MTI는 이 설계를 IDT(Integrated Device Technology), NEC, NKK 및 도시바에 라이선스했습니다.R5000은 QED R4600과 R4700의 뒤를 이어 주력 하이엔드 임베디드 마이크로프로세서가 되었습니다.IDT는 R5000을 79RV5000, NEC를 VR5000, NKK를 NR5000, 도시바를 TX5000으로 출시했습니다.R5000은 QED를 인수했을 때 PMC-Sierra에 매각되었습니다.R5000의 파생 모델은 현재도 임베디드 시스템용으로 생산되고[when?] 있습니다.

사용자

워크스테이션과 서버 컴퓨터의 R5000 사용자는 SGI(Silicon Graphics, Inc.)와 Siemens-Nixdorf였습니다.SGI는 O2 및 Indy 로우엔드 워크스테이션에서 R5000을 사용했습니다.R5000은 네트워크 라우터나 하이엔드 프린터 등의 임베디드 시스템에도 사용되었습니다.R5000은 아케이드 게임 산업에 진출했고, R5000은 아타리와[1] [2]미드웨이에서 사용되었습니다.처음에 코발트 큐브와 코발트 RaQ는 파생 모델인 RM5230과 RM5231을 사용했습니다.Qube 2700은 RM5230 마이크로프로세서를 사용했지만 Qube 2는 RM5231을 사용했습니다.최초의 RaQ 시스템은 RM5230 또는 RM5231 CPU를 탑재하고 있었지만, 그 이후의 모델에서는 AMD K6-2 칩을 사용하고, 최종적으로 인텔 Pentium III CPU를 최종 모델에 사용했습니다.

역사

당초 로드맵은 1996년 초 200MHz, 1996년 말 250MHz를 목표로 1997년 R5000A에 의해 성공했다.R5000은 1996년 1월에 도입되어 200MHz를 달성하지 못하고 180MHz를 달성했습니다.로우엔드 워크스테이션 마이크로프로세서로 자리매김했을 때 IBM과 Motorola Power가 경쟁사였습니다.PC 604, HP PA-7300LC 및 인텔 Pentium Pro.

묘사

NEC VR5000 다이샷.

R5000은 명령을 순서대로 실행하는 양방향 슈퍼스케일러 설계입니다.R5000은 정수와 부동소수점 명령을 동시에 발행할 수 있습니다.비용 절감을 위해 정수 명령을 위한 간단한 파이프라인과 부동 소수점 명령을 위한 파이프라인을 각각 가지고 있었습니다.R5000은 비용상의 이유로 동적 분기 예측을 실행하지 않았습니다.대신 MIPS II 아키텍처에서 처음 도입된 분기형 명령어로 컴파일러에 의해 인코딩된 힌트를 활용하여 분기가 어느 정도 취해질지를 판단합니다.

R5000은 QED의 독특한 특징인 대용량 L1 캐시를 가지고 있으며 설계자는 대용량 캐시를 가진 단순한 설계를 선호했습니다.R5000에는 명령용과 데이터용 두 개의 L1 캐시가 있습니다.둘 다 용량이 32KB입니다.캐시는 쌍방향 set-associative로 32바이트의 회선 크기를 가지며 물리적으로 인덱스되어 있습니다.명령어는 명령 캐시에 들어갈 때 각 명령에 4비트를 추가하여 미리 인코딩되었습니다.이들 4비트는 함께 발행할 수 있는지 여부와 실행 유닛을 지정합니다.이로 인해 종속성 및 충돌 검사 중 일부를 중요 경로에서 이동함으로써 슈퍼스케일러 명령 문제가 해결되었습니다.

정수 유닛은 곱셈과 나누기를 제외한 대부분의 명령을 1사이클의 지연과 throughput으로 실행합니다.32비트 곱셈은 5사이클의 지연과 4사이클의 throughput이 있습니다.64비트 곱셈은 추가로 4사이클의 지연과 절반의 throughput이 있습니다.분할은 32비트 정수의 경우 36사이클의 지연과 throughput을 가지며, 64비트 정수의 경우 68사이클로 증가합니다.

부동소수점 유닛(FPU)은 고속의 단정도(32비트) 설계로 비용을 절감하고 SGI의 이점을 제공합니다.중급 3D 그래픽 워크스테이션은 주로 3D 그래픽 애플리케이션에 단정도 연산에 의존했습니다.파이프라인으로 완전히 연결되어 있어 R4700보다 훨씬 우수했습니다.R5000은 MIPS IV ISA의 multi-add 명령을 구현하고 있습니다.단일 정밀도 추가, 곱셈 및 multi-adds는 4사이클의 지연과 1사이클의 throughput이 있습니다.단일 정밀도 분할은 21사이클 지연과 19사이클 스루풋을 가지며, 제곱근은 26사이클 지연과 38사이클 스루풋을 갖습니다.나눗셈과 제곱근은 파이프라인으로 연결되지 않았습니다.2배의 정밀도 수치로 동작하는 명령어는 add를 제외하고 대기시간이 크게 길어지고 throughput이 낮아집니다.add는 단일 정밀도 add와 동일한 대기시간과 throughput을 가집니다.곱셈 및 곱셈 추가에는 5사이클의 지연 시간과 2사이클의 처리량이 있습니다.분할에는 36 사이클의 지연과 34 사이클의 throughput이 있습니다.제곱근은 68 사이클의 지연과 66 사이클의 throughput을 가집니다.

R5000에는 512KB, 1MB 및 2MB의 용량을 지원하는 내장 L2 캐시 컨트롤러가 탑재되어 있습니다.L2 캐시는 외부 인터페이스와 SysAD 버스를 공유합니다.캐시는 커스텀 동기 SRAM(SSRAM)으로 구축되었습니다.이 마이크로프로세서는 다른 여러 MIPS 마이크로프로세서에서 사용되는 SysAD 버스를 사용합니다.버스는 다중화되어(주소와 데이터가 동일한 와이어 세트를 공유함) 최대 100MHz의 클럭 주파수로 작동할 수 있습니다.초기 R5000에서는 멀티프로세싱은 지원되지 않았지만 패키지에서는 이 기능의 향후 추가를 위해8개의 핀이 예약되어 있습니다.

QED는 팹리스 회사였고 자체 디자인을 제작하지 않았습니다.R5000은 IDT, NEC 및 NKK에 의해 제조되었습니다.3사 모두 0.35μm의 상보적 금속산화물반도체(CMOS) 공정으로 R5000을 제작했지만 공정 특성은 달랐습니다.IDT는 R5000을 2단계의 폴리실리콘과 3단계의 알루미늄 인터커넥트로 제작했습니다.두 가지 수준의 폴리실리콘을 통해 IDT는 4개의 트랜지스터 SRAM 셀을 사용할 수 있게 되었고, 결과적으로 360만 개의 트랜지스터 카운트와 8.7mm x 9.7mm(84.39mm2)의 다이(Die)가 생성되었습니다.NEC와 NKK는 R5000을 1레벨의 폴리실리콘과 3레벨의 알루미늄 인터커넥트로 제조했습니다.폴리실리콘을 추가로 사용하지 않으면 두 회사 모두 6개의 트랜지스터 SRAM 셀을 사용해야 했습니다. 그 결과 트랜지스터 수가 500만 개에 달하고 면적이 약 87mm인2 더 큰 다이(Die)MTI는 80~90mm2 범위의 다이 크기를 주장했습니다. 두 버전의 트랜지스터 중 180만개는 로직용이며 나머지는 캐시에 포함되어 있습니다.272 볼 플라스틱 볼 그리드 어레이(BGA) 또는 272 핀 플라스틱 핀 그리드 어레이(PGA)로 패키지화되었습니다.이전의 MIPS 마이크로프로세서와는 핀 호환성이 없었습니다.

파생상품

1990년대 후반, Quantum Effect Design은 MTI로부터 MIPS 마이크로프로세서 제조 및 판매 라이선스를 취득하여 마이크로프로세서 벤더가 되었고, 새로운 비즈니스 모델을 반영하여 회사 이름을 Quantum Effect Devices로 변경하였습니다.이 회사의 첫 번째 제품은 RM52xx 시리즈로 처음에는 RM5230과 RM5260의 두 가지 모델로 구성되었습니다.이것들은 1997년 3월 24일에 발표되었다.RM5230은 처음에는 100MHz와 133MHz로, RM5260은 133MHz와 150MHz로 사용할 수 있었습니다.1997년 9월 29일 새로운 150MHz 및 175MHz RM5230s가 도입되었으며 175MHz 및 200MHz RM5260s도 도입되었습니다.

RM5230과 RM5260은 모두 R5000의 파생 제품으로 프라이머리 캐시 크기(32KB가 아닌 각 16KB), 시스템인터페이스 폭(RM5230은 32비트 67MHz SysAD 버스, RM5260은 64비트 75MHz SysAD 버스 및 멀티플)이 다릅니다.응용 프로그램을 처리합니다.이들 마이크로프로세서는 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company(TSMC)가 0.35μm 공정에서 3단계 상호접속을 통해 제작했습니다.Amkor Technology는 Power-Quad 4 패키지로, RM5230은 128핀 버전으로, RM5260은 208핀 버전으로 패키징했습니다.

이후 RM52xx 패밀리는 1997년 9월 29일 임베디드 시스템 회의에서 발표된 RM5270에 의해 가입되었습니다.하이엔드 임베디드 어플리케이션용으로 설계된 RM5270은 150MHz와 200MHz의 성능을 갖추고 있습니다.최대 2MB의 캐시를 지원하는 온칩 보조 캐시 컨트롤러가 추가되었습니다.SysAD 버스의 폭은 64비트이며 100MHz로 동작할 수 있습니다.RM7000과 핀 호환성이 있는 304핀 Super-BGA(SBGA)로 패키징되어 RM7000으로의 이행 경로로 제공되었습니다.

QED RM52x1 다이샷.

1998년 7월 20일, RM52x1 패밀리가 발표되었습니다.패밀리는 RM5231, RM5261 및 RM5271로 구성되어 있습니다.이 마이크로프로세서는 4레벨의 금속을 사용하여 0.25μm 공정으로 제조된 RM52x0 패밀리의 대응 디바이스의 파생 모델입니다.RM5231은 처음에는 150, 200 및 250MHz로 제공되었지만, RM5261 및 RM5271은 250 및 266MHz로 제공되었습니다.1999년 7월 6일, 300MHz RM5271의 가격은 US$140(수량 10,000)이었습니다.RM52x1은 32KB의 더 큰 프라이머리 캐시와 125MHz까지의 클럭환율을 지원하는 더 빠른 SysAD 버스를 갖춘 이전 패밀리보다 개선되었습니다.

QED가 PMC-Sierra에 의해 획득된 후 RM52xx 및 RM52x1 패밀리는 PMC-Sierra 제품으로 계속되었다.PMC-Sierra는 2001년 4월 4일에 RM5231A와 RM5261A라는 두 가지 RM52x1 파생 모델을 출시했습니다.이 마이크로프로세서는 TSMC가 0.18μm 공정으로 제조한 것으로, 클럭 레이트가 높고 소비전력이 낮다는 점에서 이전의 디바이스와는 다릅니다.RM5231A는 250~350MHz의 클럭환율로, RM5261A는 250~400MHz의 클럭환율로 사용할 수 있었습니다.

Sony의 PlayStation 2에 사용되는 R5900은 커스터마이즈된 명령/데이터 캐시 배열과 Sony의 독자적인 107 벡터 SIMD Multimedia Extensions(MMI)를 갖춘 Emotion Engine이라고 불리는 R5000 CPU의 수정 버전입니다.커스텀 FPU는 R5000에서 사용되는 FPU와 달리 IEEE 754에 준거하지 않습니다.또한 특수 벡터 코프로세서의 동기 컨트롤러 역할을 하는 두 번째 MIPS 코어를 가지고 있으며, 이 코어는 당시 주로 CPU로 계산되었던 3D 수학에 중요합니다.

레퍼런스

  1. ^ "System 16 - Atari Seattle Hardware (Atari)". www.system16.com. Retrieved 30 November 2015.
  2. ^ "System 16 - Midway Seattle Hardware (Midway)". www.system16.com. Retrieved 30 November 2015.
  • Computergram(1996년 1월 8일).4600/4700에 대한 MIPS Ready With R5000 Succession to the 4600/4700.컴퓨터 비즈니스 리뷰
  • 린리 구엔납(1996년 1월 22일)."R5000은 MIPS 미드레인지용 FP를 개선했습니다."마이크로프로세서 리포트, 10 (1)
  • 하프힐, 톰 R.(1996년 4월)."R5000은 3D 비용 절감"바이트
  • 하프힐, 톰 R.(1996년 5월)."Mips R5000: 고속, 저비용 3-D." 바이트, 161~162.
  • MIPS Technologies, Inc. MIPS R5000 마이크로프로세서 테크니컬 백그라운드
  • PMC-Sierra, Inc. (2001년 4월 4일)「PMC-Sierra, 3세대 R5200A MIPS 마이크로프로세서 출하」보도 자료
  • Quantum Effect Devices(1997년 3월 24일).QED는 RM52xx 마이크로프로세서 패밀리를 소개합니다.보도 자료
  • Quantum Effect Devices(1997년 9월 29일)."QED는 RM5270 Superscalar 64비트 마이크로프로세서를 도입합니다."보도 자료
  • Quantum Effect Devices(1998년 7월 20일)."QED, RM52x1 마이크로프로세서 패밀리 소개"보도 자료
  • Quantum Effect Devices(1999년 7월 6일)."QED의 RM5271은 300MHz에서 즉시 사용 가능"보도 자료