5000 рэндов

R5000 (QED) в 1996 году . — это 64-разрядный двухуровневый суперскалярный с двухуровневым исполнением по порядку микропроцессор , который реализует MIPS IV архитектуру набора команд (ISA), разработанную Quantum Effect Design Проект финансировался MIPS Technologies, Inc (MTI), также лицензиар. Затем MTI передала лицензию на разработку компаниям Integrated Device Technology (IDT), NEC , NKK и Toshiba . R5000 пришел на смену QED R4600 и R4700 в качестве флагманского встроенного микропроцессора высокого класса. IDT продавала свою версию R5000 как 79RV5000, NEC как VR5000, NKK как NR5000 и Toshiba как TX5000. R5000 был продан PMC-Sierra , когда компания приобрела QED. Производные R5000 все еще производятся. ^{[ когда? ]} для встраиваемых систем.

Пользователи

Пользователями R5000 на рабочих станциях и серверных компьютерах были Silicon Graphics, Inc. (SGI) и Siemens-Nixdorf . SGI использовала R5000 в своих O2 и Indy рабочих станциях начального уровня . R5000 также использовался во встроенных системах, таких как сетевые маршрутизаторы и высокопроизводительные принтеры. R5000 нашел свое применение в индустрии аркадных игр, материнские платы на базе R5000 использовались Atari. ^{[ 1 ]} и Мидуэй. ^{[ 2 ]} Первоначально в Cobalt Qube и Cobalt RaQ использовалась производная модель RM5230 и RM5231. В Qube 2700 использовался микропроцессор RM5230, а в Qube 2 — RM5231. Первоначальные системы RaQ были оснащены процессорами RM5230 или RM5231, но в более поздних моделях использовались чипы AMD K6-2, а затем, в конечном итоге, процессоры Intel Pentium III для окончательных моделей.

История

Первоначальный план предусматривал работу на частоте 200 МГц в начале 1996 года, на частоте 250 МГц в конце 1996 года, а в 1997 году на смену ей пришел R5000A. R5000 был представлен в январе 1996 года, но ему не удалось достичь частоты 200 МГц, а максимальная частота составила 180 МГц. Когда он позиционировался как микропроцессор для рабочих станций начального уровня, в конкурентную борьбу входили IBM и Motorola PowerPC 604 , HP PA-7300LC и Intel Pentium Pro .

Описание

R5000 — это двусторонняя суперскалярная конструкция, которая выполняет инструкции по порядку . R5000 мог одновременно выдавать целочисленные инструкции и инструкции с плавающей запятой. У него был один простой конвейер для целочисленных инструкций и другой для операций с плавающей запятой, чтобы сэкономить транзисторы и площадь кристалла для снижения стоимости. R5000 не выполнял динамическое прогнозирование ветвей по причинам стоимости. Вместо этого он использует статический подход, используя подсказки, закодированные компилятором в инструкциях по вероятности перехода, впервые представленных в архитектуре MIPS II, для определения вероятности выбора перехода.

R5000 имел большие кэши L1 , что было отличительной чертой QED, разработчики которой предпочитали простые конструкции с большими кэшами. У R5000 было два кэша L1: один для инструкций, другой для данных. Оба имеют емкость 32 КБ. Кэши являются двусторонними наборно-ассоциативными , имеют размер строки 32 байта и виртуально индексируются, физически помечаются тегами . Инструкции были предварительно декодированы при входе в кэш инструкций путем добавления четырех битов к каждой инструкции. Эти четыре бита определяют, могут ли они быть выданы вместе и каким исполнительным устройством они выполняются. Это помогло решить проблему с суперскалярными инструкциями, переместив часть проверок зависимостей и конфликтов с критического пути.

Целочисленный блок выполняет большинство инструкций с задержкой в один цикл и пропускной способностью, за исключением операций умножения и деления. 32-битные умножения имеют задержку в пять циклов и пропускную способность в четыре цикла. 64-битные умножения имеют дополнительные четыре цикла задержки и половину пропускной способности. Деления имеют задержку в 36 циклов и пропускную способность для 32-битных целых чисел, а для 64-битных целых чисел они увеличиваются до 68 тактов.

Модуль с плавающей запятой (FPU) представлял собой быструю (32-битную) конструкцию с одинарной точностью, предназначенную для снижения затрат и в интересах SGI, чьи рабочие станции с 3D-графикой среднего класса в основном полагались на математические вычисления с одинарной точностью для приложений 3D-графики. Он был полностью конвейерным, что делало его значительно лучше, чем у R4700 . R5000 реализует инструкцию умножения-сложения MIPS IV ISA. Сложение, умножение и сложение одинарной точности имеют задержку в четыре цикла и пропускную способность в один цикл. Деления одинарной точности имеют задержку 21 такт и пропускную способность 19 тактов, тогда как квадратные корни имеют задержку 26 тактов и пропускную способность 38 тактов. Деление и квадратный корень не были конвейерными. Инструкции, которые работают с числами двойной точности, имеют значительно более высокую задержку и меньшую пропускную способность, за исключением команды сложения, у которой задержка и пропускная способность идентичны с сложением с одинарной точностью. Операции умножения и умножения-сложения имеют задержку в пять тактов и пропускную способность в два такта. Divide имеет задержку 36 тактов и пропускную способность 34 такта. Квадратный корень имеет задержку 68 циклов и пропускную способность 66 циклов.

R5000 имел встроенный контроллер кэша L2, который поддерживал емкость 512 КБ, 1 МБ и 2 МБ. Кэш L2 использует шину SysAD совместно с внешним интерфейсом. Кэш был построен с использованием специальных синхронных SRAM (SSRAM). Микропроцессор использует шину SysAD , которая также используется несколькими другими микропроцессорами MIPS. Шина мультиплексирована (адрес и данные используют один и тот же набор проводов) и может работать на тактовой частоте до 100 МГц. Первоначальный R5000 не поддерживал многопроцессорность , но в пакете зарезервировано восемь контактов для будущего добавления этой функции.

QED была компанией без собственных производственных мощностей и не создавала собственных разработок. R5000 был изготовлен IDT, NEC и NKK. Все три компании изготовили R5000 по комплементарной технологии металл-оксид-полупроводник (КМОП) с толщиной частиц 0,35 мкм, но с разными характеристиками процесса. Компания IDT изготовила R5000 с применением двухуровневого поликремниевого и трехуровневого алюминиевого соединения . Два уровня поликремния позволили IDT использовать ячейку SRAM с четырьмя транзисторами, в результате чего количество транзисторов составило 3,6 миллиона, а размеры кристалла составили 8,7 х 9,7 мм (84,39 мм). ²). NEC и NKK изготовили R5000 с использованием одного уровня поликремния и трех уровней алюминиевых соединений. Без дополнительного уровня поликремния обеим компаниям пришлось использовать ячейку SRAM с шестью транзисторами, в результате чего количество транзисторов составило 5,0 миллионов, а кристалл стал большего размера с площадью около 87 мм. ². Размеры матрицы от 80 до 90 мм. ² были заявлены MTI. 0,8 миллиона транзисторов в обеих версиях предназначались для логики, а остальные содержались в кэшах. из пластиковых шариков с 272 шариками Он был упакован в решетку керамических штырей с 223 контактами (BGA) или решетку из (PGA). Он не был совместим по выводам ни с одним предыдущим микропроцессором MIPS.

Производные

В конце 1990-х годов компания Quantum Effect Design приобрела у MTI лицензию на производство и продажу микропроцессоров MIPS и стала поставщиком микропроцессоров, изменив свое название на Quantum Effect Devices, чтобы отразить свою новую бизнес-модель. Первыми продуктами компании были представители семейства RM52xx, которое первоначально состояло из двух моделей: RM5230 и RM5260. О них было объявлено 24 марта 1997 года. Первоначально RM5230 был доступен на частотах 100 и 133 МГц, а RM5260 - на частотах 133 и 150 МГц. 29 сентября 1997 года были представлены новые RM5230 на 150 и 175 МГц, а также RM5260 на 175 и 200 МГц.

И RM5230, и RM5260 являются производными от R5000 и различаются размером основного кэша (16 КБ вместо 32 КБ), шириной системных интерфейсов (RM5230 имеет 32-битную шину SysAD с частотой 67 МГц и RM5260 (64-битная шина SysAD 75 МГц), а также добавление операций умножения-сложения и трех операндов. Умножение инструкций для приложений цифровой обработки сигналов . Эти микропроцессоры были изготовлены Тайваньской компанией по производству полупроводников (TSMC) по технологии 0,35 мкм с тремя уровнями межсоединений. Они были упакованы компанией Amkor Technology в корпусах Power-Quad 4, RM5230 в 128-контактной версии и RM5260 в 208-контактной версии.

Позже к семейству RM52xx присоединился RM5270, о котором было объявлено на конференции по встраиваемым системам 29 сентября 1997 года. Предназначенный для высококлассных встраиваемых приложений, RM5270 был доступен на частотах 150 и 200 МГц. Улучшения заключались в добавлении встроенного контроллера вторичного кэша, поддерживающего до 2 МБ кэша. Шина SysAD имеет ширину 64 бита и может работать на частоте 100 МГц. Он был упакован в 304-контактный Super-BGA (SBGA), который был совместим по выводам с RM7000 и предлагался в качестве пути перехода на RM7000.

20 июля 1998 года было анонсировано семейство RM52x1. Семейство состояло из RM5231, RM5261 и RM5271. Эти микропроцессоры были производными от соответствующих устройств семейства RM52x0, изготовленных по технологии 0,25 мкм с четырьмя уровнями металла. Первоначально RM5231 был доступен на частотах 150, 200 и 250 МГц; тогда как RM5261 и RM5271 были доступны на частотах 250 и 266 МГц. 6 июля 1999 года был представлен RM5271 с частотой 300 МГц по цене 140 долларов США при партии 10 000 штук. RM52x1 усовершенствовал предыдущее семейство благодаря более крупному основному кэшу объемом 32 КБ и более быстрой шине SysAD, поддерживающей тактовую частоту до 125 МГц.

После того, как QED была приобретена PMC-Sierra , семейства RM52xx и RM52x1 были продолжены как продукты PMC-Sierra. 4 апреля 2001 года PMC-Sierra представила две модификации RM52x1, RM5231A и RM5261A. Эти микропроцессоры были изготовлены TSMC по техпроцессу 0,18 мкм и отличаются от предыдущих устройств более высокой тактовой частотой и меньшим энергопотреблением. RM5231A был доступен с тактовой частотой от 250 до 350 МГц, а RM5261A - от 250 до 400 МГц.

R5900, используемый в Sony PlayStation 2, представляет собой модифицированную версию процессора R5000, получившую название Emotion Engine , с настраиваемым расположением кэша инструкций/данных и собственными 107 векторными SIMD Multimedia Extensions (MMI) Sony. Его специальный FPU не соответствует стандарту IEEE 754, в отличие от FPU, используемых в R5000. Он также имеет второе ядро MIPS, которое действовало как контроллер синхронизации для специализированных векторных сопроцессоров, что важно для 3D-математики, которая в то время в основном выполнялась на ЦП.

Ссылки

^ «Система 16 — Оборудование Atari Seattle (Atari)» . www.system16.com . Проверено 30 ноября 2015 г.
^ «Система 16 — Оборудование Midway Seattle (Midway)» . www.system16.com . Проверено 30 ноября 2015 г.

Компьютерграмма (8 января 1996 г.). «Готовность к MIPS с R5000, преемником 4600/4700». Обзор компьютерного бизнеса .
Гвеннап, Линли (22 января 1996 г.). «R5000 повышает производительность для среднего уровня MIPS». Отчет микропроцессора , 10 (1).
Хафхилл, Том Р. (апрель 1996 г.). «5000 рандов сокращают стоимость 3D». Байт .
Хафхилл, Том Р. (май 1996 г.). «Mips R5000: быстрое и доступное 3D». Байт , 161–162.
MIPS Technologies, Inc. Технический справочник по микропроцессору MIPS R5000 .
PMC-Sierra, Inc. (4 апреля 2001 г.). «PMC-Sierra поставляет микропроцессоры R5200A MIPS третьего поколения». Пресс-релиз.
Устройства квантового эффекта (24 марта 1997 г.). «QED представляет семейство микропроцессоров RM52xx». Пресс-релиз.
Устройства квантового эффекта (29 сентября 1997 г.). «QED представляет суперскалярный 64-битный микропроцессор RM5270». Пресс-релиз.
Устройства квантового эффекта (20 июля 1998 г.). «QED представляет семейство микропроцессоров RM52x1». Пресс-релиз.
Устройства квантового эффекта (6 июля 1999 г.). «RM5271 QED доступен немедленно на частоте 300 МГц» . Пресс-релиз.

[1] «Система 16 — Оборудование Atari Seattle (Atari)» . www.system16.com . Проверено 30 ноября 2015 г.

[2] «Система 16 — Оборудование Midway Seattle (Midway)» . www.system16.com . Проверено 30 ноября 2015 г.

[ 1 ]

[ 2 ]