PA-8000

المعالج PA-8000 (PCX-U)، المسمى Onyx ، هو معالج دقيق طورته وصنعته شركة هيوليت-باكارد (HP)، ويعتمد على بنية مجموعة تعليمات PA-RISC 2.0 . ^{[ 1 ]} كان تصميمه جديدًا كليًا، دون أي دوائر مشتقة من معالجات PA-RISC السابقة. طُرح PA-8000 في الأسواق في 2 نوفمبر 1995، عندما بدأت شحناته لأعضاء منظمة Precision RISC (PRO). ^{[ 2 ]} استُخدم حصريًا من قبل أعضاء PRO، ولم يُطرح للبيع في السوق. جميع معالجات PA-8x00 اللاحقة (من PA-8200 إلى PA-8900، الموصوفة لاحقًا) مبنية على نواة معالج PA-8000 الأساسية.

تم استخدام جهاز PA-8000 بواسطة:

• شركة HP في محطات العمل والخوادم HP 9000 و HP 3000 ^{[ 3 ]}
• NEC في خادم TX7/P590 الخاص بها
• شركة ستراتوس تكنولوجيز في خوادمها المقاومة للأعطال من سلسلة كونتينوم

يُعدّ المعالج PA-8000 معالجًا دقيقًا فائق التوازي رباعي المسارات ، يُنفّذ التعليمات خارج الترتيب وبشكل تخميني . ^{[ 1 ] [ 4 ]} لم تكن هذه الميزات موجودة في تطبيقات PA-RISC السابقة، مما يجعل PA-8000 أول وحدة معالجة مركزية PA-RISC تكسر تقليد استخدام البنى الدقيقة البسيطة والتنفيذ عالي التردد لتحقيق الأداء. ^{[ 5 ]}

بدني

تحتوي شريحة PA-8000 على 3.8 مليون ترانزستور، وتبلغ أبعادها 17.68  مم × 19.10  مم، ^{[ 6 ]} بمساحة إجمالية قدرها 337.69  مم² ^. صُنعت هذه الشريحة بواسطة شركة HP باستخدام تقنية CMOS-14C، وهي تقنية تصغير حجم البوابة بنسبة 10% مقارنةً بتقنية CMOS-14. ^{[ 5 ]} تعتمد تقنية CMOS-14C على تقنية أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة التكميلية  (CMOS) ذات خمسة مستويات من الألومنيوم ، بدقة 0.5 ميكرومتر. تحتوي الشريحة على 704 نقطة لحام للإشارات و1200 نقطة لحام للطاقة أو الأرضي. وهي مُغلفة في مصفوفة شبكة أرضية من السيراميك الألومينا (LGA) ذات 1085 نقطة لحام . ^{[ 7 ]} تستخدم شريحة PA-8000 مصدر طاقة بجهد 3.3 فولت. 

كان المعالج PA-8200 (PCX-U+)، المسمى فولكان ، تطويرًا للمعالج PA-8000. أُتيحت أولى الأنظمة التي تستخدم PA-8200 في يونيو 1997. عمل PA-8200 بتردد يتراوح بين 200 و240  ميجاهرتز، وكان منافسًا رئيسيًا للمعالج Alpha 21164. أُدخلت تحسينات على كلٍ من توقع التفرعات وذاكرة الترجمة السريعة (TLB). ^{[ 4 ] [ 8 ]} تحسّن توقع التفرعات بزيادة عدد مداخل BHT إلى 1024 مدخلًا، مما استلزم استخدام خوارزمية ثنائية البت لتناسبها دون الحاجة إلى إعادة تصميم الدوائر المحيطة؛ وبتطبيق قائمة كتابة مكّنت من تسجيل نتيجتين للتفرعات في BHT بدلًا من نتيجة واحدة. كما زاد عدد مداخل TLB من 96 إلى 120 مدخلًا، مما قلل من أخطاء TLB. وجرى أيضًا تحسين تردد الساعة من خلال إعادة تصميم طفيفة للدوائر. كانت رقاقة المعالج PA-8200 مطابقة في الحجم لرقاقة المعالج PA-8000، حيث استُخدمت المساحات الفارغة من الرقاقة في التحسينات. وقد صُنعت باستخدام تقنية CMOS-14C.

يُعدّ المعالج PA-8500 (PCX-W)، المسمى باراكودا ، تطويرًا للمعالج PA-8200. تمّ تصنيعه في أوائل عام 1998، وطُرح في أواخر العام نفسه ضمن الأنظمة. عملت النسخ الإنتاجية بترددات تتراوح بين 300 و440  ميجاهرتز، ولكنه صُمّم للعمل بتردد يصل إلى 500  ميجاهرتز، وقد عمل بالفعل. ^{[ 9 ]} من أبرز التحسينات زيادة ترددات التشغيل ودمج ذاكرة التخزين المؤقت الرئيسية على نفس شريحة المعالج. ^{[ 10 ]} وقد أُتيح رفع ترددات التشغيل ودمج ذاكرة التخزين المؤقت الرئيسية على نفس شريحة المعالج بفضل الانتقال إلى  تقنية تصنيع 0.25 ميكرومتر. بلغ حجم نواة المعالج PA-8500 في هذه التقنية الجديدة 10.8  مم × 11.4  مم (123.12  مم² ⁾ ، أي أقل من نصف مساحة نواة المعالج  PA-8200 بتقنية 0.5 ميكرومتر. وقد أتاح ذلك مساحة يمكن استخدامها لدمج الذاكرات المؤقتة.

يحتوي معالج PA-8500 على  ذاكرة تخزين مؤقتة للتعليمات بسعة 512 كيلوبايت وذاكرة  تخزين مؤقتة للبيانات بسعة 1 ميجابايت. تشمل التحسينات الأخرى في البنية الدقيقة ذاكرة BHT أكبر تحتوي على 2048 مدخلاً، أي ضعف سعة ذاكرة PA-8200، وذاكرة TLB أكبر تحتوي على 160 مدخلاً. يستخدم PA-8500 إصدارًا جديدًا من ناقل Runway . يعمل هذا الإصدار الجديد بتردد 125  ميجاهرتز وينقل البيانات على الحافتين الصاعدة والهابطة لإشارة الساعة (معدل نقل بيانات مزدوج، أو DDR)، مما يوفر عرض نطاق ترددي يبلغ 240  ميجا نقلة/ثانية أو 2  جيجابايت/ثانية. نظرًا لاستخدام ناقل Runway لنقل العناوين والبيانات، فإن عرض النطاق الترددي القابل للاستخدام يبلغ 80% من 2  جيجابايت/ثانية، أي حوالي 1.6  جيجابايت/ثانية.

يحتوي معالج PA-8500 على 140 مليون ترانزستور، ويبلغ قياسه 21.3  مم × 22.0  مم (468.6  مم² ⁾ . ^{[ 9 ]} وقد صُنع بواسطة شركة إنتل بتقنية CMOS بدقة 0.25  ميكرومتر، مع خمسة مستويات من التوصيلات البينية المصنوعة من الألومنيوم. ويعمل بمصدر  طاقة 2.0 فولت. لم تقم شركة HP بتصنيع معالج PA-8500 بنفسها، إذ توقفت عن تحديث مصانعها لتطبيق تقنية أحدث من CMOS-14C، التي كانت تُستخدم في تصنيع معالجات PA-RISC السابقة.

تم تغليف PA-8500 في مصفوفة شبكة أرضية أصغر مكونة من 544 وسادة (LGA) حيث أدى دمج الذاكرة المؤقتة الأساسية على الشريحة إلى إزالة ناقلي 128 بت اللذين كانا يتصلان بالذاكرة المؤقتة الخارجية ووسادات الإدخال/الإخراج المرتبطة بها.

يُعدّ المعالج PA-8600 (PCX-W+)، المسمى رمزياً " لاندشارك" ، تطويراً للمعالج PA-8500 الذي طُرح في يناير 2000. وكان من المقرر طرحه في منتصف عام 2000. ^{[ 11 ]} وقد كان نسخة مُحسّنة من PA-8500 لتمكينه من الوصول إلى ترددات ساعة أعلى تتراوح بين 480 و550  ميجاهرتز. وقد حسّن هذا المعالج بنيته الدقيقة باستخدام سياسة إخلاء شبه أحدث استخدام (LRU) لذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات. وقد قامت شركة إنتل بتصنيعه.

يُعدّ المعالج PA-8700 (PCX-W2)، المسمى "بيرانا" ، تطويرًا للمعالج PA-8600. طُرح في أغسطس 2001، وكان يعمل بتردد يتراوح بين 625 و750  ميجاهرتز. شملت التحسينات تطبيق تقنية جلب البيانات المسبق، وسياسة استبدال شبه LRU لذاكرة التخزين المؤقت للبيانات، ومساحة عناوين فيزيائية أكبر تبلغ 44 بت لمعالجة 16  تيرابايت من الذاكرة الفيزيائية. ^{[ 12 ]} كما يتميز المعالج PA-8700 بذاكرة تخزين مؤقت أكبر للتعليمات والبيانات، حيث زادت سعتها بنسبة 50% لتصل إلى 0.75  ميجابايت و1.5  ميجابايت على التوالي. صُنع المعالج PA-8700 بواسطة شركة IBM Microelectronics ^{[ 13 ]} باستخدام تقنية CMOS من السيليكون على العازل (SOI) بدقة 0.18  ميكرومتر ، مع سبعة مستويات من التوصيلات النحاسية وعازل منخفض السماحية .

كان جهاز PA-8700+ تطويراً إضافياً لجهاز PA-8700 الذي تم تقديمه في الأنظمة في منتصف عام 2002. وكان يعمل بتردد 875  ميجاهرتز. ^{[ 13 ]}

يُعدّ المعالج PA-8800، المسمى ماكو ، تطويرًا للمعالج PA-8700. ^{[ 14 ]} طُرح في عام 2004، واستخدمته شركة HP في محطات العمل C8000 وخوادم HP 9000 Superdome . كان متوفرًا بترددات 0.8 و0.9 و1.0  جيجاهرتز. يتميز PA-8800 بتصميم ثنائي النواة، ويتألف من معالجين دقيقين مُعدّلين من طراز PA-8700+ على شريحة واحدة. تحتوي كل نواة على  ذاكرة تخزين مؤقتة للتعليمات بسعة 768 كيلوبايت، وذاكرة  تخزين مؤقتة للبيانات بسعة 768 كيلوبايت أيضًا. ذاكرات التخزين المؤقتة الرئيسية أصغر من تلك الموجودة في PA-8700، وذلك لتمكين وضع النواتين على نفس الشريحة.

تشمل التحسينات مقارنةً بمعالج PA-8700 تحسينًا في توقع التفرعات وإضافة  ذاكرة تخزين مؤقت ثانوية موحدة خارجية بسعة 32 ميجابايت. تتميز هذه الذاكرة بعرض نطاق ترددي يبلغ 10  جيجابايت/ثانية وزمن استجابة 40 دورة. وهي ذاكرة ذات تجميع رباعي الاتجاهات، ومفهرسة ومُوسومة فعليًا، بحجم سطر 128 بايت. تم اختيار التجميع لتقليل عدد منافذ الإدخال/الإخراج. تم تنفيذ ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني (L2) باستخدام أربع رقاقات من ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة المحسّنة (ESRAM) من شركة Enhanced Memory Systems بسعة 72  ميجابت (9  ميجابايت)، وهي، على الرغم من اسمها، عبارة عن تطبيق لذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ( DRAM) من نوع 1T-SRAM بواجهة مشابهة لذاكرة SRAM. يتم التحكم في وصول كل نواة إلى هذه الذاكرة بواسطة وحدة تحكم مدمجة، كما أن 1 ميجابايت من علامات ذاكرة التخزين المؤقت الثانوية موجودة أيضًا على نفس الشريحة كذاكرة SRAM ومحمية بتقنية تصحيح الأخطاء (ECC). يستخدم جهاز PA-8800 نفس ناقل الجانب الأمامي مثل المعالج الدقيق McKinley Itanium ، مما ينتج عنه عرض نطاق ترددي يبلغ 6.4 جيجابايت/ثانية، وهو متوافق مع شرائح Itanium من HP مثل zx1.  

تألفت من 300 مليون ترانزستور، منها 25 مليونًا للدوائر المنطقية، على شريحة أبعادها 23.6  مم × 15.5  مم (365.8  مم² ⁾ . ^{[ 14 ]} صُنعت بواسطة شركة IBM بتقنية  SOI بدقة 0.13 ميكرومتر، باستخدام وصلات نحاسية وعازل منخفض السماحية . يُغلف معالج PA-8800 في مصفوفة شبكية كروية خزفية مثبتة على لوحة دوائر مطبوعة (PCB) مع وحدات ESRAM الأربع، مُشكلاً وحدة نمطية مشابهة لتلك المستخدمة في معالجات Itanium الدقيقة الأولى.

كان المعالج PA-8900، المسمى رمزياً "شورتفين "، مشتقاً من المعالج PA-8800. وكان آخر معالج دقيق من نوع PA-RISC يتم تطويره، وقد طُرح في 31 مايو 2005 عندما أصبحت الأنظمة التي تستخدمه متاحة. استُخدم في خوادم HP 9000 ومحطة العمل C8000. وكان يعمل بترددات 0.8 و0.9 و1.0 و1.1  جيجاهرتز. وهو ليس نسخة مصغرة من PA-8800، كما أشيع سابقاً. فقد تضاعفت سعة ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني (L2) لتصل إلى 64  ميجابايت، ويتميز بزمن استجابة أقل، وقدرة أفضل على اكتشاف الأخطاء وتصحيحها في ذاكرة التخزين المؤقت. ويستخدم ناقل نظام ماكينلي، وكان متوافقاً مع شرائح إيتانيوم 2 مثل شريحة HP zx1. لم تكن هناك تغييرات في البنية الدقيقة، ولكن تم إعادة تصميم وحدة الفاصلة العائمة ودوائر ذاكرة التخزين المؤقت الموجودة على الشريحة لتقليل استهلاك الطاقة، وقامت كل نواة لاحقًا بتبديد ما يقرب من 35 واط عند 1.0  جيجاهرتز.

• بارنز، فيليب (26 فبراير 1999). "معالج RISC بتردد 500 ميجاهرتز و64 بت مع ذاكرة تخزين مؤقتة مدمجة بسعة 1.5 ميجابايت". وقائع المؤتمر الدولي للدوائر المتكاملة الصلبة .
• ComputerWire (28 يونيو 2002). "HP تُجهّز معالج PA-8800 ثنائي النواة" . The Register .
• جاديس، ن.؛ لوتز، ج. (نوفمبر 1996). "معالج دقيق CMOS RISC رباعي الإصدار 64 بت". مجلة IEEE للدوائر المتكاملة 31 (11): ص 1697 – 1702.
• غويناب، لينلي (14 نوفمبر 1994). "PA-8000 يجمع بين التعقيد والسرعة". تقرير المعالج الدقيق ، المجلد 8، العدد 15.
• غويناب، لينلي (28 أكتوبر 1996). "شركة إتش بي تُعزز عائلة معالجات PA-8x00". تقرير المعالجات الدقيقة ، المجلد 10، العدد 14.
• غويناب، لينلي (17 نوفمبر 1997). "ذاكرة التخزين المؤقت 1.5 ميجابايت في معالج PA-8500 تُحسّن الأداء". تقرير المعالجات الدقيقة .
• شركة هيوليت-باكارد (2 نوفمبر 1995). أعلنت شركة HP عن إطلاق جهاز PA-8000 لشركائها المحترفين . ( بيان صحفي )
• هيل، ج. مايكل ولاكمان، جوناثان (2000). "ذاكرة تخزين مؤقتة بسعة 2.25 ميجابايت بتردد 900 ميجاهرتز مع وحدة معالجة مركزية مدمجة - متوفرة الآن بتقنية SOI/Cu" . المؤتمر الدولي لدوائر الحالة الصلبة لعام 2000 .
• هانت، د. (1995). "ميزات الأداء المتقدمة لجهاز PA-8000 ذي 64 بت". وقائع مؤتمر CompCon . الصفحات 123-128 .
• جونسون، ديفيد جيه سي (16 أكتوبر 2001). "معالج ماكو من إتش بي". منتدى المعالجات الدقيقة 2001 .
• كريويل، كيفن (22 مايو 2000). "شركة إتش بي توسع نطاق معالج PA-RISC بإضافة معالج 8700". تقرير المعالجات الدقيقة .
• كومار، أشوك (19 أغسطس 1996). "معالج HP PA-8000 RISC" . وقائع مؤتمر Hot Chips VIII .
• ليسارتر، جريج؛ هانت، دوج (1997). "PA-8500: التطور المستمر لعائلة PA-8000". وقائع مؤتمر CompCon .
• باونتين، ديك (يوليو 1995). "معالج RISC السريع من HP". بايت .
• سكوت، آن ب. وآخرون (أغسطس 1997). "معالجات PA-RISC فائقة القياس رباعية الاتجاهات". مجلة هيوليت-باكارد .
• تساي، لي سي. (16 فبراير 2001). "معالج PA-RISC بسرعة 1 جيجاهرتز". المؤتمر الدولي لدوائر الحالة الصلبة .
• ويرمر، ساندرا (8 مارس 1999). "معالج HP PA-8600 سيتم شحنه قبل الموعد المتوقع". HOISe .

• بورش، سي. (1997). " PA-8000: دراسة حالة في التنبؤ الثابت والديناميكي للفروع". وقائع المؤتمر الدولي لتصميم الحاسوب . ص  97-105 .
• جاديس، إن بي وآخرون (1996). "مخزن مؤقت لإعادة ترتيب التعليمات مكون من 56 مدخلاً". ملخص الأوراق التقنية لمؤتمر ISSCC . الصفحات  212-213 ، 447.
• هايكس، سي.؛ كولون-بونيت، جي. (1996). "معالج مساعد مزدوج للفاصلة العائمة ذو بنية FMAC". ملخص الأوراق التقنية لمؤتمر ISSCC . الصفحات  354-355 ، 472.
• كومار، أ. (مارس 1997). "معالج HP PA-8000 RISC". مجلة IEEE Micro . الصفحات  27-32 .
• لوتز، ج . وآخرون (1996). "وحدة معالجة مركزية RISC رباعية الإصدارات خارج الترتيب". ملخص الأوراق التقنية لمؤتمر ISSCC . الصفحات  210-211 ، 446.
• نافزينجر، س. (1996). "تصميم جامع 64 بت يعمل في نطاق زمني أقل من نانوثانية وبدقة 0.5 ميكرومتر". ملخص الأوراق التقنية للمؤتمر الدولي لعلوم وهندسة الحاسوب . الصفحات  362-363 .
• معالج PA-8000 PA-RISC OpenPA.net
• معالج PA-8200 PA-RISC OpenPA.net
• معالج PA-8500 PA-RISC OpenPA.net
• معالج PA-8600 PA-RISC OpenPA.net
• معالج PA-8700 PA-RISC OpenPA.net
• معالج PA-8800 PA-RISC OpenPA.net
• معالج PA-8900 PA-RISC OpenPA.net