ألتراسبارك 3

يُعدّ UltraSPARC III ، الملقب بـ"Cheetah"، معالجًا دقيقًا يُطبّق بنية مجموعة تعليمات SPARC V9 (ISA) التي طورتها شركة Sun Microsystems وصنعتها شركة Texas Instruments . طُرح في عام 2001 ويعمل بتردد يتراوح بين 600 و900 ميجاهرتز. وخلفه UltraSPARC IV في عام 2004. وكان غاري لاوترباخ كبير مهندسي هذا المعالج. 

عند عرضه في منتدى المعالجات الدقيقة عام 1997، كان من المتوقع إطلاق معالج UltraSPARC III في عام 1999، وكان من المفترض أن ينافس معالج Alpha 21264 من شركة Digital Equipment Corporation ومعالج Itanium (Merced) من شركة Intel . إلا أن هذا لم يحدث، إذ تأجل إطلاقه إلى عام 2001. ورغم هذا التأخير، فقد حاز على جائزة اختيار المحللين لأفضل معالج للخوادم/محطات العمل لعام 2001 من مجلة Microprocessor Report، وذلك بفضل ميزاته في المعالجة المتعددة .

يُعدّ UltraSPARC III معالجًا دقيقًا فائق القياس يعمل بنظام الترتيب . صُمّم UltraSPARC III لأداء معالجة متعددة باستخدام ذاكرة مشتركة ، ويحتوي على العديد من الميزات التي تُساعد في تحقيق هذا الهدف: وحدة تحكم ذاكرة مُدمجة وناقل مخصص للمعالجة المتعددة.

يسترجع المعالج ما يصل إلى أربع تعليمات في كل دورة من ذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات. تُرسل التعليمات المُفكَّكة إلى وحدة التوزيع، بحد أقصى ست تعليمات في المرة الواحدة. تُصدر وحدة التوزيع التعليمات إلى وحدات التنفيذ المناسبة بناءً على توافر المعاملات والموارد. تتكون موارد التنفيذ من وحدتي حساب ومنطق (ALU)، ووحدة تحميل وتخزين، ووحدتي حساب وقسمة. إحدى وحدتي الحساب والمنطق لا تستطيع تنفيذ سوى تعليمات الأعداد الصحيحة البسيطة وعمليات التحميل. كما أن وحدتي الحساب والقسمة غير متساويتين؛ إذ تستطيع إحداهما تنفيذ تعليمات بسيطة مثل الجمع، بينما تستطيع الأخرى تنفيذ عمليات الضرب والقسمة والجذر التربيعي.

يحتوي معالج UltraSPARC III على ذاكرتي تخزين مؤقت منفصلتين، إحداهما للتعليمات والأخرى للبيانات. تبلغ سعة ذاكرة التعليمات 32 كيلوبايت، بينما تبلغ سعة ذاكرة البيانات 64 كيلوبايت، وهي ذاكرة تجميعية رباعية الاتجاهات ذات خط تخزين مؤقت بطول 32 بايت. أما ذاكرة التخزين المؤقت الخارجية من المستوى الثاني (L2)، فتبلغ سعتها القصوى 8 ميجابايت، ويتم الوصول إليها عبر ناقل مخصص 256 بت يعمل بتردد يصل إلى 200  ميجاهرتز، مما يوفر عرض نطاق ترددي أقصى يبلغ 6.4 جيجابايت/ثانية. تعتمد ذاكرة التخزين المؤقت على تقنية الوصول العشوائي الثابت المتزامن، وتعمل بترددات تصل إلى 200  ميجاهرتز. تقع علامات ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني (L2) على شريحة المعالج لتمكينها من العمل بتردد ساعة المعالج الدقيق، مما يزيد من عرض النطاق الترددي للوصول إلى علامات ذاكرة التخزين المؤقت، وبالتالي يُمكّن UltraSPARC من التوسع بسهولة إلى ترددات ساعة أعلى. يُستخدم جزء من عرض النطاق الترددي المتزايد لعلامات ذاكرة التخزين المؤقت بواسطة حركة مرور تماسك ذاكرة التخزين المؤقت، وهو أمر مطلوب في أنظمة المعالجات المتعددة التي صُمم UltraSPARC III للاستخدام فيها. وبما أن السعة القصوى لذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني هي 8 ميجابايت، فإن حجم علامات ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني هو 90 كيلوبايت.

تتكون الواجهة الخارجية من ناقل بيانات 128 بت وناقل عناوين 43 بت يعملان بتردد 150  ميجاهرتز. لا يُستخدم ناقل البيانات للوصول إلى الذاكرة، بل إلى ذاكرة المعالجات الدقيقة الأخرى وأجهزة الإدخال/الإخراج المشتركة.

يحتوي معالج UltraSPARC على وحدة تحكم مدمجة بالذاكرة ، ويستخدم ناقل بيانات مخصصًا بسعة 128 بت يعمل بتردد 150  ميجاهرتز للوصول إلى ذاكرة محلية تصل سعتها إلى 4 جيجابايت. تُستخدم وحدة التحكم المدمجة بالذاكرة لتقليل زمن الاستجابة، وبالتالي تحسين الأداء، على عكس بعض معالجات UltraSPARC الأخرى التي تستخدم هذه الميزة لخفض التكلفة.

يتألف معالج UltraSPARC III من 16 مليون ترانزستور، 75% منها موجودة في الذاكرة المؤقتة والوسوم. صُنع في البداية بواسطة شركة Texas Instruments باستخدام تقنية C07a، وهي تقنية أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة التكميلية (CMOS) بحجم 0.18  ميكرومتر وستة مستويات من التوصيلات البينية المصنوعة من الألومنيوم . في عام 2001، صُنع بتقنية 0.13  ميكرومتر مع توصيلات بينية من الألومنيوم ، مما مكّنه من العمل بتردد يتراوح بين 750 و900  ميجاهرتز. تُغلّف الشريحة باستخدام طريقة توصيل الرقاقة بالانهيار المُتحكم به، وهو أول معالج دقيق من شركة Sun يستخدم هذه الطريقة. على عكس معظم المعالجات الدقيقة الأخرى المُلصقة بهذه الطريقة، وُضعت غالبية نتوءات اللحام في حلقة محيطية بدلاً من توزيعها على كامل الشريحة. تم تغليفه في حزمة مصفوفة شبكية أرضية (LGA) ذات 1368 وسادة.

يُعدّ معالج UltraSPARC III Cu ، المسمى "Cheetah+"، تطويرًا لمعالج UltraSPARC III الأصلي الذي كان يعمل بترددات ساعة أعلى تتراوح بين 1002 و1200  ميجاهرتز. تبلغ مساحة رقاقته 232  مم² ^، وقد صُنع بتقنية CMOS  ذات 7 طبقات من النحاس بتقنية 0.13 ميكرومتر بواسطة شركة Texas Instruments. وتم تغليفه في غلاف LGA خزفي ذي 1368 طرف توصيل.

يُعدّ معالج UltraSPARC IIIi، المسمى "Jalapeño"، نسخةً مُطوّرة من معالج UltraSPARC III المُخصّص لمحطات العمل والخوادم منخفضة الأداء (من معالج واحد إلى أربعة معالجات) والذي طُرح في عام 2003. يعمل هذا المعالج بتردد يتراوح بين 1064 و1593 ميجاهرتز، ^{[ 1 ]} ويحتوي على ذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الثاني (L2) مدمجة ووحدة تحكم مدمجة بالذاكرة، كما أنه قادر على المعالجة المتعددة رباعية الاتجاهات باستخدام ناقل نظام مُحسّن لهذه الوظيفة. يحتوي على 87.5 مليون ترانزستور، وتبلغ مساحة رقاقته 178.5 ^مم² . وقد صُنع بواسطة شركة Texas Instruments بتقنية CMOS المعدنية (النحاسية) ذات سبع طبقات بدقة 0.13 ميكرومتر، مع عازل منخفض الثابت العازل.   

يحتوي معالج UltraSPARC IIIi على  ذاكرة تخزين مؤقتة موحدة من المستوى الثاني (L2) بسعة 1 ميجابايت، تعمل بنصف تردد ساعة المعالج. ونتيجة لذلك، يبلغ زمن الوصول إليها ست دورات، ومعدل نقل البيانات دورتين. أما زمن الوصول من الحمل إلى الاستخدام فهو 15 دورة. تتم حماية مخزن العلامات بواسطة التكافؤ، بينما تتم حماية البيانات بواسطة تصحيح الأخطاء (ECC). لكل سطر ذاكرة تخزين مؤقتة بحجم 64 بايت، يوجد 36 بتًا لتصحيح الأخطاء، مما يُمكّن من تصحيح أخطاء البت الواحد واكتشاف أي خطأ ضمن نطاق أربعة بتات. ذاكرة التخزين المؤقتة رباعية التجميع، بحجم سطر 64 بايت، ومفهرسة ومُوسومة فعليًا. تستخدم خلية SRAM بمساحة 2.76  ميكرومتر ^مربع، وتتكون من 63 مليون ترانزستور.

يدعم متحكم الذاكرة المدمج في الشريحة ذاكرة DDR-I SDRAM بسعة تتراوح من 256 ميجابايت إلى 16  جيجابايت بتردد 133  ميجاهرتز. يتم الوصول إلى الذاكرة عبر ناقل ذاكرة بعرض 137 بت، منها 128 بت للبيانات و9 بتات لتصحيح الأخطاء (ECC). يبلغ عرض النطاق الترددي الأقصى لناقل الذاكرة 4.2  جيجابايت/ثانية. صُمم المعالج الدقيق لدعم المعالجة المتعددة رباعية الاتجاهات. يُستخدم ناقل Jbus لتوصيل ما يصل إلى أربعة معالجات دقيقة. وهو ناقل بيانات وعناوين بعرض 128 بت يعمل بنصف أو ثلث تردد ساعة المعالج الدقيق.

كان معالج UltraSPARC IIIi+، المسمى "سيرانو"، تطويرًا لمعالج UltraSPARC IIIi. كان من المقرر طرحه في النصف الثاني من عام 2005، ولكن تم إلغاؤه في العام نفسه لصالح معالجات UltraSPARC IV+ و UltraSPARC T1 و UltraSPARC T2 . ولم يُعرف خبر إلغائه إلا في 31 أغسطس 2006. وشملت التحسينات ترددات ساعة أعلى في حدود 2  جيجاهرتز، وذاكرة تخزين مؤقتة L2 مدمجة أكبر (4  ميجابايت)، ودعم ذاكرة DDR-333 SDRAM،  وعملية تصنيع جديدة بتقنية 90 نانومتر.

حلت سلسلة UltraSPARC IV محل عائلة معالجات UltraSPARC III .

جمعت وحدة المعالجة المركزية UltraSPARC IV نواتين من UltraSPARC III على شريحة سيليكون واحدة، مما وفر سرعات تردد أعلى. كان تصميم غلاف وحدة المعالجة المركزية مطابقًا تقريبًا لتصميم UltraSPARC III، مع اختلاف دبوس واحد فقط، مما سهّل تصنيع اللوحات وتصميم النظام. بعض الأنظمة التي استخدمت معالجات UltraSPARC III كانت تقبل ترقيات لوحة المعالجة المركزية إلى UltraSPARC IV.

• كونستاندينيديس، جورجيوس ك. وآخرون (2002). "تنفيذ معالج دقيق من الجيل الثالث بتردد 1.1 جيجاهرتز و64 بت". مجلة IEEE للدوائر المتكاملة ، المجلد 37، العدد 11.
• سونغ، بيتر (27 أكتوبر 1997). "معالج UltraSparc-3 يستهدف خوادم المعالجات المتعددة". تقرير المعالجات الدقيقة .
• فانس، آشلي (31 أغسطس 2006). "شركة صن تقضي على شريحة UltraSPARC IIIi+ التي طال انتظارها" . ذا ريجستر .
• "معالج UltraSPARC III Cu"

• طائرة نارية