R5000 - R5000

NEC VR5000.

В R5000 это микропроцессор который реализует MIPS IV архитектура набора команд (ISA) разработано Квантовый эффект (QED). Проект финансировался MIPS Technologies, Inc (MTI), также лицензиар. Затем MTI передала лицензию на разработку Интегрированная технология устройств (IDT), NEC, NKK, и Toshiba. R5000 пришел на смену QED R4600 и R4700 как их флагманский встроенный микропроцессор высокого класса. IDT продавала свою версию R5000 как 79RV5000, NEC как VR5000, NKK как NR5000 и Toshiba как TX5000. R5000 был продан ЧВК-Сьерра когда компания приобрела QED. Производные R5000 все еще производятся.[когда? ] для встраиваемых систем.

Пользователи

Пользователи R5000 на рабочих станциях и серверах были Silicon Graphics, Inc. (SGI) и Сименс-Никсдорф. SGI использовала R5000 в своих O2 и Инди недорогие рабочие станции. R5000 также использовался в встроенные системы например, сетевые маршрутизаторы и принтеры высокого класса. R5000 нашел свое место в индустрии аркадных игр, материнские платы с питанием от R5000 использовались Atari.[1] и Мидуэй.[2] Первоначально Кобальтовый куб и Cobalt RaQ использовали производную модель RM5230 и RM5231. Qube 2700 использовал микропроцессор RM5230, тогда как Qube 2 использовал 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 действий предусматривал использование 200 МГц в начале 1996 года, 250 МГц в конце 1996 года, а в 1997 году его сменил R5000A. R5000 был представлен в январе 1996 года и не смог достичь 200 МГц, превысив 180 МГц. Когда он позиционировался как микропроцессор для рабочих станций низкого уровня, в конкурсе участвовали IBM и Motorola. PowerPC 604, HP PA-7300LC и Intel Pentium Pro.

Описание

Штамп NEC VR5000.

R5000 - двусторонний суперскалярный дизайн, который выполняет инструкции чтобы. R5000 может одновременно выдавать целые числа и инструкции с плавающей запятой. Было одно простое трубопровод для целочисленных инструкций, а другой - для операций с плавающей запятой, чтобы сэкономить транзисторы и площадь кристалла для снижения затрат. R5000 не работал динамическое предсказание ветвления по соображениям стоимости. Вместо этого он использует статический подход, используя подсказки, закодированные компилятор в инструкциях по вероятности ветвления, впервые представленных в архитектуре MIPS II, чтобы определить, насколько вероятно ветвление.

У R5000 был большой L1 тайники, отличительная черта QED, дизайнеры которого предпочитали простые конструкции с большими кэшами. R5000 имеет два кэша L1, один для инструкций, а другой для данных. Оба имеют емкость 32 КБ. Тайники двусторонние набор-ассоциативный, имеют размер строки 32 байта и являются виртуально индексированный, физически помеченный. Инструкции были предварительно закодированы, когда они поступают в кэш инструкций, путем добавления четырех битов к каждой инструкции. Эти четыре бита определяют, могут ли быть выданы вместе и каким исполнительным блоком они выполняются. Это помогло решить проблему с суперскалярными инструкциями, убрав часть проверки зависимостей и конфликтов с критического пути.

Целочисленный блок выполняет большинство инструкций с задержкой в ​​один цикл и пропускной способностью, за исключением умножения и деления. 32-битные умножения имеют задержку в пять циклов и пропускную способность в четыре цикла. 64-битные умножения имеют четыре дополнительных цикла задержки и половину пропускной способности. У делений есть задержка в 36 циклов и пропускная способность для 32-битных целых чисел, а для 64-битных целых чисел они увеличены до 68 циклов.

В блок с плавающей запятой (FPU) представлял собой быструю конструкцию с одинарной точностью (32 бита) для снижения затрат и в интересах SGI, чьи рабочие станции с трехмерной графикой среднего уровня в основном полагались на математику с одинарной точностью для приложений трехмерной графики. Он был полностью конвейерным, что делало его значительно лучше, чем у R4700. R5000 реализует команду умножения-сложения MIPS IV ISA. Сложение с одинарной точностью, умножение и умножение-сложение имеют задержку в четыре цикла и пропускную способность в один цикл. Деления с одинарной точностью имеют задержку 21 цикл и пропускную способность 19 циклов, в то время как квадратные корни имеют задержку 26 циклов и пропускную способность 38 циклов. Деление и извлечение квадратного корня не было конвейерным. Команды, которые работают с числами двойной точности, имеют значительно большую задержку и меньшую пропускную способность, за исключением добавления, которое имеет идентичную задержку и пропускную способность с добавлением одинарной точности. Умножение и умножение-сложение имеют задержку в пять циклов и пропускную способность в два цикла. Divide имеет задержку в 36 циклов и пропускную способность в 34 цикла. Квадратный корень имеет задержку 68 циклов и пропускную способность 66 циклов.

R5000 имеет встроенный контроллер кэш-памяти L2, поддерживающий емкость 512 КБ, 1 МБ и 2 МБ. Кэш L2 использует шину SysAD совместно с внешним интерфейсом. Кэш был построен с использованием настраиваемых синхронных SRAM (SSRAM). Микропроцессор использует SysAD автобус это также используется некоторыми другими микропроцессорами MIPS. Автобус мультиплексированный (адрес и данные используют один и тот же набор проводов) и могут работать на тактовых частотах до 100 МГц. Первоначальный R5000 не поддерживал многопроцессорность, но в упаковке зарезервировано восемь контактов для будущего добавления этой функции.

QED была компанией без фабрики и не создавала собственных разработок. R5000 был изготовлен IDT, NEC и NKK. Все три компании изготовили R5000 с толщиной 0,35 мкм. комплементарный металл – оксид – полупроводник (CMOS), но с другими особенностями процесса. IDT изготовила R5000 в процессе с двумя уровнями поликремния и тремя уровнями кремния. алюминиевый соединитель. Два уровня поликремния позволили IDT использовать четырехтранзисторную ячейку SRAM, что привело к количеству транзисторов 3,6 миллиона и кристаллу размером 8,7 мм на 9,7 мм (84,39 мм).2). NEC и NKK изготовили R5000 с использованием одного уровня поликремния и трех уровней соединения алюминия. Без дополнительного уровня поликремния обеим компаниям пришлось использовать шеститранзисторную ячейку SRAM, что привело к количеству транзисторов 5,0 миллионов и большему кристаллу с площадью около 87 мм.2. Размеры матрицы от 80 до 90 мм.2 были заявлены МТИ. 0,8 миллиона транзисторов в обеих версиях предназначались для логики, а остальные содержались в кэшах. Он был упакован в пластик с 272 шарами. массив сетки мячей (BGA) или 272-контактный пластиковый матрица сетки выводов (PGA). Он не был совместим по выводам ни с одним предыдущим микропроцессором MIPS.

Производные

В конце 1990-х Quantum Effect Design приобрела лицензию на производство и продажу микропроцессоров MIPS у MTI и стала поставщиком микропроцессоров, изменив свое название на Quantum Effect Devices, чтобы отразить свою новую бизнес-модель. Первыми продуктами компании были члены семейства RM52xx, которое изначально состояло из двух моделей: RM5230 и RM5260. Об этом было объявлено 24 марта 1997 года. RM5230 изначально был доступен на частотах 100 и 133 МГц, а RM5260 - на 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 своих первичных кэшей (16 КБ каждый вместо 32 КБ), шириной своих системных интерфейсов (RM5230 имеет 32-разрядную шину SysAD 67 МГц и RM5260 64-битная шина SysAD 75 МГц), а также добавление инструкций умножения-сложения и умножения с тремя операндами для цифровая обработка сигналов Приложения. Эти микропроцессоры были изготовлены Тайваньская компания по производству полупроводников (TSMC) в технологическом процессе 0,35 мкм с тремя уровнями межсоединения. Они были упакованы Амкор Технологии 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 Embedded Systems Conference 29 сентября 1997 года. RM5270, предназначенный для высокопроизводительных встраиваемых приложений, был доступен на частотах 150 и 200 МГц. Улучшения заключались в добавлении встроенного контроллера вторичного кэша, поддерживающего до 2 МБ кэш-памяти. 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 контактам с RM7000 и был предложен в качестве пути перехода на RM7000.

QED RM52x1 штамп.

20 июля 1998 года было объявлено о семействе 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 слоями металла. RM5231 изначально 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 г. был выпущен 300 МГц RM5271 по цене 140 долларов США в количестве 10 000 штук. RM52x1 был улучшен по сравнению с предыдущим семейством с более крупными первичными кэшами 32 КБ и более быстрой шиной SysAD, которая поддерживала тактовые частоты до 125 МГц.

После того, как QED была приобретена ЧВК-Сьерра, семейства RM52xx и RM52x1 были продолжены как продукты PMC-Sierra. 4 апреля 2001 года компания PMC-Sierra представила две производные модели RM52x1, RM5231A и RM5261A. Эти микропроцессоры были изготовлены TSMC по технологии 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 используется в Sony PlayStation 2 это модифицированная версия процессора R5000, получившая название Двигатель эмоций с настраиваемым расположением кэша инструкций / данных и собственными векторными расширениями SIMD Multimedia Extensions (MMI) Sony 107. Его собственный FPU не IEEE 754 совместимы в отличие от FPU, используемых R5000. Он также имеет второе ядро ​​MIPS, которое действует как контроллер синхронизации для специализированных векторных сопроцессоров, важных для трехмерной математики, которая в то время в основном вычислялась на ЦП.

Рекомендации

  1. ^ «Система 16 - оборудование Atari Seattle (Atari)». www.system16.com. Получено 30 ноября 2015.
  2. ^ «Система 16 - оборудование Midway Seattle (Midway)». www.system16.com. Получено 30 ноября 2015.
  • Computergram (8 января 1996 г.). «Совместимость с MIPS с R5000, преемником 4600/4700». Обзор компьютерного бизнеса.
  • Гвеннап, Линли (22 января 1996 г.). «R5000 улучшает FP для среднего уровня MIPS». Отчет микропроцессора, 10 (1).
  • Халфхилл, Том Р. (апрель 1996 г.). «R5000 снижает 3-D стоимость». Байт.
  • Халфхилл, Том Р. (май 1996 г.). «Mips R5000: быстрое и доступное трехмерное изображение». Байт, 161–162.
  • MIPS Technologies, Inc. Техническая справка по микропроцессору MIPS R5000.
  • PMC-Sierra, Inc. (4 апреля 2001 г.). «PMC-Sierra поставляет микропроцессоры третьего поколения R5200A MIPS». Пресс-релиз.
  • Устройства на квантовых эффектах (24 марта 1997 г.). «QED представляет семейство микропроцессоров RM52xx». Пресс-релиз.
  • Устройства на квантовых эффектах (29 сентября 1997 г.). «QED представляет суперскалярный 64-разрядный микропроцессор RM5270». Пресс-релиз.
  • Приборы на квантовых эффектах (20 июля 1998 г.). «QED представляет семейство микропроцессоров RM52x1». Пресс-релиз.
  • Устройства на квантовых эффектах (6 июля 1999 г.). «QED RM5271 доступен сразу на частоте 300 МГц». Пресс-релиз.