ウルトラSPARC T1

ウルトラSPARC T1

2006年に導入されたロゴ
一般情報
発売	2005年11月14日; 19年前 ( 2005-11-14 )
デザイン：	サン・マイクロシステムズ
共通メーカー	テキサス・インスツルメンツ
パフォーマンス
最大CPU クロックレート	1.0GHz～1.4GHz
アーキテクチャと分類
命令セット	SPARC V9
物理的仕様
コア	4、6、8
製品、モデル、バリエーション
コア名	S1
歴史
後継	ウルトラSPARC T2

UltraSPARC T1 (コードネーム「Niagara」) は、 2005 年にSun Microsystemsがリリースしたマルチスレッド、マルチコア CPUです。サーバー コンピューターのエネルギー消費を抑えるように設計されたこの CPU は、通常 1.4 GHz で 72 Wの電力を消費します。

T1 は、UltraSPARC Architecture 2005 仕様^[1]に準拠し、完全な SPARC V9命令セットを実行する、まったく新しいSPARCマイクロプロセッサ実装です。Sun はこれまでに 2 つのマルチコア プロセッサ ( UltraSPARC IVおよび IV+) を製造してきましたが、UltraSPARC T1 はマルチコアとマルチスレッドの両方を備えた最初のマイクロプロセッサでした。当時の競合ベンダーの汎用プロセッサとは異なり、T1 にはハードウェア暗号化ユニットが搭載されており、最初のリリースからシリコン上にセキュリティが組み込まれていました。このプロセッサは 4、6、または 8 個の CPU コアで提供され、各コアは 4 つのスレッドを同時に処理できます。したがって、このプロセッサは最大 32 個のスレッドを同時に処理できます。

UltraSPARC T1 は、ハイエンドの Sun SMPシステムと同様の方法でパーティション分割できます。つまり、複数のコアをパーティション分割して、単一または一連のプロセスやスレッドを実行し、他のコアでシステム上の残りのプロセスを処理できます。

Afara Websystems は、スレッドを多用した革新的な SPARC 設計の先駆者です。同社は Sun に買収され、その知的財産は T1 から始まる CoolThreads プロセッサ ラインの基礎となりました。

UltraSPARC T1 は、マルチスレッドの特殊用途プロセッサとしてゼロから設計され、パフォーマンスを得るためのまったく新しいアーキテクチャを導入しました。各コアをできるだけインテリジェントに最適化するのではなく、Sun の目標は、できるだけ多くの同時スレッドを実行し、各コアのパイプラインを最大限に活用することでした。T1 のコアは、8 つのコアを同じダイに収めることができるように、競合プロセッサのコアよりも複雑ではありません。コアには、アウトオブオーダー実行や大量のキャッシュは搭載されていません。

シングルスレッド プロセッサのパフォーマンスは、キャッシュ ミスによってメイン メモリからデータがフェッチされるまで待機状態になるため、大容量のキャッシュに大きく依存します。キャッシュを大きくすると、キャッシュ ミスの可能性は減りますが、ミスの影響は同じままです。

T1 コアは、マルチスレッド化によってキャッシュ ミスの問題をほぼ回避します。各コアはバレル プロセッサであり、サイクルごとに利用可能なスレッドを切り替えます。キャッシュ ミスなどの長いレイテンシのイベントが発生すると、データがバックグラウンドでキャッシュにフェッチされている間、スレッドはローテーションから外されます。長いレイテンシのイベントが完了すると、スレッドは再び実行可能になります。複数のスレッドでパイプラインを共有すると、各スレッドの速度は低下しますが、各コアの全体的なスループット (および使用率) は大幅に向上します。また、キャッシュ ミスの影響が大幅に軽減され、T1 はより少ないキャッシュ量で高いスループットを維持できます。キャッシュは、各スレッドの最近のキャッシュ ミスのみを保持できるほどの大きさである必要はなく、すべての「ワーキング セット」またはほとんどの「ワーキング セット」を保持できるほどの大きさである必要はありません。

ベンチマークでは、このアプローチが、 Javaアプリケーション サーバー、エンタープライズ リソース プランニング(ERP) アプリケーション サーバー、電子メール サーバー ( Lotus Dominoなど)、Web サーバーなどの商用 (整数) マルチスレッド ワークロードで非常にうまく機能していることが実証されています。これらのベンチマークでは、UltraSPARC T1 の各コアが、2001 年頃のシングル コア、シングル スレッドの UltraSPARC III よりも強力であり、チップ間の比較では、マルチスレッド整数ワークロードで他のプロセッサを大幅に上回っていることが示されています。^{[引用が必要]}

UltraSPARC T1には2億7900万個のトランジスタが含まれており、面積は378 mm ^2です。テキサスインスツルメンツ（TI）が90 nm相補型金属酸化膜半導体（CMOS）プロセスで9層の銅配線を使用して製造しました。^[2]各コアにはL1 16 KB命令キャッシュと8 KBデータキャッシュがあります。L2キャッシュは3 MBで、L3キャッシュはありません。

T1 プロセッサは、Sun およびFujitsu Computer Systemsの次の製品に搭載されています。

• Sun/Fujitsu/ Fujitsu Siemens SPARC Enterprise T1000 および T2000 サーバー
• Sun Fire T1000 および T2000 サーバー
• Sun Netra T2000 サーバー
• サンネトラ CP3060 ブレード
• Sun Blade T6300 サーバーモジュール

UltraSPARC T1 マイクロプロセッサは、長所と短所がそれぞれに異なり、特定の市場をターゲットにしています。このチップは、ハイエンドの数値演算や超高性能アプリケーションではなく、ネットワーク対応の高需要サーバー (高トラフィックのWeb サーバーなど) や、多数の個別のスレッドを使用することが多いミッドティアの Java、ERP、CRM アプリケーション サーバーを対象としています。T1 設計の制限の 1 つは、1 つの浮動小数点ユニット(FPU) が 8 つのコアすべてで共有されるため、T1 は浮動小数点演算を大量に実行するアプリケーションには適していないことです。ただし、プロセッサの対象市場では通常、浮動小数点演算はあまり使用されないため、Sun はこれが問題になるとは考えませんでした。Sun は、アプリケーションの並列処理レベルと浮動小数点命令の使用を分析して、T1 プラットフォームまたは T2 プラットフォームでの使用に適しているかどうかを判断するツールを提供しています。 [ ^3]

UltraSPARC T1 は、Web およびアプリケーション層の処理に加えて、ユーザー数の多い小規模データベース アプリケーションにも適しています。ある顧客は、 UltraSPARC T1 サーバーで実行されているMySQLアプリケーションが AMD Opteron サーバーよりも 13.5 倍高速に実行されたという結果を発表しました。^[4]

T1 は、Hyper-Privileged 実行モードをサポートする最初の SPARC プロセッサです。SPARC ハイパーバイザはこのモードで実行され、T1 システムを 32 の論理ドメインに分割して、各論理ドメインでオペレーティング システム インスタンスを実行できます。

現在^{[いつ? ]}、Solaris、Linux、NetBSD、OpenBSDがサポートされています。

従来、 Oracle Databaseなどの商用ソフトウェア スイートは、ソフトウェアが実行されるプロセッサの数に基づいて顧客に課金していました。2006 年初頭、Oracle はプロセッサ係数を導入してライセンス モデルを変更しました。T1 のプロセッサ係数は 0.25 であるため、8 コアの T2000 には 2 CPU ライセンスのみが必要です。^[5]

「Oracleプロセッサコア係数表」^[6]は、新しいCPUが市場に投入されるたびに定期的に更新されてきました。

2006年第3四半期に、IBMはバリューユニット（VU）価格設定の概念を導入しました。T1の各コアは、コアあたり100PVUのデフォルト値ではなく、30PVU（T2の各コアは50PVU、T3は70PVU）です。^[7]

T1 では、8 つのコアで共有できる浮動小数点ユニットが 1 つしか提供されていなかったため、HPC 環境での使用が制限されていました。この弱点は、8 つの浮動小数点ユニットとその他の追加機能を備えた 後継のUltraSPARC T2プロセッサによって緩和されました。

さらに、T1はユニプロセッサシステムでしか利用できなかったため、大規模なエンタープライズ環境では垂直スケーラビリティが制限されていました。この弱点は、後継のUltraSPARC T2 Plus、^[8]や次世代のSPARC T3、SPARC T4によって緩和されました。UltraSPARC T2+、SPARC T3、SPARC T4はすべて、シングル、デュアル、クアッドソケット構成を提供しています。

T1 はプロセッサがサポートする膨大な数のスレッドにより優れたスループットを実現していましたが、シングルスレッドのボトルネックを抱える古いアプリケーションでは、全体的なパフォーマンスが低下することがありました。シングルスレッド アプリケーションの弱点は、後継のSPARC T4プロセッサで緩和されました。T4 のコア数は 8 に削減され (T3 では 16 個)、コアはより複雑になり、クロック レートはほぼ 2 倍になりました。これらすべてがシングルスレッド パフォーマンスの高速化に貢献しました (前世代に比べて 300% から 500% 増加)。^[9]さらに、「クリティカル スレッド API」を追加する作業も行われました。この API では、オペレーティング システムがボトルネックを検出し、1 つの (8 つの) スレッドではなく、コア全体のリソースを、シングルスレッドの CPU 依存動作を示す対象のアプリケーション プロセスに一時的に割り当てます。^[10]これにより、T4 は、全体的なアーキテクチャを妥協することなく、シングルスレッドのボトルネックを独自に緩和し、大規模なマルチスレッド スループットを実現できました。

CoolThreads プラットフォームで利用できる大量のスレッド レベルの並列処理(TLP) を活用するには、従来のサーバー プラットフォームとは異なるアプリケーション開発手法が必要になる場合があります。アプリケーションで TLP を使用することが、優れたパフォーマンスを得るための鍵となります。Sun は、アプリケーション プログラマが T1 または T2 ベースの CoolThreads サーバーでソフトウェアを開発および展開するのに役立つSun BluePrints を多数公開しています。メインの記事「UltraSPARC T1 チップ マルチスレッド システムでのアプリケーションのチューニング」^[11]では、一般的なアプリケーション プログラマの問題を取り上げています。T1 および T2 プロセッサでの暗号化アクセラレータ ユニットの使用に関する BluePrints の記事もあります。^[12]

CoolThreadsプラットフォームでは、Symantec Brightmail AntiSpam ^[13]、OracleのSiebelアプリケーション^[14]、Sun Java System Web Proxy Server ^[15]など、幅広いアプリケーションが最適化されています。また、Sunは自社のオンラインストアをT2000サーバークラスタに移行した経験も文書化しており、^[16] Solarisコンテナを使用したCoolThreadsでのWeb統合に関する2つの記事を公開しています。^{[17] [18]}

Sunには、 MySQL、PHP、gzip、ImageMagickなど、さまざまなオープンソースアプリケーション向けのアプリケーションパフォーマンスチューニングページがありました。^[19] CoolThreadsシステムを適切に最適化すると、大きな効果が得られます。Sun Studioコンパイラを推奨される最適化設定で使用すると、 -O3フラグのみを使用した場合と比較して、MySQLのパフォーマンスが268%向上します。

UltraSPARC T1 から始まった「Coolthreads(TM)」アーキテクチャは、その良い面と悪い面の両方を伴い、SPARC プロセッサの並行設計と将来の設計に確実に影響を与えました。

オリジナルの UltraSPARC T1 は、シングル CPU システム専用に設計されており、SMP には対応していません。「Rock」は、データベースなどの従来のデータ対応ワークロードを対象に、マルチチップ サーバー アーキテクチャをサポートすることを目的とした、より野心的なプロジェクトでした。これは、UltraSPARC T1 や T2 の代替品というよりも、Sun のUltraSPARC IVなどの SMP プロセッサの後継機と見なされていましたが、 Oracle による Sun の買収の時期にキャンセルされました。

以前はコード名Niagara 2として知られていたUltraSPARC T1 の後継機である T2 は、8 つのコアを備えています。T1 とは異なり、各コアはコアあたり 8 つのスレッド、コアあたり 1 つの FPU、コアあたり 1 つの拡張暗号化ユニット、および CPU 組み込みの 10 ギガビット イーサネット ネットワーク コントローラーをサポートします。

2007年2月、サンは年次アナリストサミットで、第3世代の同時マルチスレッド設計（コード名：Victoria Falls）が2006年10月にテープアウトされたことを発表しました。2ソケットサーバー（2 RU）は128スレッド、16コアを備え、UltraSPARC IIIに比べて65倍のパフォーマンス向上を実現します。^[8]

Hot Chips 19カンファレンスで、SunはVictoria Fallsが2ウェイおよび4ウェイサーバーで提供されることを発表しました。つまり、1台の4ウェイSMPサーバーは256の同時ハードウェアスレッドをサポートすることになります。^[20]

2008 年 4 月、Sun は 2 ウェイ UltraSPARC T2 Plus サーバー、SPARC Enterprise T5140 および T5240 をリリースしました。

2008年10月、サンは4ウェイUltraSPARC T2 Plus SPARC Enterprise T5440サーバーをリリースしました。^[21]

2006年10月、サンはNiagara 3が45nmプロセスで製造されることを明らかにした。^[要出典] The Registerは2008年6月に、マイクロプロセッサには16個のコアがあり、各コアに16個のスレッドがあると誤って示唆していると報じた。Hot Chips 21カンファレンスで、サンはチップに合計16個のコアと128個のスレッドがあることを明らかにした。^{[22] [23]} ISSCC 2010のプレゼンテーションによると:

「16コアのSPARC SoCプロセッサは、4ウェイグルーレスシステムで最大512スレッドを可能にし、スループットを最大化します。461 GB/秒の6 MB L2キャッシュと2.4 Tb/秒の308ピンSerDes I/Oが必要な帯域幅をサポートします。6つのクロックドメインと4つの電圧ドメイン、および電源管理と回路技術により、377mm ²ダイ全体のパフォーマンス、電力、可変性、および歩留まりのトレードオフが最適化されます。」^[24]

T4 CPUは2011年後半にリリースされました。新しいT4 CPUは、コア数が16個（T3）から8個（T1、T2、T2+で使用）に減少します。新しいT4コア設計（「S3」と呼ばれます）は、アウトオブオーダー実行の導入によりスレッドごとのパフォーマンスが向上し、シングルスレッドプログラムのパフォーマンスもさらに向上しています。^{[25] [26]}

2010年、ラリー・エリソンは、オラクルがUltraSPARCプラットフォーム上でOracle Linuxを提供すると発表し、その移植版はT4とT5のタイムフレームで利用可能になる予定でした。^[27]

オラクルのシステム担当エグゼクティブバイスプレジデントであるジョン・ファウラー氏は、Openworld 2014で、Linuxは将来的にはSparc上で実行できるようになるだろうと語った。 ^{[28] [29] [30] [31]}

新しい T5 CPU は 16 コアに 128 スレッドを搭載し、28 ナノメートル技術で製造されています。

2006年3月21日、SunはOpenSPARCプロジェクトを通じて、UltraSPARC T1プロセッサの設計をGNU General Public Licenseの下で公開しました。^[32]公開された情報には以下が含まれます。

• UltraSPARC T1 設計のVerilogソース コード。
• 検証スイートとシミュレーション モデル。
• ISA 仕様 (UltraSPARC Architecture 2005)。
• Solaris 10 OSシミュレーションイメージ。

• OpenSPARC T1 と仕様
• OpenSPARC の概要
• リンダ・ゲッパート著「Sun's Big Splash」、IEEE Spectrum、2005年1月号
• Niagara、32 ウェイ マルチスレッド SPARC プロセッサ、Poonacha Kongetira、Kathirgamar Aingaran、Kunle Olukotun著、IEEE Micro、2005 年 3 ～ 4 月