二十五年沉浮 追溯Sun Sparc发展历史

　　如果将2009年IT产业中的大事做一个排行的话，那么Sun被甲骨文收购这个事件，一定可以排进前三。Sun，这个曾经在硅谷唯一可以和IBM比肩的巨头，如今也失去了昔日的光辉。年中时Sun投资数十亿的16核Rock处理器被腰斩，也让人不得不唏嘘Sun硬件业务的未来，曾经辉煌一时的SPARC，不知道是否今后也会慢慢淡出人们的视线。

　　在RISC领域中，SPARC处理器是非常重要的一个产品，从1984年SPARC架构的提出、1987年的第一颗SPARC处理器，到获得巨大成功的UltraSPARC-III、再到8核心32线程的UltraSPARC-T1和中途被废止的16核心“Rock”，Sun SPARC沉浮二十五年，奠定了Sun在高端微处理器市场中的领先地位，成就了一段硅谷传奇。

　　Sun SPARC处理器发展历程

　　1984，Sun SPARC架构元年

　　20世界的80年代是RISC处理器的时代，RISC架构把较长的指令分拆成若干条长度相同的单一指令，可使CPU的工作变得单纯、速度更快，设计和开发也更简单。1984年，Sun工程师中的一个小团队开始研发被称为SPARC的32位RISC处理器，而SPARC项目的开发顾问就是提出RISC架构的David Patterson。

　　David Patterson

　　SPARC是Scalable Processor Architecture的缩写，即可扩展的处理器架构，Sun对SPARC寄以厚望，当时首席执行官Scott McNealy认为SPARC可以将公司每年5亿美元的收入提升至每年数十亿美元。

　　1987，首款SPARC处理器诞生

　　Sun最早的产品不是服务器而是工作站，而最早的SPARC处理器也是被应用在工作站上。在1987年推出了第一款32位的SPARC 86900“Sunrise”处理器，这款处理器采用SPARC V7架构，采用0.8微米工艺，主频只有16MHz，当时被应用在一对20000门的富士通gate-array芯片上，供给Sun 4/260工作站动力。第一款SPARC处理器规格虽然和现今的处理器无法相提并论，每秒仅可处理1000万个指令，但是这比当时的复杂指令集计算机(CISC)处理器要快三倍。

　　第一款SPARC处理器

　　SPARC推出后很就占领了市场，并帮助公司突破了10亿美元营收的大关。这一切正如当初McNealy所预测的那样。

　　SPARC最早的架构是V7版本，也是最基础的SPARC架构。1990年SPARC V8架构推出，包含了几种关键改进如硬件multiply/divide的 MMU 作用，支持对于128 位浮点运算。1993年SPARC V9架构推出，增加了支持对于64位地址和数据类型，包括处理器从Sun(UltraSPARC) 到Fujitsu(SPARC64) 。

　　SPARC架构版本

　　1995，64位UltraSPARC I

　　1995年，Sun公司的微处理器技术有了一次质的飞跃。继第一款SPARC微处理器之后，Sun推出了64位UltraSPARC I微处理器。UltraSPARC I革新了微处理器的可扩展性和带宽等工业标准，其频率达143MHz，采用0.5微米工艺技术，集成了520万个晶体管。UltraSPARC I的推出加强了Sun在高端微处理器市场的领导地位。

　　UltraSPARC I

　　1997，UltraSPARC Ⅱ

　　仅仅两年后，Sun就推出了UltraSPARC I的升级版——UltraSPARC Ⅱ。UltraSPARC Ⅱ芯片频率为300MHz，采用0.25微米工艺技术，集成了600万个晶体管，比UltraSPARC I芯片的速度高2.5倍。在数据带宽方面，UltraSPARC Ⅱ高达1600MB/s，比当时其他同类产品高600MB/s;UltraSPARC Ⅱ的VIS指令集可加速多媒体、图像处理和网络等应用。在高性能通信处理器、高档工作站和服务器等市场，UltraSPARC Ⅱ在各种环境中均能提供业界较高的性能。

　　UltraSPARC Ⅱ

　　1999，里程碑式的UltraSPARC Ⅲ

　　1999年，Sun推出了第三代产品—— UltraSPARC Ⅲ，这是SunSPARC微处理器发展历史上具有里程碑意义的产品。UltraSPARC Ⅲ全面提高了系统应用程序的性能，它的带宽可达2.4GB，比UltraSPARC Ⅱ高出2倍。首款UltraSPARC Ⅲ微处理器主频达600MHz，采用了更先进的0.18微米工艺技术，集成了1600万个晶体管，并与Solaris操作系统和应用软件兼容。

　　UltraSPARC Ⅲ

　　借助出众的存储器带宽和多处理器可扩展性，UltraSPARC Ⅲ为电子商务、科学计算和数据开采等高性能计算应用提供了非同寻常的平台。凭借卓越的性能和Solaris操作环境，UltraSPARC Ⅲ进一步推动了服务器的发展。

　　UltraSPARC Ⅲi

　　UltraSPARC Ⅲi是在UltraSPARC Ⅲ的基础上，针对中小企业的1~4路服务器优化了的64位RISC处理器，采用了全新的SPARC V9架构，除了主频上的提高，并且采用了集成化策略，编号中的“i”表示就是集成的意思。UltraSPARC Ⅲi中集成了存储和I/O控制器、1M的L2缓存和DDR内存控制器，大大提升了内存访问效率。

　　UltraSPARC Ⅲi

　　2004，首款双核UltraSPARC IV

　　UltraSPARC IV是Sun公司的首款双核处理器， 于2004年上半年推出。Sun紧接着在下半年又推出了UltraSPARC IV+。UltraSPARC IV采用CMT(chipmultithreading，芯片多线程)技术，片上集成了两个UltraSPARC III的内核、二级Cache的tag体和MCU，外部缓存16MB，每个内核独享8MB。UltraSPARCIV由德州仪器生产，采用0.13微米工 艺，主频1.2GHz，功耗100W，和UltraSPARC III管脚兼容，实现系统的平滑升级。UltraSPARC IV+是UltraSPARC IV的0.09微米工艺的升级版本，而且增加了片上高速缓存的容量，主频1.8GHz。

　　UltraSPARC IV

　　UltraSPARC IV+

　　UltraSPARC IV+在2004年10月推出，是Sun在UltraSPARC产品线上的最后一款产品，其后的处理器产品均是和富士通联合研发。UltraSPARC IV+采用了90nm工艺，相对UltraSPARC IV制程更加进步，并且将一个新的L3缓存层与一个快速片上的2MB L2缓存、以及一个32MB的片外高速三级缓存连接在一起。此外，UltraSPARC IV+通过扩展的高速缓存、功能与转移预测机制、增强的预取能力等新技术，将UltraSPARC IV的应用吞吐量提高一倍。

　　UltraSPARC IV+

　　2005，首款8核心UltraSPARC T1

　　2005年11月，Sun推出了UltraSPARC T1处理器，其原来的编码名称为“Niagara”(尼亚加拉)。UltraSPARC T1处理器采用了基于SPARC的CoolThreads技术，还有一个创新性的8内核技术，每个内核有4个线程，共有32个线程。32个线程等于32个 系统同时工作，这就使多任务能够并行执行，无需互相等待。UltraSPARC T1芯片节约了能耗并提高了系统的吞吐量，它还利用了Sun具有创新性的CMT(芯片多线程)处理器架构，以确保与Internet的多线程应用环境并驾齐驱。

　　UltraSPARC T1

　　UltraSPARC T1还进行大量的创新：它将系统架构放到了芯片上，内部的通信任务就在芯片上完成，数据几乎不靠金属传输，这样就获得了更高的功效和更高的特性;首次将4个内存控制器放到一块芯片上，芯片就成为了处理内核和内存之间的数据传输通路，这样数据就在被处理的同时迅速传入芯片;每一个UltraSPARC T1内核相对都很简单，它生成的热量很少，这使整个处理器所需功率小于70瓦;采用SunStudio11软件，将三大创新技术――Solaris10、Java和采用CoolThreads技术的UltraSPARC T1处理器融合在了一起。

　　2007，64线程的UltraSPARC T2

　　SUN公司在推出UltraSparc T1之后，就开始投入代号为“Niagara2”的“UltraSparc T2”处理器的开发。2007年8月，UltraSparc T2正式发布。UltraSparc T2虽然仍然保持8核心设计，但每个核心可支持的线程数提升到8个。换句话说，UltraSparc T2拥有高达64线程的并行处理能力，比UltraSparc T1整整提升一倍。

　　UltraSparc T2

　　另外，UltraSparc T2直接集成了8个独立的加密加速单元、支持虚拟运行的两个10Gbps以太网接口和八个PCI-E通道，而浮点单元仍保持精简设计的原则，数量只有8个。

　　UltraSparc T2核心架构图

　　多线程和虚拟运行是UltraSparc T2的拿手好戏，SUN表示UltraSparc T2的每个线程都可以独立运行一个操作系统，因此理论上一枚UltraSparc T2处理器可以最多支持64个系统并行运作。而在Web访问等事务处理中，64线程的UltraSparc T2将具备常规处理器难以达到的超快响应能力。也是为了应对多线程处理的需要，UltraSparc T2配备了4个内存控制器，内存总带宽将超过50GBps。

　　得益于65纳米工艺，UltraSparc T2的工作频率提高到了1.4GHz，而平均工作仍保持在70瓦左右，即便全速运行不过为120~130瓦，平均每个线程只需要消费2瓦。

　　2008~2009，16核心“Rock”出师未捷

　　代号“Niagara”的UltraSPARC T1/T2系列是Sun历史上非常成功的处理器，也承担了Sun大部分的营收。“Niagara”系列处理器采用了多核心多线程的设计，旨在提升事务处理的能力，对于浮点性能并不十分注重，主要适用于面向网络的Web等事务性负载。在高端的浮点密集型高性能计算负载或者面向数据的高端工作负载中，Sun应用的是和富士通联合推出的SPARC64处理器，比如M系列服务器。为了和IBM、HP等Unix巨头抗争，Sun在数年前还规划了面向中高端服务器应用的“Rock”处理器，独立于“Niagara”，替代目前的SPARC64。

　　Sun处理器路线图

　　“Rock”被命名为“UltraSPARC-RK”，最早的计划是在2008年第二季度推出。“Rock”处理器采用65纳米工艺，具备16个核心，芯片面积为396平方毫米，主频2.3GHz，功耗250W。

　　Sun “Rock”处理器

　　核心架构图

　　从架构图上看，16个核心被分成四个部分，每4个核心构成一个“簇”，4个核心共享一个I-cache、2个FPU和2个数据缓存。每个核心支持2个线程，总共支持32个线程，虽然从线程数量上远不如规划中的具备256个线程的Niagara-III，但是Rock具备更强的单线程能力，在每个核心的执行效率上会更高。Rock还具备“Scout预取”功能，实现指令的预取，提升处理器性能。

　　Sun对这款高端处理器寄以厚望，经历5年的研发时间并投入了数十亿的研发资金，不过遗憾的是，我们今后可能根本看不到这款处理器的身影。在研发过程中“Rock”出现了比较严重的性能问题，并没有达到当初Sun的预期，并且连续的财政赤字让Sun无力再继续负担高昂的研发费用，在今年4月份Sun被甲骨文收购，这个新东家也似乎不打算支持这个耗资巨大的项目，今年6月中旬，纽约时报披露“Rock”已经被Sun废止，这个投入大量时间和资金的处理器最终出师未捷。

　　Rock已经被终结，在Sun的规划中，还有一款UltraSPARC处理器“Niagara-III”原本预计在09年年底推出，Niagara-III采用45纳米工艺，将具备16核心，每个核心具备16个线程，每个处理器的线程数量将达到惊人的256个，不过如若甲骨文真的要放弃Sun的硬件业务，这款处理器的命运还是个未知数。

　　附：Sun SPARC处理器规格汇总