POWER4

POWER4; Central processing unit
Prodotto	2001
Progettato da	IBM
Predecessore	POWER3
Successore	POWER5
Specifiche tecniche
Frequenza CPU	1.1 GHz / 1.9 GHz
Processo; (l. canale MOSFET)	180 nm / 130 nm
Set di istruzioni	PowerPC
Microarchitettura	PowerPC v.2.00/01
N° di core (CPU)	2
Cache L1	64+32 kB/core
Cache L2	1.41 MB/chip
Cache L3	32 MB off chip

Il POWER4 è un microprocessore a 64 bit compatibili con il set di istruzioni PowerPC con tutte le istruzioni opzionali (definite al tempo del processore). Presentato nel 2001 il progetto del processore era basato sul progetto del precedente POWER3. Il POWER4 è un chip multicore che include due core PowerPC.

Progetto interno

Il POWER4 è formato da due implementazioni a 64 bit dell'architettura PowerPC AS. Il POWER4 ha una cache di secondo livello unificata divisa in tre parti uguali. Ogni parte ha un proprio controller indipendente in grado di erogare 32 byte per ciclo di clock. La Core Interface Unit (CIU) collega ogni controller alla cache istruzioni o alla cache dati di uno dei due processori. La Non-Cacheable (NC) Unit gestisce la serializzazione e la gestione di tutte le istruzioni che non possono essere messe nella cache. Il processore ha un controller per la cache di terzo livello ma la memoria non è inserita nell'integrato del processore. Il controller del bus GX gestisce le operazioni di I/O e gestisce un canale formato di due bus GX di 4 byte, uno per l'ingresso e uno per l'uscita. Il Fabric Controller è il gestore principale della rete di bus, della comunicazione tra le cache e della comunicazione tra il processore POWER4 e il POWER4 MCM (comunicazione a 4, 8, 16 o 32 vie). Trace-and-Debug per la gestione del primo accesso errato ai dati è incluso nel processore. Il processore include anche un'unità di autodiagnosi (Buid In Self Test BIST) e di controllo delle prostazioni (Performance Monitoring Unit). Power-On Reset (POR) è gestito dal processore.

Unità di esecuzione

Il POWER4 implementa una microarchitettura superscalare con esecuzione fuori ordine speculativa ad alta frequenza grazie alle otto unità indipendenti. Il processore ha 2 unità in virgola mobile (FP1-2), due unità load/store (LD1-2), due unità per i numeri interi (FX1-2), un'unità di predizione per i salti (BR) e una unità di gestione dei registri condizionati (CR). Le unità possono eseguire fino a otto istruzioni per ciclo di clock (escludendo le unità BR e CR).

Ogni unità in virgola mobile può eseguire una moltiplicazione e un'addizione per ciclo di clock (due operazioni)
Ogni unità load/store può completare un'operazione per ciclo di clock
Ogni unita per i numeri interi può eseguire un'operazione per ciclo di clock

La pipeline ha i seguenti stadi:

Predizione dei salti
Caricamento istruzioni
Decodifica e smistamento delle istruzioni
Unità load/store
- Load Hit Store
- Store Hit Load
- Load Hit Load
Esecuzione dell'istruzione

Configurazione Multi-Chip

Non solo il POWER4 fu il primo processore a incorporare due core in un singolo die ma fu anche il primo processore a incorporare più chip in un unico package. Nello specifico esisteva una versione con quattro POWER4 in un unico package.

Caratteristiche

POWER4 180 nm@CMOS 8S3 SOI
Clock GHz	>1.3
Power	115 W	1.5 V @ 1.1 GHz
Transistor	174 milioni
Gate L	90 nm
Gate oxide	2.3 nm
Metal-layer	pitch	thickness
M1	500 nm	310 nm
M2	630 nm	310 nm
M3-M5	630 nm	420 nm
M6(MQ)	1260 nm	920 nm
M7(LM)	1260 nm	920 nm
Dielectric	~4.2
Vdd	1.6 V

Bibliografia

(EN) POWER4 System Microarchitecture, su www-03.ibm.com, IBM.
(EN) J. M. Tendler, J. S. Dodson, J. S. Fields, Jr., H. Le, and B. Sinharoy, POWER4 system microarchitecture, in IBM Journal of Research and Development, vol. 46, n. 1, pp. 5-26, DOI:10.1147/rd.461.0005. URL consultato il 3 maggio 2019 (archiviato dall'url originale il 20 luglio 2008).
(EN) J. D. Warnock, J. M. Keaty, J. Petrovick, J. G. Clabes, C. J. Kircher, B. L. Krauter, P. J. Restle, B. A. Zoric, and C. J. Anderson, The circuit and physical design of the POWER4 microprocessor, in IBM Journal of Research and Development, vol. 46, n. 1, 2002, pp. 27-52, DOI:10.1147/rd.461.0027. URL consultato il 3 maggio 2019 (archiviato dall'url originale il 5 luglio 2008).

Voci correlate

Altri progetti

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