Haim Cohen, Freescale Israel
שתי המשפחות, P3 ו–P5 בפלטפורמות QorIQ™ מתוכננות עבור יצרני ציוד רשתות המעונינים לעמוד באתגר שמציבה תעבורת האינטרנט הגדלה ומתפתחת הצפויה לגדול פי ארבעה בחמש השנים הבאות.
המערכות על שבב (SoC) P5010 ו–P5020 בעל שתי הליבות שבפלטפורמות QorIQ™ מיועדות בעיקר ליישומי מישור הבקרה הדורשניים של שווקי הרישות, הארגונים, האחסון, מכשירי האבטחה, מרכזי הנתונים ואוויר–חלל וצבא. P3041 בפלטפורמת QorIQ™, בעל ארבע הליבות, משמש בינתיים ביישומים שבהם יש איזון רב יותר בין מישורי הבקרה והנתונים, עם מוקד מיוחד על תחנות בסיס אלחוטיות ברשת LTE. המערכות על שבב P3 ו–P5 משתמשות באותה טכנולוגיית התהליך ב–45 ננו–מטר של דגמי QorIQ™ הקודמים, כמו למשל הדגם המתקדם ביותר בעל שמונה הליבות, P4080 ל–1.5 ג’יגה–הרץ. תאימות פינים מובטחת בין דגמי P5, P4 ו–P3 שבפלטפורמת QorIQ™.
ליבת e5500 ל–64 סיביות הראשונה של Freescale
e5500 של Freescale היא ליבת PowrPC ל–64 סיביות הראשונה של Freescale. הליבה e5500, שקיימת לעת עתה רק בשני מעבדי P5 בפלטפורמת QorI, מספקת עד פי שניים ביצועים לעומת ליבת e500 של Freescale, ומאיצה את התדירויות מקצב של עד 1.5 ג’יגה–הרץ לקצב של עד 2.5 ג’יגה–הרץ. e5500 מתוארת גם כליבה שמציעה ביצועים כפולים ליחידת שטח סיליקון.
e5500, המתבססת על הליבה e500 שעברה שינויים אשר שימשה ב–P4080 בעל שמונה ליבות בפלטפורמת QorIQ™, יכולה לפעול במצב 64 סיביות או במצב 32 סיביות, ומאפשרת בכך תמיכה בתוכנה מסורתית בעת המעבר של הלקוחות לעיבוד ב–64 סיביות.
e5500 משתמשת בקבוצת הפקודות Power Architecture (ISA) בגרסה 2.06
הליבה מציעה את התכונות הבאות:
•צינור עיבוד נתונים (pipeline) בשבעה שלבים עם ביצוע ללא סדר(out of order)
•מרחב זיכרון מוגדל שניתן למיעון שטוח (flat) של עד 64 ג’יגה–ביית
•יחידת נקודה צפה (FPU) קלאסית, בעלת ביצועים גבוהים, שתומכת בפעולות
של נקודה צפה לפי IEEE 754 ובנקודה צפה בדיוק כפול
•מצב הייברידי ב–32 סיביות לתמיכה בתוכנה מסורתית ובמעבר לארכיטקטורה
של 64 סיביות
•זיכרון מטמון L1, זיכרון מטמון אחורי (back–side) L2 וזיכרון מטמון
לשימוש בשיתוף L3
הליבה e5500 מופיעה לראשונה על פלטפורמת P5 לא רק בשל הדרישות הרבות לביצועים ביישומי מישור הבקרה, אלא גם בשל העובדה ש”מישור הבקרה גדל מעבר ל–32 סיביות בגלל בעיות של יכולת מיעון זיכרון”. ככל שטבלת הניתוב גדלה, יש צורך בזיכרון גדול יותר כדי לאחסן אותה. ובנוסף, יכולת מיעון גדולה יותר בזיכרון חשובה עבור יישומים משניים, כמו למשל בתעשיות האחסון ואוויר–חלל.
תכונות משותפות
בין P3 ו–P5
לשני מעבדי P5 יש מספר שונה של ליבות, אם כי הם חולקים אותם ממשקים ואותו תכנון באופן כללי של מערכת על שבב. בסיכומו של דבר, המערכות על שבב של מעבדי P5 זהות כמעט למערכת של P3041, למעט טכנולוגיית הליבה. הרחבות חשובות שנוספו לפלטפורמה P3 וגם לפלטפורמה P5 כוללות שני ממשקי SATA 2.0, תמיכת RAID וכן שיפורים בממשק RapidIO הטורי (SRIO).
המעבדים P5020, P5010 ו–P3041 מציעים היררכיית זיכרון מטמון בשלוש רמות. בדומה ל–P4080, גם P3041 מספק זיכרון מטמון אחורי L2 בגודל 128 קילו–ביית בלבד, במקום 512 קילו–ביית המסופק על ידי המערכות על שבב של P5.
כל שלוש המערכות על שבב מציעות מנהל–על (hypervisor) בחומרה, אשר תומך בפעולת ריבוי של מערכות הפעלה בו–זמנית. בנוסף, המערכות על שבב מצוידות בארכיטקטורת האצת נתיב הנתונים (DPAA) הכוללת מנוע אבטחה ומנוע התאמת תבניות. ארכיטקטורה חדשה לביצוע אתחול אמין (trustedboot) מבטיחה שלא תהיה חבלה בקוד ושלא תתבצע בו הנדסה הפוכה.
שלא כמו במעבד P4080, ארכיטקטורת DPAA, שבשלוש המערכות על שבב החדשות, מוסיפה מנוע RAID ברמות 5/6 אשר מאיץ את חישובי בדיקת הזוגיות עבור יישומי אחסון. המנוע אמור להפוך את המעבדים למתאימים לשימוש ברשתות תקשורת אחסון (SAN) של ארגונים ובפתרונות אחסון צמודי רשתות (NAS) של ארגונים.
בנוסף, ארכיטקטורת DPAA בכל שלוש המערכות על שבב משדרגת את היכולת של ממשק RapidIO הטורי (גרסאות 1.3 ו–2.0) לתמיכה ברוחב פס גדול יותר, תוך כדי שהיא מאפשרת למשתמשים להפעיל חבילות Ethernet דרך ממשק SRIO. תמיכת SRIO הורחבה עם מנהל הודעות חדש אשר תומך בטראנסאקציות Type 9 (זרימת נתונים) תוך שיפור טראנסאקציות Type 11 (העברת מסרים). כל המערכות על שבב מציעות שני בקרי SATA משולבים, לעומת ה–P4080, שבו לא משולב אף לא אחד, ומספקים שני בקרי PCI–Express (PCIe) בדור Gen 2 במקום שלושה. חיבורי I/O אחרים אמורים לכלול ממשק 10 gigabit Ethernet, חמישה ממשקי gigabit Ethernet יחידים ושני ממשקי USB עם שכבות PHY משולבות (עיין בתרשימי הבלוקים לעיל).
המפרט המפורט עבור P3041 בפלטפורמה QorIQ™ כולל:
•ליבת מעבד –– ארבע ליבות e500mc לפעולה עד 1.5 ג’יגה–הרץ
•זיכרון מטמון –– היררכית זיכרון מטמון בשלוש רמות עם זיכרון אחורי L2
של 128 קילו–ביית לכל ליבה (512 קילו–ביית במעבד P5020)
ו–1 מגה–ביית זיכרון L3 המשמש בשיתוף
•זיכרון –– תומך בזיכרון SDRAM מסוג DDR3/3L עד 1.3 ג’יגה–הרץ
•תכונות מרכזיות נוספות:
•מנהל על בחומרה (Hypervision)
•מארג (fabric) מיתוג CoreNet
•בקר זיכרון (שני בקרים במעבד P5020)
•אפיק נתונים ל–32/.64 סיביות עם ECC
•הרחבה –– עד ארבעה אפיקי PCIe 2.0 ל–5 ג’יגה–הרץ
•חיבורי רשת –– חמישה חיבורי gigabit Ethernet; XAUI;
תמיכה ב–RGMII, ב–SGMII וב–SGMII ל–2.5 ג’יגה–סיביות בשניה
•חיבורי I/O אחרים:
•שני חיבורי SRIO (1.3 ו–2.0) ל–5 ג’יגה–הרץ
•שני חיבורי SATA 2.0
•שני חיבורי USB עם שכבת PHY משולבת
•חיבור port מהיר Aurora לניפוי שגיאות
•הספק –– אופייני פחות מ–12 וואט (P3014) או פחות מ–30 וואט
(P5020 ו–P5010)
P5020 ו–P5010 בפלטפורמת QorIQ™
המערכות על שבב P5020 ו–P5010 בפלטפורמת QorIQ™ מציעות את הביצועים הגבוהים ביותר בתהליכון יחיד (single threaded) של Freescale, המיועדים ליישומים משובצים למישור הבקרה. P5020 בעל שתי הליבות מבצע 13,200 פעולות DMIP כשהוא פועל ב–2.2 ג’יגה–הרץ.
משפחת P5, התואמת פינים למוצרי פלטפורמת P4 ו–P3, מספקת יכולת שדרוג מסודרת מליבות הפועלות ב–2.2 ג’יגה–הרץ לארבע ולשמונה ליבות של 1.5 ג’יגה–הרץ. כפי שצוין קודם, הודות לליבות e5500, המעבד P5020 מגדיל את מרחב הזיכרון שניתן למיעון שטוח ל–64 ג’יגה–ביית.
המעבד מספק גם יחידת נקודה צפה בדיוק כפול לפי תקן 754 של IEEE, ומספק פי שנים ביצועי דיוק יחיד ופי ארבעה ביצועי נקודה צפה (Floating point )בדיוק כפול לעומת P4080.
P3041 בפלטפורמת QorIQ™
המעבד P3041 בפלטפורמת QorIQ™ מרחיב את יכולותיה של פלטפורמת P4 של Freescale ליישומים בעלי הספק נמוך יותר בהשוואה למעבד P4080. הוא מיועד בעיקר לסביבות מעורבות של מישורי בקרה ונתונים כדוגמת תחנות בסיס אלחוטיות בטכנולוגיית LTE. המערכת על שבב אמורה לתמוך בהקצאות ליבה גמישות, כולל קבוצות של ליבות הפועלות במערכות הפעלה סימטריות (SMP); ליבות המפעילות יישומים עצמאיים או יישומים טוריים; ליבות הפועלות במקביל; או ליבות המפעילות יישומים של משתמש הקצה.
P3041 בדוגמה לתחנת בסיס בטכנולוגיית LTE
המערכת על שבב P3041 משלבת ארבע ליבות e500mc לקבוצת הפקודות Power Architecture הפועלות עד 1.5 ג’יגה–הרץ ויכולות לפעול בהספק של פחות מ–12 וואט לעומת 30 וואט של P4080. הביצועים מגיעים ל–2.5 פעולות DMIPS למגה–הרץ. P3041 תואם פינים למערכות על שבב P4080, P4040, P5020 ו–P5010 בפלטפורמת QorIQ™ ותואם תוכנה עם כל היישומים, למעט יישומי P5 הבנויים סביב יכול 64 סיביות של e5500.
מערכת הסביבה בתוכנה
על פי הצפוי, פתרונות התוכנה של המערכות על שבב P3 ו–P5 יהיו זמינים ראשית עבור מהדורת קוד המקור הפתוח (OSE) של מערכות ההפעלה Linux, VxWorks, Integrity ו–Enea. שותפי הברית האסטרטגית אמורים לכלול את Enea (מהדורת OSE), Green Hills (Integrity) ו–Mentor Graphics (Linux בלבד).
בנוסף על כך, לפלטפורמות תהיה תמיכה של Wind River (Linux/VxWorks) וכן של כלי פיתוח של CodeSourcery ושל RapidIO. תוכנת היישום VortiQa של Freescale תתמוך אף היא בדגמי QorIQ™, ומחשבי מעגל יחיד (SBC) מהמדף מתוכננים עבור המערכות על שבב של P3.
לריבוי ליבות יש מגבלות עצמיות
Freescale צופה שהיא תוציא לשוק גרסאות עתידיות של P5 עם עד שמונה ליבות. ואולם, לא את כל הבעיות אפשר לפתור באופן כה פשוט, על ידי הגדלת מספר הליבות. אין אפשרות לפצל בקלות את מישור הבקרה לקוד מקבילי, כך שריבוי ליבות אינו משפר בהרבה את המצב.
כשמציבים קבוצה של ליבות ביישום של מישור הבקרה מהשורה הראשונה, עדיין אין אפשרות למלא את מישור הבקרה באמצעות ריבוי ליבות. יש לקוות שיגיע הזמן שבו שבעיה זו תיפתר, אך בדור הזה, המפתחים של מישור הבקרה מנסים למצוא דרך כיצד לקבל את המרב האפשרי מליבה יחידה. על ידי הגדלת התדירות לכל ליבה אפשר לזכות בתוספת ביצועים בלי להעמיס מאמץ על נצילות ההספק.
עם זאת, כאשר משימות מישור הנתונים מהוות חלק גדול יותר של התערובת, כפי שמתרחש עם המעבד P3041 בעל ארבע הליבות, הפתרונות בריבוי ליבות יעילים יותר. אפשר לחסוך במקום על המעגל ובהספק, על ידי הצבת מישורי הנתונים והבקרה באותה הליבה ואפשר לפצל את מישור הנתונים על פני ליבות רבות.
הרקע של פלטפורמת QorIQ™
ביוני, 2008 הכריזה חברת Freescale על קו הפלטפורמות QorIQ™ של מערכות על שבב. היורשים תואמי הפינים והתוכנה לקו מעבדי הרשת Powerquicc® של Freescale נמצאים בטווח שבין ליבת e500 Power Architecture אחת לבין שמונה ליבות.P1 בעל הליבה היחידה פועל ב–400 מגה–הרץ בהספק של 4 וואט בלבד, בעוד ש–P4080 בעל שמונה הליבות פועל ב–1.5 ג’יגה–הרץ בהספק צנוע באופן יחסי של 30 וואט. בדצמבר בשנה שעברה, Freescale הוסיפה למשפחת QorIQ™ את המערכת על שבב P1012 ואת המערכת P1021 בעלת הליבה הכפולה, שתיהן בפלטפורמות QorIQ™ . ליסה סו [Lisa Su] סגנית נשיא בכירה ומנהלת כללית של קבוצת הרישות והמולטימדיה של Freescale אמרה “פלטפורמת e5500 החדשה של freescale פותחת רמה חדשה של ביצועים עבור תיק מוצרי ריבוי הליבות בפלטפורמת QorIQ™ ומאפשרת התרחבות ליישומים משובצים נוספים מהרמה הגבוהה”.
זמינות
מודלים בהדמיה של P5020 ו–P5010 כבר זמינים מיולי 2010. דוגמאות ראשונות כבר יצאו לשוק ברבעון הרביעי של 2010. האישורים (Qualification) צפויים התקבלו במחצית השנייה של שנת 2011. מעבד התקשורת P3041 מתוכנן להימסר בדוגמאות אף הוא ברבעון הרביעי, עם קבלת האישורים המתוכננת למחצית השנייה של 2011.
