Кіріспе
1998 жылғы IBM микропроцессорлар отбасы. POWER3 – IBM компаниясы жобалаған және өндірілген микропроцессор, PowerPC нұсқаулар жиынтығы архитектурасының (ISA) 64 биттік нұсқасын іске асырды. Ол ISA-ның барлық қосымша нұсқауларын (сол кезде) қамтиды, POWER ISA-ның POWER2 нұсқасында болған, бірақ PowerPC ISA-да жоқ нұсқауларды да қосады. Ол 1998 жылдың 5 қазанында RS/6000 43P Model 260 моделінде дебют жасап, жоғары деңгейдегі графикалық жұмыс станциясы ретінде таныстырылды. POWER3 бастапқыда PowerPC 630 деп аталатын, бірақ серверлік POWER процессорларын тұтынушыға бағытталған 32 биттік PowerPC процессорларынан ажырату мақсатында қайта аталған. POWER3, POWER2 P2SC нұсқаулы процессордың ізбасары болып табылады және IBM-нің POWER-ден PowerPC-ге ұзаққа созылған көшуін аяқтады, бұл көшу бастапқыда 1995 жылы аяқталуы жоспарланған еді. POWER3, 200 МГц жиілікте IBM RS/6000 серверлері мен жұмыс станцияларында қолданылды. Ол Digital Equipment Corporation (DEC) Alpha 21264 және Hewlett Packard (HP) PA 8500 процессорларымен бәсекелесті.
The POWER3 is a microprocessor, designed and exclusively manufactured by IBM, that implemented the 64 bit version of the PowerPC instruction set architecture (ISA), including all of the optional instructions of the ISA (at the time) such as instructions present in the POWER2 version of the POWER ISA but not in the PowerPC ISA. It was introduced on 5 October 1998, debuting in the RS/6000 43P Model 260, a high end graphics workstation. The POWER3 was originally supposed to be called the PowerPC 630 but was renamed, probably to differentiate the server oriented POWER processors it replaced from the more consumer oriented 32 bit PowerPCs. The POWER3 was the successor of the P2SC derivative of the POWER2 and completed IBM's long delayed transition from POWER to PowerPC, which was originally scheduled to conclude in 1995. The POWER3 was used in IBM RS/6000 servers and workstations at 200 MHz. It competed with the Digital Equipment Corporation (DEC) Alpha 21264 and the Hewlett Packard (HP) PA 8500.
Сипаттама
POWER3 PowerPC 620-ға негізделген, ол 64 биттік PowerPC-ді іске асырудың ертерек, кешіктірілген, өнімділігі төмен және коммерциялық тұрғыдан сәтті болмаған нұсқасы еді. PowerPC 620 сияқты POWER3 үш тұрақты нүктелі бөлімшеге ие, бірақ бір жылжымалы нүктелі бөлімше (FPU) екі жылжымалы нүктелі біріктірілген көбейту-қосу бөлімшелерімен алмастырылды және жылжымалы нүктелі өнімділікті жақсарту үшін қосымша жүктеу-сақтау бөлімшесі (барлығы екі) қосылды. POWER3 – бұл тапсырмаларды реті бойынша орындамайтын суперскалярлық құрылым. Оның жеті сатылы бүтін сандық құбыр желісі, ең кемі сегіз сатылы жүктеу/сақтау құбыр желісі және он сатылы жылжымалы нүктелі құбыр желісі бар. Алдыңғы бөлігі екі кезеңнен тұрады: алу және декодтау. Бірінші кезеңде 32 КБ нұсқаулар кэшінен сегіз нұсқау алынып, 12 жазбадан тұратын нұсқаулар буферіне орналастырылды. Екінші кезеңде төрт нұсқау буферден алынып, декодталды және нұсқаулар кезектеріне жіберілді. Нұсқауларды беруде шектеулер аз: екі бүтін сандық нұсқаулар кезектерінің тек біреуі ғана бір нұсқауды қабылдай алады, ал екіншісі төрт нұсқауды қабылдай алады, сондай-ақ жылжымалы нүктелі нұсқаулар кезектері де. Егер кезектерде жеткілікті бос жазбалар болмаса, нұсқаулар жіберілмейді. Алдыңғы бөлігінде қысқа құбыр желісі бар, нәтижесінде үш циклдық тармақ болжау қателігі үшін айыппұл салады. Үшінші кезеңде орындалуға дайын нұсқаулар кезектеріндегі нұсқаулардың операндалары регистрлік файлдардан оқылады. Жалпы мақсаттағы регистрлік файлда 48 регистр бар, оның ішінде 32 – жалпы мақсаттағы регистрлер, ал 16 – регистрлерді қайта атауға арналған регистрлер. Деректерді беру және нәтижелерді қабылдау үшін қажетті порттардың санын азайту үшін жалпы мақсаттағы регистрлік файл екі данада көшірілген, біріншісі үш бүтін сандық орындау бөлімшесін, ал екіншісі екі жүктеу/сақтау бөлімшесін қолдайды. Бұл схема заманауи микропроцессорға, DEC Alpha 21264-ке ұқсас, бірақ POWER3-тің жоғары циклдік уақыты болғандықтан екі көшірмені синхрондау үшін қосымша сағаттық цикл қажет болмағандықтан қарапайым болды. Жылжымалы нүктелі регистрлік файлда 56 регистр бар, оның ішінде 32 – жылжымалы нүктелі регистрлер және 24 – қайта атау регистрлері. PowerPC 620-мен салыстырғанда, қайта атау регистрлері көбірек болды, бұл реті бойынша орындалатын нұсқауларды көбірек орындауға мүмкіндік берді, бұл өнімділікті жақсартты. Орындау төртінші кезеңнен басталады. Нұсқаулар кезектері орындау бөлімшелеріне сегіз нұсқауға дейін жібереді. Бүтін сандық нұсқаулар үш бүтін сандық орындау бөлімшесінде орындалады (IBM оларды «тұрақты нүктелі бөлімшелер» деп атайды). Екі бөлімше бірдей және көбейту мен бөлуден басқа барлық бүтін сандық нұсқауларды орындайды. Олар орындайтын барлық нұсқаулардың бір циклдік кешігу мерзімі бар. Үшінші бөлімше көбейту және бөлу нұсқауларын орындайды. Бұл нұсқаулар құбыр желісінде орналаспайды және бірнеше циклдік кешігумен орындалады. 64 биттік көбейтудің 9 циклдік күту уақыты бар, ал 64 биттік бөлудің 37 циклдік күту уақыты бар. Жылжымалы нүктелі нұсқаулар екі жылжымалы нүктелі бөлімшеде (FPU) орындалады. FPU-лар біріктірілген көбейту-қосуды жүзеге асырады, онда көбейту мен қосу бір мезгілде орындалады. Мұндай нұсқаулар, сондай-ақ жеке қосу және көбейту, төрт циклдік кешігу мерзіміне ие. Бөлу және квадрат түбір нұсқаулары бір FPU-да орындалады, бірақ оларға арнайы аппараттық құралдар көмектеседі. Бір дәлдікті (32 бит) бөлу және квадрат түбір нұсқауларының 14 циклдік кешігу уақыты бар, ал екі дәлдікті (64 бит) бөлу және квадрат түбір нұсқауларының тиісінше 18 циклдік және 22 циклдік кешігу уақыты бар. Орындау аяқталғаннан кейін нұсқаулар буферде сақталады, содан кейін бағдарламалық жасақтамаға көрінеді. Орындау бүтін сандық нұсқаулар үшін бесінші сатыда және жылжымалы нүктелі нұсқаулар үшін сегізінші сатыда аяқталады. Қатыстыру бүтін сандық нұсқаулар үшін алтыншы кезеңде, ал жылжымалы нүктелі нұсқаулар үшін тоғызыншы кезеңде жүзеге асырылады. Жазу commit-тен кейінгі кезеңде жүзеге асырылады. POWER3 цикл сайын төрт нұсқауды аяқтай алады. PowerPC 620 деректер кэші техникалық және ғылыми қолданбалар үшін оңтайландырылды. Оның сыйымдылығы 64 КБ-қа дейін екі есеге арттырылды, бұл кэштің тиімділігін жақсарту үшін; кэш екі портты, сегіз банкты өзара байланыстыру арқылы жүзеге асырылды, бұл кейбір жағдайларда екі жүктеуді немесе екі сақтауды бір циклде орындауға мүмкіндік берді; және жолдың өлшемі 128 байтқа дейін ұлғайтылды. L2 кэш шинасының ені 256 битке дейін екі есеге арттырылды, бұл үлкен кэш жолының мөлшерін өтеуге және кэшті толтыру үшін төрт циклдік кешігуді сақтауға мүмкіндік берді. POWER3 270 мм2 өлшемді чипте 15 миллион транзистордан тұрады. Ол IBM-нің CMOS 6S2 процесінде жасалған, бұл 0,25 мкм элементтік өлшемдері мен 0,35 мкм металл қабаттарының гибриді болып табылатын толықтырылған металл-оксид-жартылайөткізгіш процесі. Процесте алюминийдің бес қабаты бар. Ол P2SC сияқты 1088 тіреуішті керамикалық тіреуіш массивінде орналастырылған, бірақ әртүрлі тіреуіш схемасымен.
POWER3-II
POWER3 II – такты жиілігін 450 МГц-ке дейін арттырған, жақсартылған POWER3 болды. Онда 23 миллион транзистор және 170 мм² ауданды құрады. Ол IBM CMOS7S технологиясымен, яғни алты деңгейлі мыс қосылыстары бар 0,22 мкм CMOS технологиясымен жасалған. 2001 жылы POWER4 оның ізбасары болды.