Квантовый эффект: История компании разработчика микропроцессоров

Введение

Компания по разработке микропроцессоров Quantum Effect Devices, Inc. (QED) была основана в 1991 году как Quantum Effect Design и располагалась в Пало-Альто, Калифорния.

История

Три основателя, Том Риордан, Эрл Киллиан и Рэй Кунита, занимали должности старших менеджеров в компании MIPS Computer Systems Inc. Они ушли из MIPS в период, когда компании было сложно продавать готовые компьютерные системы (MIPS Magnum) вместо того, чтобы сосредоточиться на разработке микропроцессорных чипов, что и было изначальной целью MIPS. Вскоре после этого компания SGI приобрела MIPS. IDT являлась крупным инвестором и заказчиком для первоначальной разработки QED.

Бизнес

Первоначальный план разработки для QED заключался в создании микропроцессора MIPS для ноутбука. Это происходило во время инициативы ACE от Microsoft, направленной на поддержку нескольких RISC-архитектур для новой операционной системы Windows NT. Системные компании, такие как DeskStation Technology, и производители плат, такие как ShaBLAMM! Computer, разрабатывали продукты в надежде, что персональные компьютеры на базе RISC станут мейнстримом. Однако этот рынок так и не сформировался, но первый продукт – микропроцессор R4600 "Orion" – оказался успешным на нескольких встраиваемых рынках, таких как сетевые маршрутизаторы и аркадные игры. Последующие проекты разрабатывались для таких компаний, как Toshiba и IDT (R4700), IDT & NKK (R4650), SGI и NEC (R5000). PowerPC 603q был микропроцессором PowerPC, разработанным для Motorola и предназначенным для домашних ПК и игровых консолей Apple Computer. Ни один из этих проектов не был запущен в производство, поэтому PowerPC 603q так и не достиг массового выпуска. Спустя несколько лет, в попытке увеличить выручку от продукции, компания трансформировалась в производителя, продающего собственную линейку микропроцессоров MIPS. В то время компания сменила название на Quantum Effect Devices. После успешного выпуска продуктов, таких как RM5200 и RM7000, под собственным брендом "RISCMark", компания провела IPO 1 февраля 2000 года. Первоначальная цена акций в $16 выросла до $56.50 в первый день торгов. В октябре 2000 года компания была приобретена PMC Sierra; по одной из оценок, стоимость Quantum Effect Devices на момент приобретения составила $2.3 миллиарда в виде обмена акциями. Компания стала подразделением микропроцессорных продуктов PMC. Сделка была совершена посредством обмена акциями и оценивалась в $2.3 миллиарда. Команда завершила разработку линейки RM9x00, находясь в PMC, но эта линейка не добилась успеха на рынке. Большая часть команды разработчиков микропроцессорных ядер, унаследованная от QED, была уволена PMC Sierra в июне 2005 года; последние сотрудники были уволены в январе 2006 года. Название компании принадлежит Тому Риордану. Он полагал, что компания переживет эпоху, когда размеры полупроводниковой геометрии станут настолько малыми, что квантовые эффекты начнут доминировать в поведении схем.

The original product plan for QED was to build a MIPS microprocessor for a laptop computer. This was during the ACE initiative from Microsoft to support multiple RISC architectures for their new Windows NT operating system. System companies like DeskStation Technology and board companies like ShaBLAMM! Computer were building products in the hope that RISC based personal computers would become mainstream. While that market never materialized, the first product, the R4600 "Orion" microprocessor, proved to be successful in several embedded markets such as networking routers and arcade games. Subsequent projects were designed for companies such as Toshiba and IDT (R4700), IDT & NKK (R4650), SGI and NEC (R5000). The PowerPC 603q was a PowerPC microprocessor designed for Motorola, meant for Apple Computer's home PC and game machine designs. Neither of these designs were productized, so the PowerPC 603q never reached full production. Several years later, in an attempt to increase product revenue, the company transformed itself to a product company selling its own line of MIPS microprocessors. At that time, the company changed its name to Quantum Effect Devices. After successful products introductions like the RM5200 and the RM7000, under its own "RISCMark" label, the company had its IPO on 1 February 2000. The initial stock price of $16 jumped to $56.50 on the first day of trading. The company was acquired by PMC Sierra on October 2000; at the time, Quantum Effect Devices was valued in a stock swap worth $2.3 billion according to one estimate. The company became the Microprocessor Products Division of PMC. The acquisition was done by stock exchange and was valued at $2.3 billion. The team completed the RM9x00 product line while at PMC, but that product line was not successful in the marketplace. Most of the microprocessor core development team derived from QED was laid off as a group by PMC Sierra in June 2005; the last few were laid off in January 2006. The company name was attributed to Tom Riordan. He believed that the company would survive to the age when semiconductor geometry dimensions would become so small that quantum effects would dominate circuit behavior.

Устройства

Первым микропроцессором QED был R4600. Основатели QED, ранее участвовавшие в разработке R4000, считали, что устройство большого размера слишком сложно, и более простая реализация обеспечит лучшее соотношение цены и производительности. Поэтому R4600 представляет собой повторную реализацию 5-ступенчатого классического RISC-конвейера с большими (для того времени) кэшами. В течение некоторого времени это небольшое и недорогое устройство было одним из самых производительных микропроцессоров на рынке. Хотя первоначальный целевой рынок – ноутбуки MIPS – так и не сформировался, это устройство добилось успеха на нескольких рынках. Он стал первым RISC-процессором, используемым в сетевых маршрутизаторах Cisco Systems. Он применялся в нескольких аркадных играх Atari/Midway, таких как хорошо известная оригинальная Mortal Kombat. Лицензирование R4600 осуществляли IDT и Toshiba, которые производили и продавали эти устройства. R4700 был разработан для SGI, которой требовалась немного большая производительность в операциях с плавающей точкой. R4700 улучшил скорость повторения инструкций умножения с плавающей точкой. Это устройство использовалось в рабочей станции SGI Indy. Лицензирование R4700 осуществляли IDT и Toshiba, которые производили и продавали эти устройства. R4650 был заказан NKK, которой требовалась более дешевая реализация для игровой консоли. R4650 достиг меньшей площади кристалла за счет уменьшения кэшей вдвое и реализации только одноточной точности вычислений с плавающей точкой. Это устройство стало первым продуктом QED, реализовавшим инструкции умножения-накопления, которые позволили выполнять такие программные функции, как программный модем (softmodem). Оно использовалось в оригинальном устройстве Microsoft WebTV. Лицензирование R4650 осуществляли IDT и NKK, которые производили и продавали эти устройства. R4640 был тем же чипом, но с ограничением системной шины до 32 бит вместо 64 бит. R5000 был заказан SGI. Это устройство удвоило кэши инструкций и данных до 32 КБ. В нем был реализован высокопроизводительный, полностью конвейерный блок вычислений с плавающей точкой с возможностью умножения-накопления и SRT-делителем. Устройство имело ограниченную реализацию сверхскалярного выпуска инструкций, позволяющую выполнять одну целочисленную и одну инструкцию с плавающей точкой за один цикл. Это устройство использовалось в рабочих станциях SGI O2 и SGI Indy. Дизайн принадлежал SGI, которая лицензировала его IDT и NEC, а затем Toshiba. PowerPC 603q был заказан Motorola, а целевым рынком были недорогие компьютеры Apple, включая домашний компьютер для студентов и домашнюю игровую консоль под названием Pippen. 603q по сути являлся конвейером R4600, переориентированным на набор инструкций PowerPC. Поскольку PowerPC 603 был самым энергоэффективным чипом альянса AIM, название этого устройства было выбрано для отражения его низкой стоимости и низкого энергопотребления. После отмены этих проектов Apple, Motorola прекратила разработку 603q, хотя QED получила первые образцы кремния, которые оказались работоспособными. Серия RM52XX была первой линейкой продуктов, продаваемых непосредственно QED. Первый продукт серии представлял собой версию R5000 с уменьшенной стоимостью, меньшими кэшами и другим выводом контактов. Ранние устройства RM52X0 имели кэши объемом 16 КБ, а более поздние RM52X1 – 32 КБ. Устройства RM523X имели 32-битные системные шины, а RM526X – 64-битные. Эта линейка продуктов добилась большого успеха на рынке лазерных принтеров, завоевав множество клиентов в таких компаниях, как Hewlett Packard, Lexmark, Ricoh и Samsung. Серия RM70XX была второй линейкой продуктов, продаваемых непосредственно QED. Она реализовала большой 256 КБ кэша второго уровня на чипе. RM7000 был одним из первых микропроцессоров, реализовавших это, особенно в сегменте встроенных микропроцессоров. Он также реализовал симметричный сверхскалярный выпуск инструкций с двумя устройствами выполнения целочисленных операций. Устройство RM7061 было обновлением, совместимым по выводам контактов, для серии RM526X. Эта линейка продуктов стала успешным продолжением продуктов RM52XX. Семейство RM9x00 было первым SOC, реализованным QED. Ядро микропроцессора Apollo, входящее в состав RM9x00, было увеличено до 7 ступеней для обеспечения более высоких рабочих частот. Для смягчения более длительных задержек ветвлений было добавлено динамическое предсказание ветвлений. В RM9x00 два ядра Apollo использовались для реализации двухъядерного устройства. Эти процессорные ядра успешно достигли целевой рабочей частоты в 1 ГГц. Система SOC была собственной разработкой с централизованным хранилищем для транзакций, проходящих через SOC. Периферийные устройства включали контроллер памяти DDR, контроллер шины SysAD, контроллер загрузочной шины, контроллер DMA и контроллер Hypertransport. Второе поколение устройств добавило контроллер Gigabit Ethernet, контроллер PCI и обеспечение когерентности кэша. Эта линейка продуктов не имела успеха из-за выхода на рынок с опозданием. Компания придерживалась финансовой консервативности в период, предшествовавший и последовавший за первичным публичным размещением акций, и не смогла полностью укомплектовать штат проекта SOC. Одной из причин продажи компании PMC Sierra было финансирование этих проектов SOC. К тому времени конкуренты, такие как SiByte, уже вышли на рынок с эквивалентными устройствами.

The first QED microprocessor was the R4600. The founders of QED, who were previously involved with the R4000, felt that the large device was too complicated and that a simpler implementation would give a better price/performance ratio. For that reason, the R4600 is a re implementation of the 5 stage Classic RISC pipeline with large (for the time) caches. For a while, this small and low cost device was one of the highest performance microprocessors on the market. While the initial target market of a MIPS laptop computer never materialized, this device found success in several markets. It was the first RISC processor used within a Cisco Systems network router. It was used in several Atari/Midway arcade games such as the well known original Mortal Kombat game. The R4600 was licensed by IDT and Toshiba who manufactured and sold the devices. The R4700 was targeted at SGI, who wanted a little more floating point performance. The R4700 improved on the repeat rate of floating point multiply instructions. This device was used inside the SGI Indy low end workstation. The R4700 was licensed by IDT and Toshiba who manufactured and sold the devices. The R4650 was commissioned by NKK, who desired a cheaper implementation for a video console game machine. The R4650 achieved a smaller die area by cutting the caches in half, only implementing single precision floating point. This device was the first QED device that implemented the multiply–accumulate instructions, which enabled software functions such as softmodem. This device was used in the original Microsoft WebTV device. The R4650 was licensed by IDT and NKK who manufactured and sold the devices. The R4640 was the same chip but with the system bus restricted to 32 bits instead of 64 bits. The R5000 was commissioned by SGI. This device doubled the instruction and data caches to 32 KB. It implemented a high performance, fully pipelined floating point unit with multiply–accumulate capability and a SRT divider. The device had a limited implementation of superscalar instruction issue in which one integer instruction and one floating point instruction could be issued in one cycle. This device was used in the SGI O2 and SGI Indy low end workstations. The design was owned by SGI, which licensed the design to IDT and NEC and eventually to Toshiba. The PowerPC 603q was commissioned by Motorola and the target market was Apple Computer's low cost accounts including a home computer for students and a home video console game named Pippen. The 603q was basically the R4600 pipeline re targeted for the PowerPC instruction set. Since the PowerPC 603 was then the most power efficient chip from the AIM alliance, the name of this device was chosen to reflect its low cost and low power characteristics. Once those Apple projects were cancelled, Motorola stopped the development of the 603q even though QED had received first silicon samples and they were functional. The RM52XX series was the first product line sold directly by QED. The first of the series was a cost reduced version of the R5000 with smaller caches and a different pin out. The earlier RM52X0 devices had only 16 KB caches while the later RM52X1 devices had 32 KB caches. The RM523X devices had 32 bit system buses while RM526X had 64 bit system buses. This product line was very successful in the laser printer market, winning many accounts at printer companies such as Hewlett Packard, Lexmark, Ricoh, Samsung. The RM70XX series was the second product line sold directly by QED. It implemented a large 256 KB on chip level 2 cache. The RM7000 was one of the first microprocessors to do so, especially within the embedded microprocessor market segment. It also implemented symmetric superscalar instruction issue with two integer execution units. The RM7061 device was a pin compatible upgrade for the RM526X series. This product line was a very successful follow on to the RM52XX products. The RM9x00 family was the first SOC implemented by QED. The Apollo microprocessor core that was part of the RM9x00 had its pipeline lengthened to 7 stages to enable higher operating frequencies. Dynamic branch prediction was added to ameliorate the longer branch latencies. Within the RM9x00, two Apollo cores were used to implement a dual core device. These processor cores successfully achieved their operating frequency target of 1 GHz. The SOC system interconnect was an in house design with centralized storage for the transactions flowing through the SOC. Peripherals included a DDR memory controller, a SysAD bus controller, a boot bus controller, a DMA controller and a Hypertransport controller. A second generation device added a Gigabit Ethernet controller, a PCI controller and cache coherency. This product family was not successful due to being late to the market. The company was financially conservative during the time leading up to and after the company's initial public offering and would not fully staff the SOC project. One of the reasons for selling the company to PMC Sierra was to fund these SOC projects. By that time, competitors like SiByte had already entered the market with equivalent devices.