Sejarah pengembangan prosesor: akhir 80-an - awal 2000-an

Melanjutkan tema artikel pertama adalah sejarah evolusi prosesor dari akhir abad ke-20 hingga awal abad ke-21.

Banyak prosesor tahun 80-an menggunakan arsitektur CISC (Computing set instruksi kompleks). Keripik itu cukup kompleks dan mahal, serta tidak cukup produktif. Ada kebutuhan untuk memodernisasi produksi dan menambah jumlah transistor.

Arsitektur RISC

Pada tahun 1980, proyek Berkeley RISC diluncurkan, dipimpin oleh insinyur Amerika David Patterson dan Carlo Sequin. RISC (set instruksi terbatas komputer) - arsitektur prosesor dengan peningkatan kecepatan karena instruksi yang disederhanakan.



Manajer Proyek Berkeley RISC - David Patterson dan Carlo Sequin

Setelah beberapa tahun berhasil, beberapa sampel prosesor dengan serangkaian instruksi yang berkurang muncul di pasaran. Setiap instruksi platform RISC sederhana dan dilaksanakan dalam satu siklus tunggal. Ada juga banyak register tujuan umum. Selain itu, pipelining dengan instruksi yang disederhanakan digunakan, yang memungkinkan untuk secara efektif meningkatkan frekuensi clock.

RISC I dirilis pada tahun 1982 dan berisi lebih dari 44.420 transistor. Dia hanya memiliki 32 instruksi dan bekerja pada frekuensi 4 MHz. RISC II berikutnya terdiri dari 40.760 transistor, menggunakan 39 instruksi dan lebih cepat. Prosesor MIPS prosesor



RISC II

: R2000, R3000, R4000, dan R4400

Arsitektur prosesor MIPS (Mikroprosesor tanpa Tahapan Saluran Pipa Saling Bertautan) memberikan keberadaan unit tambahan dalam kristal. MIPS menggunakan konveyor yang diperpanjang.

Pada tahun 1984, sekelompok peneliti yang dipimpin oleh ilmuwan Amerika John Hennessey mendirikan sebuah perusahaan yang merancang perangkat mikroelektronik. MIPS memiliki arsitektur mikroprosesor dan inti IP berlisensi untuk perangkat rumah pintar, jaringan, dan aplikasi seluler. Pada tahun 1985, produk pertama perusahaan dirilis - R2000 32-bit, yang pada tahun 1988 diselesaikan dalam R3000. Model yang diperbarui memiliki dukungan untuk multiprosesor, cache instruksi dan cache data. Prosesor telah menemukan aplikasi di workstation SG-series dari berbagai perusahaan. R3000 juga menjadi dasar konsol game Sony PlayStation.



Prosesor R3000

Pada tahun 1991, garis R4000 generasi baru dirilis. Prosesor ini memiliki arsitektur 64-bit, coprocessor terintegrasi dan bekerja pada frekuensi clock 100 MHz. Cache internal adalah 16 KB (8 KB instruksi cache dan 8 KB data cache).

Setahun kemudian, versi modifikasi dari prosesor - R4400 - dirilis. Dalam model ini, cache telah meningkat menjadi 32 KB (16 KB perintah cache dan 16 KB data cache). Prosesor dapat beroperasi pada frekuensi 100 MHz - 250 MHz.

Prosesor MIPS: R8000 dan R10000

Pada tahun 1994, prosesor pertama dengan implementasi superscalar dari arsitektur MIPS, R8000, muncul. Kapasitas cache data adalah 16 KB. CPU ini memiliki bandwidth akses data yang tinggi (hingga 1,2 Gb / s) dalam kombinasi dengan operasi kecepatan tinggi. Frekuensinya mencapai 75 MHz - 90 MHz. Enam sirkuit digunakan: perangkat untuk instruksi integer, untuk instruksi floating point, tiga deskriptor cache RAM sekunder, dan pengontrol cache ASIC.



Prosesor R8000

Pada tahun 1996, versi revisi dirilis - R10000. Prosesor termasuk 32 KB cache utama data dan instruksi. CPU bekerja pada frekuensi 150 MHz - 250 MHz.

Pada akhir 90-an, MIPS mulai menjual lisensi untuk arsitektur MIPS32 dan MIPS64 32-bit dan 64-bit.

Prosesor SPARC

Sun Microsystems, yang telah mengembangkan arsitektur scalable SPARC (Scalable Processor ARChitecture), bergabung dengan jajaran prosesor. Prosesor pertama dengan nama yang sama dirilis pada akhir 80-an dan disebut SPARC V7. Frekuensinya mencapai 14,28 MHz - 40 MHz.

Pada tahun 1992, versi 32-bit berikutnya yang disebut SPARC V8 muncul, atas dasar di mana prosesor microSPARC dibuat. Frekuensi clock adalah 40 MHz - 50 MHz.

Texas Instruments, Fujitsu, Philips, dan lainnya berkolaborasi pada arsitektur SPARC V9 generasi berikutnya dengan Sun Microsystems. Platform diperluas menjadi 64 bit dan superscalar dengan pipeline 9-tahap. SPARC V9 disediakan untuk penggunaan memori cache tingkat pertama, dibagi menjadi instruksi dan data (masing-masing dengan kapasitas 16 KB), serta tingkat kedua dengan kapasitas 512 KB - 1024 KB. Prosesor



UltraSPARC III,

prosesor StrongARM

Pada tahun 1995, sebuah proyek diluncurkan untuk mengembangkan keluarga mikroprosesor StrongARM yang mengimplementasikan set instruksi ARM V4. CPU ini adalah arsitektur skalar klasik dengan pipa 5-tahap, termasuk unit kontrol memori dan mendukung cache instruksi dan data masing-masing 16 KB.



StrongARM SA-110

Dan sudah pada tahun 1996, prosesor pertama berbasis StrongARM - SA-110 dirilis. Ia bekerja pada frekuensi clock 100 MHz, 160 MHz atau 200 MHz.

Model SA-1100, SA-1110 dan SA-1500 juga memasuki pasar.



Prosesor SA-110 dalam prosesor Apple MessagePad 2000

POWER, POWER2, ​​dan PowerPC

Pada tahun 1985, IBM mulai mengembangkan arsitektur RISC generasi berikutnya sebagai bagian dari Proyek Amerika. Pengembangan prosesor POWER (Optimasi Kinerja Dengan Enhanced RISC) dan serangkaian instruksi untuk itu berlangsung 5 tahun. Itu sangat produktif, tetapi terdiri dari 11 chip yang berbeda. Dan karena itu, pada tahun 1992, versi prosesor lain dirilis yang sesuai dalam satu chip.



POWER Chipset

Pada tahun 1991, arsitektur PowerPC (disingkat PPC) dikembangkan oleh IBM, Apple, dan Motorola Alliance. Ini terdiri dari serangkaian fungsi dasar platform POWER, dan juga mendukung kerja dalam dua mode dan kompatibel dengan mode operasi 32-bit untuk versi 64-bit. Tujuan utamanya adalah komputer pribadi.

Prosesor PowerPC 601 digunakan pada Macintosh.



Prosesor PowerPC

Pada tahun 1993, POWER2 diperkenalkan dengan serangkaian instruksi yang diperluas. Kecepatan clock prosesor berkisar dari 55 MHz hingga 71,5 MHz, dan cache data dan instruksi adalah 128-256 Kb dan 32 Kb. Microcircuits prosesor (terdapat 8) berisi 23 juta transistor, dan diproduksi menggunakan teknologi CMOS 0,72-mikrometer.

Pada tahun 1998, IBM merilis seri ketiga prosesor POWER3 64-bit yang sepenuhnya sesuai dengan standar PowerPC.

Antara 2001 dan 2010, model POWER4 (hingga delapan perintah berjalan paralel), POWER5 dual-core dan POWER6, dan empat hingga delapan model POWER7 nuklir dirilis.

Prosesor Alpha 21064A

Pada tahun 1992, Digital Equipment Corporation (DEC) meluncurkan prosesor Alpha 21064 (EV4). Itu adalah kristal superscalar 64-bit dengan arsitektur jaringan pipa dan frekuensi clock 100 MHz - 200 MHz. Diproduksi menggunakan teknologi proses 0,75-mikron dengan bus prosesor 128-bit eksternal. Ada 16 KB cache (8 KB data dan 8 KB instruksi).

Model selanjutnya dalam seri ini adalah prosesor 21164 (EV5), yang dirilis pada 1995. Dia memiliki dua blok integer dan sudah menghitung tiga level memori cache (dua di prosesor, ketiga - eksternal). Cache tingkat pertama dibagi menjadi cache data dan cache instruksi masing-masing 8 KB. Jumlah cache di tingkat kedua adalah 96 Kb. Kecepatan clock prosesor berkisar dari 266 MHz hingga 500 MHz.



DEC Alpha AXP 21064

Pada tahun 1996, prosesor Alpha 21264 (EV6) keluar dengan 15,2 juta transistor, diproduksi menggunakan teknologi proses 15,2-mikron. Frekuensi clock mereka berkisar dari 450 MHz hingga 600 MHz. Blok integer dan blok muat / simpan digabungkan menjadi satu modul Ebox, dan blok titik-mengambang digabungkan ke dalam modul Fbox. Cache tingkat pertama mempertahankan alokasi memori untuk instruksi dan data. Volume setiap bagian adalah 64 Kb. Jumlah cache di level kedua adalah dari 2 MB hingga 8 MB.

Pada tahun 1999, DEC dibeli oleh Compaq. Akibatnya, sebagian besar produksi menggunakan Alpha dipindahkan ke API NetWorks, Inc.

Prosesor Intel P5 dan P54C

Menurut tata letak Vinod Dham, prosesor generasi kelima, dengan nama kode P5, dikembangkan. Pada tahun 1993, CPU mulai diproduksi dengan nama Pentium.

Prosesor inti P5 diproduksi menggunakan teknologi proses 800-nanometer menggunakan teknologi bipolar BiCMOS. Mereka mengandung 3,1 juta transistor. Pentium memiliki bus data 64-bit, arsitektur superscalar. Ada caching yang terpisah dari kode program dan data. Cache tingkat pertama 16 KB digunakan, dibagi menjadi 2 segmen (8 KB untuk data dan 8 KB untuk instruksi). Model pertama dengan frekuensi 60 MHz - 66 MHz.



Prosesor Intel Pentium

Pada tahun yang sama, Intel meluncurkan prosesor P54C. Produksi prosesor baru dipindahkan ke teknologi proses 0,6 mikron. Kecepatan prosesor adalah 75 MHz, dan sejak 1994 - 90 MHz dan 100 MHz. Setahun kemudian, arsitektur P54C (P54CS) dipindahkan ke teknologi proses 350-nm dan frekuensi clock meningkat menjadi 200 MHz.

Pada tahun 1997, P5 menerima pembaruan terbaru - P55C (Pentium MMX). Dukungan untuk set instruksi MMX (MultiMedia eXtension) telah muncul. Prosesor terdiri dari 4,5 juta transistor dan diproduksi menggunakan teknologi CMOS 280-nanometer canggih. Cache tingkat pertama meningkat menjadi 32 Kb (16 Kb untuk data dan 16 Kb untuk instruksi). Frekuensi prosesor mencapai 233 MHz.

Prosesor AMD K5 dan K6

Pada tahun 1995, AMD merilis prosesor K5. Arsitekturnya adalah inti RISC, tetapi ia bekerja dengan instruksi CISC yang kompleks. Prosesor diproduksi menggunakan teknologi proses 350 atau 500-nanometer, dengan 4,3 juta transistor. Semua K5 memiliki lima blok integer dan satu blok floating point. Cache instruksi adalah 16 KB, dan data adalah 8 KB. Kecepatan jam prosesor berkisar antara 75 MHz hingga 133 MHz.



Prosesor AMD K5

Di bawah nama merek K5, dua versi prosesor SSA / 5 dan 5k86 diproduksi. Yang pertama bekerja pada frekuensi dari 75 MHz hingga 100 MHz. Prosesor 5k86 bekerja pada frekuensi dari 90 MHz hingga 133 MHz.

Pada tahun 1997, perusahaan memperkenalkan prosesor K6, yang arsitekturnya sangat berbeda dari K5. Prosesor diproduksi menggunakan teknologi proses 350-nanometer, termasuk 8,8 juta transistor, mendukung perubahan dalam urutan pelaksanaan instruksi, satu set instruksi MMX, dan blok floating-point. Luas kristal 162 mm². Cache dari level pertama berjumlah 64 Kb (32 Kb data dan 32 Kb instruksi). Prosesor bekerja pada frekuensi 166 MHz, 200 MHz dan 233 MHz. Frekuensi bus sistem adalah 66 MHz.

Pada tahun 1998, AMD merilis chip dengan arsitektur K6-2 yang ditingkatkan, dengan 9,3 juta transistor diproduksi menggunakan teknologi proses 250-nanometer. Frekuensi chip maksimum adalah 550 MHz.



Prosesor AMD K6

Pada tahun 1999, generasi ketiga dirilis - arsitektur K6-III. Kristal mempertahankan semua fitur K6-2, tetapi pada saat yang sama cache built-in dari tingkat kedua dengan kapasitas 256 KB muncul. Volume cache tingkat pertama adalah 64 Kb.

Prosesor AMD K7

Pada tahun 1999 yang sama, K6 digantikan oleh prosesor K7. Mereka diproduksi menggunakan teknologi 250nm dengan 22 juta transistor. CPU memiliki unit integer baru (ALU). Bus sistem EV6 menyediakan transmisi data pada kedua sisi sinyal clock, yang memungkinkan untuk memperoleh frekuensi efektif 200 MHz pada frekuensi fisik 100 MHz. Cache tingkat pertama adalah 128 Kb (64 Kb instruksi dan 64 Kb data). Cache level kedua mencapai 512 Kb.



Prosesor AMD K7

Beberapa saat kemudian, kristal yang didasarkan pada inti Orion muncul. Mereka diproduksi sesuai dengan teknologi proses 180 nm.

Rilis kernel Thunderbird memperkenalkan perubahan yang tidak biasa pada prosesor. Cache tingkat 2 ditransfer langsung ke inti prosesor dan bekerja pada frekuensi yang sama dengannya. Cache itu dengan kapasitas efektif 384 KB (128 KB cache di tingkat pertama dan 256 KB cache di tingkat kedua). Frekuensi clock bus sistem telah meningkat - sekarang beroperasi dengan frekuensi 133 MHz.

Prosesor Intel P6

Arsitektur P6 menggantikan P5 pada tahun 1995. Prosesornya superscalar dan mendukung perubahan dalam urutan operasi. Prosesor menggunakan bus independen ganda, yang secara signifikan meningkatkan bandwidth memori.

Pada tahun 1995 yang sama, prosesor Pentium Pro generasi berikutnya diperkenalkan. Kristal bekerja pada frekuensi 150 MHz - 200 MHz, memiliki 16 KB cache di level pertama dan hingga 1 MB cache di level kedua.



Prosesor Intel Pentium Pro

Pada tahun 1999, prosesor Pentium III pertama kali diperkenalkan. Mereka didasarkan pada generasi baru inti P6 yang disebut Katmai, yang merupakan versi modifikasi dari Deschutes. Dukungan untuk instruksi SSE ditambahkan ke kernel, dan mekanisme untuk bekerja dengan memori ditingkatkan. Frekuensi clock prosesor Katmai mencapai 600 MHz.

Pada tahun 2000, prosesor Pentium 4 pertama dengan inti Willamette dirilis. Frekuensi efektif bus sistem adalah 400 MHz (frekuensi fisik - 100 MHz). Cache level pertama mencapai volume 8 KB, dan cache level kedua mencapai 256 KB.

Inti baris berikutnya adalah Northwood (2002). Prosesor berisi 55 juta transistor dan diproduksi menggunakan teknologi CMOS 130-nm baru dengan senyawa tembaga. Frekuensi bus sistem adalah 400 MHz, 533 MHz atau 800 MHz.



Intel Pentium 4

Pada tahun 2004, produksi prosesor kembali ditransfer ke standar teknologi yang lebih halus - 90 nm. Pentium 4 pada inti Prescott dirilis. Cache data tingkat pertama meningkat menjadi 16 Kb, dan cache tingkat kedua mencapai 1 MB. Frekuensi clock adalah 2,4 GHz - 3,8 GHz, frekuensi bus sistem - 533 MHz atau 800 MHz.

Core terakhir yang digunakan dalam prosesor Pentium 4 adalah Cedar Mill single-core. Diproduksi oleh teknologi proses baru - 65 nm. Ada empat model: 631 (3 GHz), 641 (3,2 GHz), 651 (3,4 GHz), 661 (3,6 GHz).

Prosesor Athlon 64 dan Athlon 64 X2

Pada akhir tahun 2003, AMD merilis arsitektur K8 64-bit baru, yang dibangun pada teknologi proses 130-nanometer. Prosesor memiliki pengontrol memori terintegrasi dan bus HyperTransport. Dia bekerja pada frekuensi 200 MHz. Produk AMD baru disebut Athlon 64. Prosesor mendukung banyak set instruksi, seperti MMX, 3DNow!, SSE, SSE2 dan SSE3.



Prosesor Athlon 64

Pada tahun 2005, prosesor AMD bernama Athlon 64 X2 memasuki pasar. Ini adalah prosesor desktop dual-core pertama. Model ini didasarkan pada dua core yang dibuat pada kristal tunggal. Mereka memiliki pengontrol memori yang umum, bus HyperTransport, dan antrian perintah.



Prosesor Athlon 64 X2

Selama 2005 dan 2006, AMD merilis empat generasi chip dual-core: tiga core Manchester 90-nm, Toledo dan Windsor, serta core Brisbane 65-nm. Prosesor berbeda dalam ukuran cache level kedua dan konsumsi daya.

Prosesor Intel Core.

Prosesor Pentium M memberikan kinerja lebih dari prosesor desktop berdasarkan mikroarsitektur NetBurst. Dan oleh karena itu, keputusan arsitektur mereka menjadi dasar untuk mikroarsitektur Core, yang dirilis pada tahun 2006. Prosesor desktop quad-core pertama adalah Intel Core 2 Extreme QX6700 dengan frekuensi clock 2,67 GHz dan 8 MB cache di tingkat kedua.

Nama kode untuk prosesor mobile generasi pertama Intel adalah Yonah. Mereka diproduksi menggunakan teknologi proses 65 nm, berdasarkan arsitektur Banias / Dothan Pentium M, dengan tambahan teknologi perlindungan LaGrande. Prosesor dapat memproses hingga empat instruksi per siklus clock. Core telah mendesain ulang algoritma untuk memproses instruksi 128-bit SSE, SSE2 dan SSE3. Jika sebelum setiap perintah diproses dalam dua ukuran, sekarang hanya satu ukuran yang diperlukan untuk operasi.



Intel Core 2 Extreme QX6700

Pada 2007, mikroarsitektur Penryn 45nm menggunakan gerbang logam Hi-k bebas timah keluar. Teknologi ini digunakan dalam keluarga prosesor Intel Core 2 Duo. Dukungan untuk instruksi SSE4 ditambahkan ke arsitektur, dan jumlah cache maksimum di level 2 prosesor dual-core meningkat dari 4 MB menjadi 6 MB.



Prosesor AMD Phenom II X6

Pada tahun 2008, arsitektur generasi berikutnya, Nehalem, dirilis. Prosesor memperoleh pengontrol memori terintegrasi yang mendukung 2 atau 3 saluran DDR3 SDRAM atau 4 saluran FB-DIMM. Alih-alih bus FSB, bus QPI baru datang. Tembolok level 2 dikurangi menjadi 256 KB per inti.



Intel Core i7

Segera, Intel memindahkan arsitektur Nehalem ke teknologi proses 32nm baru. Garis prosesor ini disebut Westmere.
Model pertama dari mikroarsitektur baru adalah Clarkdale, yang memiliki dua inti dan inti grafis terintegrasi, yang diproduksi oleh teknologi proses 45-nm.

Prosesor AMD K10

Perusahaan AMD berusaha mengimbangi Intel. Pada tahun 2007, ia merilis generasi arsitektur mikroprosesor x86 - K10. Empat core prosesor digabungkan dalam satu chip. Selain cache level 1 dan 2, model K10 akhirnya mendapat L3 dari 2 MB. Cache data dan instruksi pada level 1 masing-masing 64 Kb, dan cache level 2 adalah 512 Kb. Ada juga dukungan yang menjanjikan untuk pengontrol memori DDR3. K10 menggunakan dua pengontrol 64-bit. Setiap inti prosesor memiliki modul floating-point 128-bit. Selain itu, prosesor baru ini bekerja melalui antarmuka HyperTransport 3.0.

Pada 2007, CPU multi-core AMD Phenom untuk PC desktop dirilis dengan arsitektur K10. Solusi berdasarkan K10 diproduksi menggunakan teknologi proses 65- dan 45-nm. Dalam versi baru arsitektur (K10.5), pengontrol memori bekerja dengan memori DDR2 dan DDR3.



Prosesor AMD Phenom

Pada tahun 2011, arsitektur Bulldozer baru dirilis. Setiap modul berisi dua core dengan blok integernya sendiri dan cache level 1. Memori cache yang didukung adalah level ketiga 8 MB, HyperTransport 3.1 bus, teknologi untuk meningkatkan frekuensi generasi inti Turbo Core dan set instruksi AVX, SSE 4.1, SSE 4.2, AES. Prosesor bulldozer juga diberkahi dengan pengontrol memori DDR3 dual-channel dengan frekuensi efektif 1866 MHz.



AMD Bulldozer Processor

Pada 2013, perusahaan memperkenalkan generasi prosesor berikutnya - Piledriver. Model ini adalah arsitektur Bulldozer yang lebih baik. Blok prediksi cabang telah disempurnakan, dan kinerja floating point dan modul komputasi integer telah meningkat, serta kecepatan clock.

Melihat melalui sejarah, Anda dapat melacak tahapan pengembangan prosesor, perubahan arsitektur mereka, peningkatan teknologi pengembangan dan banyak lagi. CPU modern berbeda dari yang keluar sebelumnya, tetapi pada saat yang sama mereka memiliki fitur umum.

Source: https://habr.com/ru/post/id392175/