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发表于 2004-12-13 22:49 |只看该作者 |倒序浏览

HP篇

目前，在中高档服务器/工作站中采用RISC架构的服务器CPU除了IBM和SUN两家外，还有HP 的PA-RISC服务器处理器和康柏（现在也属于HP）的Alpha处理器以及MIPS公司的MIPS处理器。本文就来先来讨论HP服务器CPU产品。

HP 的PA-RISC服务器CPU
总部位于美国加州Palo Alto的HP公司创建于1939年。当时，在一间狭窄的车库里，两位年轻的发明家比尔·休利特和戴维·帕卡德，怀着对未来技术发展的美好憧憬和发明创造的激情，开始了硅谷的创业之路。在经过了65年的发展过程后，HP公司现已成为全球领先的面向大中小型企业、研究机构和个人用户的技术解决方案提供商。Compaq 计算机公司是 1982 年在美国德州休斯顿的一家饼店里成立的，2002 年与 Compaq 计算机公司的合并铸造了一个新HP拥有 14 万员工、可以在 178 个国家用 40 多种货币及十几种语言进行商业活动的强大且具有生命力的团队。
PA-RISC架构是HP早期学习与设计，从FOCUS CPU发展而来的世界上最早的32位微处理器。FOCUS CPU是在1984年之前本身建立指令组合而堆叠的一枚极大的薄片(450.000 FETs)；有关FOCUS 架构可参考HP 9000资料中说明。寄存器结构的PA-RISC处理器指定是为了代替在HP 3000服务器使用早期的16位堆栈结构处理器和在HP Unix 工作站和服务器使用的Motorola 680x0 CPU。
最早的HP RISC PA-7000 CPU是32位的，具有14.2 x 14.2 mm2 ， 580000 FETs， 1.0 micron，2-layer CMOS，off-chip caches 可以达到 256KB/256KB I/D；采用5.0 V 核心电压66 MHz 频率。
PA-7100 是一个发行超过指令的 superscalar 处理器。它是第一个集成在ALU 和 FPU板单一钢模上，而且具有较低的制造价格；PA-7100 和它的指令隐藏所之间的频道已经达到两倍，使这一个处理器能够当做在上面描述指令水平；多样的连续指令被处理器接受并且同时地派遣到独立的完整事物和漂浮的点单元。
也有一个 PA-RISC处理器称做 7150，它基本上是相同于 7100，但是由于对核心和隐藏所次要系统的允许时钟频率达到 125 MHz。

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PA-7100 LC 整合FPU 和 MIOC(memory and I/O controller) 一枚VLSI 芯片 cache上的处理器，处理器和 FPU 支援 PA-RISC 1.1 版本 3 ISA 。PA-7200 从最初的 PA-7100 基础上设计而来，核心部分采用0.55个微米处理器，有较大的cache；它不仅适用于高速目的应用而且还可以采用高带宽接口的大型网络专门应用。

PA-7300 LC 是 PA-7100 LC 的直接后裔并且同样地设计来作为廉价的系统。它是一个 PA-RISC 1.1 3rd 32 位处理器，与我们后面介绍的64 位PA-8000架构相反。这是最后一个 PA- RISC 1.1 版处理器，以后所有的工作站和处理器都转变为 PA2.0 处理器。具体的性能参数在下面的表中有所说明。

上面介绍的PA-7000系列RISC 服务器CPU都是32位。1986年，HP发布了代号为PA-8000的第一款64位芯片，主频为180MHz。这款芯片在原来芯片系列的基础上增加了寄存器的个数，并实现了5个指令的无序处理，处理机被设计来作高消费阶层的系统和支援新的 64个位元的 PA-RISC 2.0 架构。芯片在一个 0.5 微米，3.3 V 互补型金属氧化半导体程序中被制造，造成 17.68 x19.mm和380万个电晶体的钢模；CPU可以达到768 MB/s系统总线，执行处理器指令和数据，而且是为多重处理提供。
PA-8200芯片设计时就考虑过已经存在PA-8000的架构，吸取它的优势兼容应用程序，并且很快就上市销售；采用较快速的新4 Mb SRAM和增加处理器时钟，PA-8200 绩效重要地可能被提高，在等候指令和数据执行的时间被减少；这主要一般是芯片增加了 BHT，TLB 和 caches，是 “高利益，低危险”一大进步。PA－8200具有向上的应用程序二进兼容性，可最大限度保护用户投资。
当一个极大的 L1 高速缓冲存储器已经在处理器一钢模上被直接地整合的时候，PA-8500 是 PA-8000 和 PA-8200 处理器的直接优化；很大程度上打破了HP传统芯片的研发方式（主要是在芯片中增加1.5Mb L1缓存）。其他的优点包括较大的 TLB 和 BHT 身为 PA-RISC 2.0 版系列产品的一个成员，PA-8500 是有内定的 64个位元的整数算术的一个真实的 64 位元芯片。它支持 64个位元的虚地址空间，虽然芯片输出 40 实际的位址位元。这符合直接可寻址的存储器的一个兆位元 (240个字节) 。芯片也支援 32个位元的定址，提供向后的 PA-7100 和 PA-7200 处理机的兼容。
PA-8600 基本上只是有要使它适宜在一种新的制造业程序之上的较小修改的 PA-8500，为了要达成较高的时钟速度。对最初的设计被应用的唯一真正的变化之一是指令的一个类似的 LRU 替换策略存贮。而且总线的介面显然地被稍微地修改以及被重做的总线处理的命令。
PA-8700芯片采用0.18微米的制造工艺，其主频已经达到了800MHz以上。PA-8700也基本上是对PA-8500核心做了微小的的修改，就如同以前所有的 PA-8x00 处理器一样，逻辑地非常接近1997年最初的 PA-8000 核心；当推出基本的 PA-RISC 2.0 版核心的时候，以至于所有后来 HP 的的新处理器，都是以这一个设计为基础而且增加了一些功能和一些针对的微小修正它。
当出现新的CMOS处理器的时候，PA-8700 则重要地提高了通用芯片 L1 caches 和 TLB推进时钟频率。PA-8700 处理器是被 IBM 制造生产出来的，与 PA-8500 和 PA-8600 一样，就如同它们是被Intel生产出来的，因为 HP很早就放弃它的CPU生产工厂。
新一代的PA-RISC 8800工作频率800MHz或是1GHz，系统带宽6.5GB/s，可以支持最大24GB DDR内存。处理器内部则具有1.5MB的L1缓存，以及惊人的32MB L2缓存。这款处理器需要惠普的ZXT芯片组支持，ZXT芯片组比起之前的产品不仅降低了内存延迟，同时也提高了内存容量以及带宽。新款处理器PA-RISC 8800已经应用到HP的高端的服务器产品中。
对于新一代HP 9000服务器用户来说，未来既可以升级到HP Integrity动能服务器，也可以在下一代PA-RISC处理器PA-8900（双核心）投入使用时升级到基于PA-8900处理器的HP 9000服务器上，而且都可以全面采用“箱内升级”的方式。原本预定中的 PA-8900 处理器应该就是HP PA-RISC 的绝响。

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作者点评：根据惠普RISC处理器的发展蓝图，HP PA-8800和PA-8900将分别与IA-64构架的Itanium 2（McKinley）和Itanium 3（Deerfield）同期上市。在它们之后，惠普的PA-RISC处理器家族将从市场上撤退，来给IA-64构架的新处理器让路。
自从2002年惠普收购康柏，惠普成为了Alpha芯片的新主人。惠普将要面对这个棘手的问题，即在扩展基于新的64位构架（IA64）系统生产线的同时，是否还要生产正在走下坡路的另外两个系列的产品（PA-RISC和Alpha）。目前惠普公司正在逐步地淘汰Alpha处理器，并将现有的Alpha系统用户转移到安腾平台上。HP已经不打算再做CPU了，转而与Intel合作，原因就在于PA-RISC和Alpha的规模难以上去，研发和制造成本太高。

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发表于 2004-12-13 23:08 |只看该作者

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IBM篇

大家知道，自从20世纪70年代RISC （Reduced Instruction Set Computing，精简指令集计算）技术推出以来，高性能微处理器设计的中心从半导体厂商转向了系统厂商。由于其优化的指令系统带来的运算速度的提高等优势，使得RISC技术在80年代后期，逐渐在高端服务器和工作站领域中取代了CISC （Complex Instruction Set Computing，复杂指令集计算）成为主流的微处理器设计架构之一（见下表）。

随着RISC架构的提出，各个具备一定技术实力的厂家开始在这个架构的基础上研发出自己的处理器，经过近二十年的发展，生产芯片的厂家经历了各种分分合合，到目前为止，我们见到的主流RISC芯片主要有PowerPC、SPARC、PA-RISC、MIPS等，这些芯片分别由重要的服务器厂商用来作为其高端服务器产品和工作站的核心。几乎无一例外地，各种大型计算机和超级服务器都采用RISC架构的处理器，RISC处理器已经逐渐成为高性能计算机的代名词，这也就是我们平时所指的Unix服务器阵营。

本文主要介绍服务器CPU之一 ——IBM的Power系列CPU。

IBM，即国际商业机器公司，1914年创建于美国，是世界上最大的信息工业跨国公司，目前拥有全球雇员20多万人，业务遍及150多个国家和地区。
IBM拥有综合先进技术与结构的全系列产品，包括新一代基于CMOS的并行企业服务器、首次采用64位RISC技术的AS/400高级系列、基于高性能PowerPC604微处理器的新RS/6000系列以及广泛的软件和网络产品等。在复杂的网络管理、系统管理、密集型事务处理、庞大数据库、强大的可伸缩服务器、系统集成等方面，IBM具有强大的优势。
PowerPC 中的 PC 代表 performance computing。PowerPC 源自于 POWER 体系结构，在 1993 年首次引入。与IBM 801 类似，PowerPC 从一开始设计就是要在各种计算机上运行：从靠电池驱动的手持设备到超级计算机和大型机。
20世纪90年代，IBM、Apple和Motorola共同开发了PowerPC，这款RISC架构的芯片的主要特点是可伸缩性好、方便灵活。第一代PowerPC代号为601，采用了0.6微米的生产工艺，晶体管的集成度接近300万个。1998年，铜芯片问世，开创了一个新的历史纪元。2000年，IBM开始大批推出采用铜芯片的产品，如RS/6000的X80系列服务器产品等。铜技术的诞生使CPU的生产工艺达到了0.2微米的水平，单芯片集成度达到2亿，大大提高了服务器产品的运算性能。

PowerPC 600 系列

PowerPC 601 是第一代 PowerPC 系列中的第一个芯片。它是 POWER 和 PowerPC 体系结构之间的桥梁，其与 POWER1 的兼容性比以后的 PowerPC 都要好（甚至比 POWER 同一系列的芯片还要好），同时它还兼容 Motorola 88110 总线。PowerPC 601 的首次面世是在 1994 年最早的 PowerMac 6100 中，其主频为 66 Mhz。这条产品线中的下一个芯片是 603，它是一个低端的核心，通常在汽车中可以找到。它与 PowerPC 603 同时发布，当时 PowerPC 604 是业界最高端的芯片。603 和 604 都有一个“e”版本（603e 和 604e），该版本中对性能进行了改善。最后，第一个 64 位的 PowerPC 芯片，也是很高端的 PowerPC 620 于 1995 年发布。

PowerPC 700 系列

首次面世是在 1998 年，PowerPC 740 和 PowerPC 750 与 604e 非常类似，有些人会说他们是同一个 600/700 系列的成员。PowerPC 750 是世界上第一个基于铜的微处理器，当它用于 Apple 计算机时，通常称为 G3。它很快就被 G4（或称为 Motorola 7400）所取代了。32 位的 PowerPC 750FX 在 2002 年发布时其速度就达到了 1GHz，这在业界引起一片哗然。IBM 随之在 2003 年又发布了 750GX，它带有 1MB 的 L2 缓存，速度是 1GHz，功耗大约是 7 瓦。

PowerPC 900 系列

64 位的 PowerPC 970，这是 POWER4 的一个单核心版本，可以同时处理 200 条指令，其速度可以超过 2GHz，而功耗不过几十瓦。低功耗的优势使其一方面成为笔记本和其他便携式系统的宠儿，另一方面又成为大型服务器和存储设备的首选品。它 64 位的处理能力和单指令多数据（SIMD）单元可以加速计算密集型的应用，例如多媒体和图形。这种芯片用于 Apple 的桌面系统、Xserve 服务器、图像系统以及日益增长的网络系统中。Apple Xerve G5 是第一个装备 PowerPC 970FX 的机器，这是第一个采用应变硅和绝缘硅技术制造的芯片，可以只需更低的功耗就实现更高的速度。

PowerPC 400 系列

这是 PowerPC 处理器中的嵌入式系列产品。PowerPC 的灵活性体系结构可以实现很多的专用系统，但是从来没有其他地方会像 400 系列一样灵活。从机顶盒到 IBM 的“蓝色基因”超级计算机，到处都可以看到它的身影。在这个系列的一端是 PowerPC 405EP，每个嵌入式处理器只需要 1 瓦的功耗就可以实现 200 MHz 的主频；而另一端是基于铜技术的 800 MHz 的 PowerPC 440 系列，它可以提供业界最高端的嵌入式处理器。每个子系列都可以专用，例如，PowerPC 440GX 的双千兆以太网和 TCP/IP 负载加速可以减少报文密集型应用对 CPU 的占用率 50% 以上。大量的产品都是在对 PowerPC 400 系列的核心进行高度修改而构建的，其中“蓝色基因”超级计算机就在每个芯片中采用了两个 PowerPC 440 处理器和两个 FP（浮点）核心。

POWER 是 Power Optimization With Enhanced RISC 的缩写，是 IBM 的很多服务器、工作站和超级计算机的主要处理器。POWER 芯片起源于 801 CPU，是第二代 RISC 处理器。POWER 芯片在 1990 年被 RS 或 RISC System/6000 UNIX 工作站（现在称为 eServer 和 pSeries）采用，POWER 的产品有 POWER1、POWER2、POWER3、POWER4，现在最高端的是 POWER5。POWER5 处理器是目前单个芯片中性能最好的芯片。
801 的设计非常简单。但是由于所有的指令都必须在一个时钟周期内完成，因此其浮点运算和超量计算（并行处理）能力很差。POWER 体系结构就着重于解决这个问题。POWER 芯片采用了 100 多条指令，是非常优秀的一个 RISC 体系结构。下面对每种 POWER 芯片简单进行一下介绍：

Power 1

发布于 1990 年，每个芯片中集成了 800,000 个晶体管。与当时其他的 RISC 处理器不同，POWER1 进行了功能划分，这为这种功能强大的芯片赋予了超量计算的能力。它还有单独的浮点寄存器，可以适应从低端到高端的 UNIX 工作站。最初的 POWER1 芯片实际上是在一个主板上的几个芯片；后来很快就变成一个 RSC（RISC 单一芯片），其中集成了 100 多万个晶体管。POWER1 微处理器的 RSC 实现被火星探险任务用作中央处理器，它也是后来 PowerPC 产品线的先驱。

Power 2

发布于 1993 年，一直使用到 1998 年：每个芯片中集成了 1500 万个晶体管。POWER2 芯片中新加了第二个浮点处理单元（FPU）和更多缓存。PSSC 超级芯片是 POWER2 这种 8 芯片体系结构的一种单片实现，使用这种芯片配置的一个 32 节点的 IBM 深蓝超级计算机在 1997 年击败了国际象棋冠军 Garry Kasparov。

Power 3

发布于 1998 年，每个芯片中集成了 1500 万个晶体管。第一个 64 位对称多处理器（SMP），POWER3 完全兼容原来的 POWER 指令集，也可以与 PowerPC 指令集很好地兼容。POWER3 设计用来从事从太空探测到天气预报方面的科技计算应用。它特有一个数据预取引擎，无阻塞的交叉数据缓存，双浮点执行单元，以及其他一些很好的设计。POWER3-II 使用铜作为连接介质重新实现了 POWER3，这样以相同的价格可以获得两倍的性能。

Power 4

发布于 2001 年，每个芯片中集成了 1 亿 7400 万个晶体管。采用 0.18 微米的铜和 SoI（绝缘硅）技术，POWER4 是目前市场上单个芯片功能最强大的芯片。POWER4 继承了 POWER3 芯片的所有优点（包括与 PowerPC 指令集的兼容性），但是采用的却是全新的设计。每个处理器都有 2 个 64 位的 1GHz+ 的PowerPC 核心，这是第一个单板上具有多核心设计的服务器处理器（也称为“片上 CMP”或“片上服务器”）。每个处理器都可以并行执行 200 条指令。POWER4+（也称为 POWER4-II）功能与之类似，但是主频更高，功耗更低。现在，1GHz的Power4处理器已经推出，该产品率先采用0.11微米工艺，晶体管集成度达到1.7亿。

Power 5

于2004 年4月发布。与 POWER3 和 POWER4 芯片类似，POWER5 是 POWER 和 PowerPC 体系结构的一种综合体。这种芯片具有很多特性，例如通信加速、芯片多处理器、同步多线程等等，新研发的POWER 5微处理器是一款新一代的64位微处理器，它除了在性能方面得到明显提高外，在可扩展性、灵活性和可靠性方面也有所加强。基于Power 4及Power 4+的设计，POWER 5增加了并发多线程能力（SMT），可以将一个处理器转变为两个处理器，从而允许一个芯片同时运行两个应用，由此大大降低了完成一项任务所需要的时间。一个POWER5系统最终将支持多达64个处理器，这样从软件运行角度来看，就好像是128个处理器在工作。

POWER5芯片具有27,600万个晶体管，比最初的POWER4芯片（具有17,400万个晶体管）多10,000万个。芯片面积为389平方毫米，包括2313个信号I/O和3057个电源I/O。 POWER5的设计是IBM系统设计师、芯片架构设计师、软件工程师和技术人员紧密协作的成果。它所采用的基础技术有效保证了IBM eServer服务器在占用更小的空间（通过逻辑分区实现）的条件下为客户提供更高的性能。

Power处理器及高端RISC服务器如下：

Power4和Power5特性的对比如下：

POWER5和Itanium及Opteron规格对比如下：

说明：Power系列处理器的未来路线图----现在占市场主流的是Power4，今年推出Power5，2005年是速度更快的Power5+；2006年和2007年将推出Power6和Power6+；2008年推出Power7，之后是Power7+。系统方面也随之升级，从AIX 的4.3版本到5.1、5.2，一直到今天的5.3版本。

下面是 IBM 在半导体领域所取得的最新突破：

铜介质
半导体业界一直有梦想能使用铜作为介质，这样可以获得比铝好 40% 以上的电流传输效率。但是直到最近制造流程才实现了这个目标。让我们从 Edison 的笔记本中翻出一页：IBM 的研究人员使用钨来生产基于铜的芯片，其速度比铝快 25倍到 30倍。科技界采用了这种技术，通常称之为 CMOS XS （其中 X 是一个数字）。

low-k 绝缘体
这种技术使用 SiLK 来防止铜线“串扰”，SiLK 是来自 Dow Chemical 的一种商业材料。

硅锗合金（SiGe）
在二极管芯片制造中用来代替功耗更高的砷化镓，SiGe 可以显著地改善操作频率、电流、噪音和电源容量。

绝缘硅（SoI）
在硅表面之间放上很薄的一层绝缘体，可以防止晶体管的“电子效应”，这样可以实现更高的性能和更低的功耗。

应变硅
这种技术对硅进行拉伸，从而加速电子在芯片内的流动，不用进行小型化就可以提高性能和降低功耗。如果与绝缘硅技术一起使用，应变硅技术可以更大程度地提高性能并降低功耗。

作者点评：在最近 10 年中，IBM 在半导体领域实现了一个又一个的突破：铜技术，绝缘硅，硅锗合金，应变硅和 low-k 绝缘体，这些新技术给它的服务器CPU发展奠定了扎实的基础。IBM的Power结构体系为广泛的处理器提供了技术基础，包括IBM的高端服务器芯片，以及到为计算机，服务器，手持设备和网络产品设计的PowerPC处理器。

Power4处理器主要用于高端Unix服务器，Power5处理器用途更加广泛，可用于刀片式服务器。分区的功能也得到了改善，Power4处理器允许将分区设置为单个处理器的大小，Power5处理器允许进行数百个分区。目前POWER5由于很好地解决了自身的发热问题，使得应用范围可以延伸到从低端到高端的所有系列服务器当中，中小企业无疑将成为最大的受益者。

随着POWER5的发布，该产品将直接面对Itanium和Opteron的市场竞争，IBM则认为：“POWER5绝对比Itanium-2更有效率。至于Opteron，经过power5在缓存和核心结构的成功改良，没人能够阻挡POWER5的进攻”。

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SUN篇[/center]

Sun公司成立于1982年，总部设在美国加州硅谷。Sun公司于1986年上市，在NASDAQ 的标识为SUNW。
Sun公司是世界上最大的Unix系统供应商，产品有UltraSPARC系列工作站、服务器和存储器等计算机硬件系统，Solaris操作环境和Java系列开发工具和应用软件，以及企业服务等，并以其灵活性、高缩放性、可靠性和可用性等性能赢得各行业客户的青睐。

下面还是让我们来看一看SUN 服务器SPARC（UltraSPARC）处理器产品。

1987年，Sun和TI公司合作开发了RISC架构的微处理器----SPARC，这是业界出现的第一款有可扩展性功能的微处理器。SPARC（Scalable Processor ARChitecture），即可扩展性处理架构，SPARC处理器为SUN的产品提供了强劲的动力。

SPARC 是基础架构的之中一个，SPARC 国际公司在1989成立，作为一个独立非盈利性组织，监督和引导SPARC 演变。SPARC 架构是开放标准技术，在计算机行业以SPARC 商标登记在全世界有160个国家。SPARC 架构被证明是广泛被接受的技术为系统在财政、学术、工业、使命重要和一定互联网市场上。
SPARC 是逻辑选择为简单地要求，嵌入应用因为SPARC 开发环境简化了复杂设计的创作在短时间线。以超过二百万位开发商和30000 种应用， SPARC 社区等级在世界之中的最大当SPARC 定义连续展示这个开放式体系结构的例外通用性。
基于RISC 的 Scalable Processor ARChitecture处理器在功能从小数字照相机对大计算机主机类UNIX 服务器的功率设备，这微处理器架构是由SPARC 国际（SI）来负责的。
Sun Microsystems出版版本7 的SPARC Architecture和提出第一个SPARC 处理器的世界。这个16MHz，32 位SPARC 86900“Sunrise” 处理器被实施了在一对20000 门Fujitsu gate-array 芯片，使用供给Sun 4/260 工作站动力。

1990 年SPARC 国际出版版本8 的SPARC Architecture，以几种关键改进譬如硬件multiply/divide的 MMU 作用，支持对于128 位浮点运算。

出版版本9 规格，于1993 年被推出，增加了支持对于64位地址和数据类型，包括处理器从Sun(UltraSPARC) 到Fujitsu(SPARC64) 。多年来，主导产业的SPARC Architecture 供给各种各样的系统动力包括服务器、工作站、膝上计算机、VME/PCI 委员会、存贮系统、网络开关、设置上面箱子和数字照相机。

基于RISC 的SPARC Architecture 的建立的架构，提供足够的“净空高度” ，产生对集会未来的计算的要求巨型的处理器可测量性的视觉。现在，某一基于SPARC 的系统标度每系统可以在100 个处理器之外。微处理器在下一个十年将面对许多挑战，有效地处理被期望的工作量在区域譬如多媒体、安全和通信。SPARC 微处理器合并朴实和可测量性的独特的组合，很好地被安置接受这些挑战；当需要维护二进制兼容性时，能很好地保护客户的软件投资。

   在SPARC处理器之后不久，随后出现了64位高性能的UltraSPARC 处理器，为Sun公司的工作站和服务器提供了发展原动力。Sun的系统架构提供了一种非常平衡的性能，系统部件（和内存）组合起来加速了应用序列的每个部分；高速I/O和网络，与高速互连部件一起提高了数据获取速度。 UltraSPARC CPU 提供了超级计算能力，并驱动数据流通过互连部件（UPA，Gigaplane Bus和Fireplane Interconnect）维持高速处理。

上图显示了系统的各部分如何在一个平衡的架构内全速工作，保证应用运行得更好：它们不会在系统的某个部分遇到瓶颈。
对于要求高级图形和多媒体能力的系统，Sun的UltraSPARC是第一种集成了2-D和3-D影像和图形的处理器。 VIS是一组加速多媒体、影像处理和网络应用的指令集，这使得UltraSPARC处理器与众不同。 VIS RISC 指令集扩展了SPARC-v9架构。VIS是嵌入于UltraSPARC处理器中的单指令多数据(SIMD:Single Instruction Multiple Data) 代码。UPA连接UltraSPARC处理器、内存、I/O子系统和图形卡。为多任务、多处理器环境特别设计，UPA连接适用于大量数据的在系统中高速流动，增强了整个系统的性能。

UltraSPARC IIe微处理器采用0.18μm 6层金属连线工艺，370引脚、49.5mm CPGA封装;内部集成了256-KB二级高速缓存、32位标准66MHz PCI总线、高性能SDRAM控制器和内存接口。该处理器的功耗性能是专为嵌入应用而优化的，对1.5伏的400MHz处理器来说，其功耗估计最多为8瓦，而1.7伏的500MHz处理器，功耗最多则为13瓦。此外，附加的内置功率管理功能使休眠状态时最多耗能3瓦，符合Energy Star的要求。
UltraSPARC IIe处理器现有400MHz和500MHz两种频率，与UltraSPARC处理器全系列产品实现完全的应用软件二进制兼容。为了帮助用户快速设计嵌入产品，Sun还提供设计套件和全套文本资料。设计套件不仅提供参考指南，可评估性能，还为软件移植和定制应用提供了平台。
它是首个服务于嵌入应用系统的高度集成的64位产品，适用于电信、网络基础设施和ISP市场，为它们提供SPARC结构所具备的可靠性、可用性和可扩展性，可降低系统整体成本、缩短产品面市时间并增强系统整体性能。

SUN推出的UltraSPARC IIi处理器是为了解决64位计算和低端的工作站系统。此款处理器给人一个高度集成鲜明感觉，采用高效和低价系统设计；在许多英特网和企业服务器里使用的UltraSPARC IIi处理器也是基于64位版本9 的SPARC Architecture；它以低能耗，高可靠性和可扩展性，广泛用于运用在数据中心、英特网、电信和企业的网络环境中。

Sun的UltraSPARC Ⅲ微处理器可提供更加灵活的扩展方法。芯片可从两路处理扩展到数百路的处理操作，而无需重新设计大量的硬件及软件。UltraSPARC Ⅲ处理器采用Sun的独特设计方法，无需使用外部的存储器控制器。独立的控制器为系统总线增添了额外的负载，而UltraSPARC Ⅲ处理器与存储器直接对话，从而减少了这一负载。因此，存储器容量及性能可随着处理器的增加自然扩展。
UltraSPARC Ⅲ处理器就是针对新兴网络计算设计的，处理器具有更高的时钟频率，更少的延误时间，可提供因特网要求的极高性能。UltraSPARC Ⅲ处理器还支持高度灵活的多处理环境，因此，选择它作为新兴因特网业务的处理器，可快速扩展，满足不断增长的计算要求。Ultra SPARC Ⅲ的工作频率有900MHz、750MHz和600MHz三种。与以前的UltraSPARC Ⅱ相比，UltraSPARC Ⅲ运行程序的速度要快一倍。

UltraSparc IIIi为每个处理器配备1MB的2级缓存，SPARC IIIi这个代号中的“i”所隐含的意思是“集成（Integration）”。也就是说，这个处理器具有极高的集成性，其中包括了存储及I/O控制器、大量的芯片内缓存以及有效降低系统复杂度的系统总线。对于某些特定的应用，SPARC IIIi在降低成本方面效果十分显著。Sun公司的中低端服务器采用专用处理器SPARC IIIi，它是针对1～4个处理器的环境而专门设计的，同时确保了最高标准的RAS能力。因此，Sun UltraSPARC IIIi处理器仍然是低端Unix服务器的上好之选。

SUN公司在其2002年年会上正式发布了采用0.13微米工艺和铜导体技术打造的64位UltraSPARC III Cu 1200处理器。由于采用了0.13微米制造工艺，新型1.2GHz的UltraSPARC III Cu处理器电耗比原先采用0.15微米技术打造的1.05 GHz SUN处理器降低了14%，也就是从75W电耗降低到了53W电耗。降低幅度为30％。Sun以更低的耗散功率和更小尺寸的芯片，降低了系统的运行成本，使系统计算密度的潜力又一次获得提升，还特别改善了系统的RAS特性(可靠性、可用性和可维护性)。
Sun的UltraSPARC III Cu 1200新处理器，以及新一代服务器动态重构软件的发布，将网格计算提高到企业系统阶段。它比用于IBM Power4 和Intel 安腾2的180毫微米的生产工艺整整前进了一代。这一更精细的工艺技术还使处理器芯片尺寸大大减少，这使芯片制造成本再次降低，进一步巩固了UltraSPARC III处理器是业界最低功耗的64位处理器的地位。

UltraSparc IV使用了两个UltraSparc III核心。UltraSPARC Ⅳ目前仍然采用和UltraSPARC Ⅲ相同的生产制造工艺，只是在接口复用上重新设计，可以直接热交换原系统中的UltraSPARC Ⅲ系统板，直接获得性能的翻番。在各种复杂的应用中经过数个月的测试表明，UltraSPARC Ⅳ性能出色，运行稳定性也一如UltraSPARC Ⅲ，毕竟是同一种核心下的产物。首批UltraSparc IV使用130纳米制造工艺，UltraSparc IV处理器只有356平方毫米大小。其生命周期将延续到2006年。
当然，提升性能的主要方式就包含有制造工艺，Sun在2004年内将和TI共同生产90纳米工艺的UltraSPARC Ⅳ，它不但会获得频率上的优势，更重要的是原本板载的16MB L2 Cache会集成在Die上（据猜测是2MB L2 Cache），这时配合板载的L3 Cache，将会成为Sun历史上最强悍的处理器，性能会在今天的基础上再增加一倍。 UltraSparc IV处理器于2004年6月份推出一款速度为1.2GHz的产品。sun 公司推出的UltraSparc IV处理器在性能上要超出前代产品1.6到2倍，这对英特尔、IBM、AMD以及其它公司的产品产生了极大的竞争力。

新一代UltraSPARC Ⅳ+处理器采用了德州仪器公司的90毫微米的工艺技术，它通过扩展的高速缓存、功能与转移预测机制(Branch Prediction Mechanism)、增强的预取能力(prefetching capabilities)和新型的计算能力等新技术，将现有的UltraSPARC Ⅳ处理器的应用吞吐量翻了一番。此外，UltraSPARC Ⅳ+处理器还将一个新的3级高速缓存层，与一个快速片上2MB二级高速缓存和一个大型32MB片外三级高速缓存组合在一起。
这些新的特性还与更高的运行频率(起始为1.8 GHz)相结合，使UltraSPARC Ⅳ+比以往的UltraSPARC处理器有更高的吞吐量，大约是UltraSPARC Ⅳ处理器的每个线程性能的两倍。UltraSPARC Ⅳ+处理器采用了片上多线程技术(CMT)，通过多个运算(或称线程)的同时进行，继续执行Sun的吞吐量计算战略，以进一步提高系统的性能。同时，还有一组新的RAS(随机存取存储器)，使这一新的设计成为UltraSPARC系列处理器中最可靠的一员。
与UltraSPARC Ⅳ处理器一样，这第二代的UltraSPARC Ⅳ+处理器仍然保持了Sun系统传统的二进制兼容的特性，因此保护了客户在开发工具和应用软件方面的已有投资。Sun还向她的客户提供了使其系统性能和可靠性双升级的简易途径，系统的占地面积不变，电源功率和热包装仅有很小的变化。

SUN 处理器比较表：

Sun系统所用SPARC处理器列表(下表所列为Sun系统型号和它们所支持的SPARC处理器)：


作者点评：

SUN UltraSPARC有三个满足特定需求的系列产品线，即可扩充"s"系列、集成"i"系列和嵌入式"e"系列。针对每一系列产品，Sun公司不断推陈出新，致力开发和推出性能更强、性价比更好的产品。
性价比一直是低端Unix服务器市场的基本需求。把Unix服务器的性价比发挥到极致，并以此在市场上获得最强的竞争优势，这是Sun公司的拿手好戏。面向目标的设计以及平和开放的心态，这是Sun公司SPARC系列处理器的核心理念。针对Unix服务器应用场合复杂多样的实际需求，Sun公司为不同服务器设计了不同型号SPARC处理器。
Sun在SPARC架构上走了很多年，转向64位也快10年了，在发展产品的时候，要考虑延续上一代处理器的兼容性，要考虑用户是否会因为新处理器的特性来放弃旧体系兼容性。但是多核处理器是未来的成长方向却早已经被确立，要利用多个同步计算的核心来满足应用。今天的UltraSPARC Ⅳ采用了双核心，未来的产品会采用8核心结构，在数据的面前，核心的力量只能停留在第二位，只有满足了数据存取的需要，才能谈论核心的计算能力。

Sun公司在不久前发布了其微处理器的详细发展蓝图，该蓝图中描述的处理器包括现有UltraSPARC III，双核心的UlteaSPARC IV，基于SMT的UltraSPARC V以及高级多线程Niagara处理器。未来UltraSPARC（Niagara 与Rock）的改变相当大；在传统设计下，处理器投入资源与性能提升程度不符效益，例如一味的提升频率等；而Niagara 与Rock则将对处理器发展带来极大，甚至极端（Radical ）的改变；Niagara 推出时将有8 核心，每核心将有4 线程（thread），而Rock推出时将内含64个核心。
未来的Niagara处理器（4线程/核心，8核心/硅片，32线程/芯片）将完全采用多线程技术设计。在SPARC处理器的研究开发中，Sun称其核心技术叫做“Throughput Computing”，也就是吞吐量计算。Niagara与650Mhz的UltraSPARC IIi 比较有15倍的性能提升，而30x的性能是与1.2GHz UltraSPARC III 比较。而对于 UltraSPARC V，Sun的专家将会开发新的冷却技术，但不是水冷。大概两年后，在推出UltraSPARC V后将很快推出30倍性能的芯片。
   根据Sun公司未来的发展规划，在64位UltraSparc处理器方面，主要有3个系列，首先是可扩展式s系列，主要用于高性能、易扩展的多处理器系统。目前UltraSparc Ⅲs的频率已经达到750GHz。即将推出UltraSparc Ⅳs和UltraSparc Ⅴs等型号，其中UltraSparc Ⅳs的频率为1GHz，UltraSparc Ⅴs则为1.5GHz。其次是集成式i系列，它将多种系统功能集成在一个处理器上，为单处理器系统提供了更高的效益。已经推出的UltraSparcⅢi的频率达到700GHz，未来的UltraSparc Ⅳi的频率将达到1GHz。最后是嵌入式e系列，为用户提供理想的性能价格比，嵌入式应用包括瘦客户机、电缆调制解调器和网络接口等。
另外，Sun微系统公司和富士通计划在2006年之前将它们基于Sparc处理器的服务器产品合并在一起的这一合作计划意在扩大它们之间的合作关系，以对抗竞争对手IBM和惠普。这可能会成为Sun的一次明智的战略转移行动，因为现在的Sun需要各种各样的帮助，包括国际的和其它的，如今它正好获得了这样的帮助。
简而言之，Sun表示将主导产品设计、开发和支持，而富士通主要做好生产。然而，在软件开发和芯片设计上，两大公司都将工作继续进行到底。由于SUN UltraSparc V和富士通Sparc 64有众多相似之处，他们目前面临共同敌人（IBM ），自然必须集中资源；而且富士通在大型主机上有其优势，这方面它们累积相当技术，因此Sun为UltraSPARC开辟新方向。