Компания Applied Micro Circuits анонсировала первый 64-разрядный кристалл, построенный на архитектуре ARMv8. Новинка под названием X-Gene способна потеснить кристаллы Intel за счет меньшей цены и энергопотребления.
ARM уже сообщила некоторые технические подробности о своей новой процессорной архитектуре ARMv8 (см. рис. 1), которая будет использоваться в кристаллах X-Gene (см. рис. 2) компании Applied Micro Circuits. В состав этой многоядерной архитектуры «сервер на кристалле» войдет несколько ядер ARMv8 и такие интерфейсы как PCI Express, SATA и Gigabit Ethernet. Intel тоже создает однокристальную платформу, но ее серверные решения по-прежнему представляют собой многокристальные конфигурации.
Архитектура ARMv8
X-Gene: Сервер на кристалле
AppliedMicro создала ряд одноядерных и многоядерных решений «сервер на кристалле» на основе архитектуры Power. Многие из этих решений имеют встроенную поддержку оборудования RAID и применяются в системах хранения данных. Такие решения как 32-разрядные двухъядерные процессоры APM86290 построены с использованием технологии SLIMpro (Scalable Lightweight Intelligent Management Processor). Модуль SLIMpro как самостоятельный вычислительный механизм осуществляет управление питанием, ассиметричную многопроцессорную обработку, ассоциативную аппаратную разгрузка ЦП, а также защиту от попыток аппаратного взлома. В новых кристаллах появится несколько механизмов защиты mSLIM (см. рис. 3).
Перестраиваемый блок mSLIM
Эти новые 64-разрядные кристаллы предназначены для серверов с малым потреблением, начиная с SOHO NAS и заканчивая облачными серверами. Кристаллы ARM уже начинают применяться в стоечных серверах. Например, в состав серверов ARMblock16 размером 2U компании Mobile Integration Workgroup входят 16 процессоров AP510 от Marvell с 48 32-разрядными ядрами. Потребление этой системы составляет всего 48 Вт.
Архитектура ARMv8 поддерживает 32-разрядные ARM-инструкции. Она основана на суперскалярном конвейере с переупорядочением последовательности команд, обеспечивает 64-разрядную адресацию, а также 64-разрядные регистры. Физическая адресация использует до 48 разрядов, а верхние 8 разрядов адреса конфигурируются как маркированные указатели для интерпретации программным обеспечением. Поддерживаются 4- и 64-Кбайт области блокирования.
В ARMv8 используется новый набор команд А64 с 32-разрядными инструкциями и 5-разрядными спецификаторами регистров для доступа к 32 64/128-разрядным регистрам. При выполнении большинства команд доступен выделенный нулевой регистр. Указатель стека и счетчик команд не входят в группу регистров.
Новые команды поддерживают 32- и 64-разрядные аргументы. В наборе А64 отсутствует несколько команд загрузки или хранения произвольной длины. Новые типы команд предназначены для работы с атомарными операциями C++11/C1x Sequential Consistency (SC). Поддержка архитектуры SIMD и операций с плавающей точкой схожи с поддержкой предыдущей версией – ARMv7. Возможности программного шифрования расширены за счет двух пар инструкций для поддержки AES, SHA-1 и SHA-256. Эти средства не заменяют аппаратных ускорителей, но с успехом используются для безопасной обработки данных. Этот набор команд также обеспечивает поддержку операций с плавающей точкой в соответствии со стандартом IEEE754-2008.
В архитектуре ARMv8 используются четыре иерархических уровня привилегий (EL0-EL3). EL3 поддерживает технологию TrustZone. Эта система поддерживает множество 32- и 64-разрядных конфигураций безопасной виртуализации.
В новой архитектуре появился режим Embedded Trace Mode 4 (ETM4), который расширяет адреса до 64 бит. Он позволяет выявить «промежуточные этапы» выполнения команд, что эффективнее, чем предоставление информации об адресах.
Архитектура X-Gene на основе ARMv8, выглядит впечатляюще. В решениях AppliedMicro используются до 128 ядер с рабочей частотой до 3 ГГц, обеспечивающих скорость 80 Гбайт/с при низкой задержке. Как уже говорилось, в состав архитектуры X-Gene входит несколько модулей SLIMpro, которые обеспечивают управление питанием с 200 мВт и защищенную отладку. В SLIMpro реализована безопасная загрузка.
Сначала компания AppliedMicro предоставит разработчикам X-Gene плату на основе нескольких FPGA Virtex-6 от Xilinx (см. рис. 4), в которой реализована архитектура X-Gene. В следующем году, когда начнутся поставки этой продукции, плата будет выполнена в виде кристалла по нормам 40- и 28-нм FPGA.
Плата на архитектуре X-Gene
На текущий момент AppliedMicro – первая компания, которая реализует устройства на архитектуре ARMv8.