SPARC-Architektur

Die SPARC-Architektur (Scalable Processor ARChitecture) ist eine Mikroprozessorarchitektur, die hauptsächlich in Produkten von Oracle Verwendung findet. Daneben gibt es noch andere Hersteller, wie zum Beispiel Fujitsu Technology Solutions (ehemals Fujitsu Siemens Computers).

Logo der Sparc-Architektur

SUN SPARCstation 4 mit Mozilla unter CDE

Sun microSPARC II

Sun UltraSPARC

Sun UltraSPARC II

Geschichte

Sun Microsystems entwickelte ab 1985 und vermarktete ab 1987 die ersten Generationen von SPARC-Prozessoren. 1989 wurde die nicht gewinnorientierte Organisation SPARC International gegründet, als Anlaufstelle für die Weiterentwicklung der offenen SPARC-Architektur. SPARC International ist der Rechteinhaber an der Marke SPARC.

Sun war zum Zeitpunkt der Entwicklung bereits der zweitgrößte Hersteller von Workstations mit dem Betriebssystem Unix (Marktanteile 1985: Apollo Computer 41 %, Sun 21 %). Mit dem SPARC-Prozessor wollte das Unternehmen, wie damals viele Hersteller von Workstations, eine RISC-Prozessorarchitektur schaffen, die die 68020- sowie die i386-Roadrunner-Prozessoren ablösen und viele Jahre lang konkurrenzfähig bleiben sollte. Die Prozessoren wurden von anderen Herstellern wie Texas Instruments oder Fujitsu gefertigt.

Sun brachte mit seiner Sun-4-Baureihe viele Workstations und Server heraus, die den SPARC-Prozessor verwendeten. Aber auch Fujitsu baute bis in das Jahr 2005 noch SPARC-Prozessoren in ihre PrimePower-Systeme ein. Außer SunOS bzw. Solaris können auf SPARC-Systemen auch Linux oder die modernen BSD-Varianten eingesetzt werden. 1995 wurde die ursprüngliche 32-Bit-Architektur auf 64-Bit erweitert und unter dem Namen UltraSparc vermarktet. Diese Architektur hat neben zusätzlichen Einheiten eine tiefere Pipeline und einige einfache SIMD-Befehle (Visual Instruction Set (VIS)). Der Ultrasparc-Standard hat mehrere Hauptversionen, die derzeit aktuelle Version ist UltraSparc T5.

Herausragende Eigenschaft der Architektur ist ein Registersatz (register file), der ursprünglich aus 128 32-Bit-Registern bestand. Die CPU kann nur auf einen Teil davon, normalerweise 32, direkt zugreifen. 24 davon sieht die CPU in einem Fenster, das per Software verschoben werden kann (→ Registerfenster). Dadurch können Argumente und Ergebnisse von Unterprogrammen ohne Umkopieren von Registern durch Verschieben des Fensters übergeben werden.

Die Gleitkommaeinheit kann als 32-faches 32-Bit-Register mit einfacher Genauigkeit, 16-faches 64-Bit-Register mit doppelter Genauigkeit oder 8-faches 128-Bit-Register mit vierfacher Genauigkeit verwendet werden.

Die aktuellen Versionen sind 32-Bit V8 und 64-Bit V9. Die SPARC V8 ist vollständig Big Endian. Die SPARC V9 benutzt Instruktionen im Big-Endian-Format, unterstützt jedoch beide Byte-Reihenfolgen für Datenwerte. Dies kann sowohl auf Instruktionsebene durch Verwendung spezieller Befehle als auch für ganze Speicherbereiche mittels einer MMU-Einstellung umgeschaltet werden. Letzteres wird insbesondere dann verwendet, wenn auf Speicherbereiche von Geräten zugegriffen werden muss, wie zum Beispiel den als Little Endian festgelegten PCI-Bus.

Eine einfache Version eines SPARC-Prozessors namens LEON1 in der Hardware-Beschreibungssprache VHDL ist von der ESA frei erhältlich. Sowohl das Design des UltraSPARC T1 als auch das des UltraSPARC T2 wurden 2006 bzw. 2007 unter der Open-Source-Lizenz GPL über das Projekt OpenSPARC veröffentlicht und können dort heruntergeladen werden. Auch das Design der Sun Microsparc ist seit Mitte 1990 im Quellcode veröffentlicht und frei nutzbar.

Es gibt auch eine Reihe Microcontroller-Implementierungen (zum Beispiel von Hitachi), die jedoch teilweise einen komprimierten Maschinencode besitzen und deshalb nicht binärkompatibel sind.

Seit der Übernahme von Sun Microsystems durch Oracle gehört mittlerweile der SPARC zu Oracle. 2017 zog sich Oracle aus der Entwicklung von SPARC zurück.

SPARC64 ist ein eingetragenes Warenzeichen von SPARC International, Inc., und ist exklusiv an Fujitsu Limited vergeben.

Im März 2022 veröffentlichte Fujitsu eine neue Roadmap für die Mainframe- und SPARC Server, daraus geht hervor, dass es bis ins Jahr 2035 keine Weiterentwicklung mehr geben wird, nur noch Verbesserungen, 2029 der Verkauf eingestellt und ab März 2035 der Support eingestellt wird.

Modelle

verschiedene Implementierungen der SPARC-Architektur, unter anderem Suns erfolgreicher SuperSPARC und UltraSPARC-I:

Sun SPARC-Mikroprozessor-Spezifikation
Modell	Frequenz [MHz]	Architektur Version	Jahr	Prozess [µm]	Transistoren [Millionen]	Kern- abmessung [mm²]	IO Pins	Aufnahme [W]	Spannung [V]	L1 Dcache [k]	L1 Icache [k]	L2 Cache [k]	L3 Cache [k]
SPARC	14,28–40	V7	1987–1992	0,8–1,3	~0,1–1,8	—	160–256	—	—	0–128		kein	kein
microSPARC I	50	V8	1992	0,8	0,8	225	288	2,5	5	4	2	kein	kein
SuperSPARC I	33–65	V8	1992	0,8	3,1	256	293	14,3	5	16	20	1024	kein
microSPARC II	60–125	V8	1992	0,5	2,3	233	321	5	3,3	8	16	kein	kein
SuperSPARC II	75–90	V8	1994	0,8	3,1	299	—	16	—	16	20	2048	kein
TurboSPARC	170–180	V8	1995	0,35	—	—	—	7	—	16	16	1024	kein
UltraSPARC I	140–200	V9	1995	0,5	5,2	315	521	30	3,3	16	16	1024	kein
UltraSPARC II	250–480	V9	1997	0,25	5,4	156	521	21	3,3	16	16	8192	kein
UltraSPARC IIi	270–650	V9	1998	0,25	5,75	148	370	17,6	1,7	16	16	2048	kein
UltraSPARC IIe	400–500	V9	2000	0,18	5,4	—	370	13	1,7	16	16	256	kein
UltraSPARC III	600–1200	V9	2001	0,13	29	330	1368	53	1,6	64	32	8192	kein
UltraSPARC IIIi	1064–1600	V9	2003	0,13	87,5	206	959	52	1,3	64	32	1024	kein
UltraSPARC IV	1050–1350	V9	2004	0,13	66	356	1368	108	1,35	64	32	16384	kein
UltraSPARC IV	1500–2100	V9	2005	0,09	295	336	1368	90	1,1	64	64	2048	32768
UltraSPARC T1	1000–1400	V9	2005	0,09	279	379	1934	79	1,3	8	16	3072	kein
UltraSPARC T2	900–1400	V9	2007	0,065	503	342	1831	95	1,2	8	16	4096	kein
UltraSPARC T2	1200–1600	UA2007	2008	0,065	503	342	1831	-	-	8	16	4096	kein
UltraSPARC T3	1650	UA2007	2010	0,04	-	371	-	139	-	8	16	6144	kein
UltraSPARC T4	2850-3000	OSA2011	2011	0,04	855	403	-	240	-	16x8	16x8	128x8	kein
UltraSPARC T5	3600	OSA2011	2013	0,028	1500	478	-	-	-	16x16	16x16	128x16	8192
Ross/Bridgepoint SPARC-Mikroprozessor-Spezifikation
HyperSPARC A	55–80	V8	1993	0,5	1,5	—	—	—	5	kein	8	256	kein
HyperSPARC B	90–125	V8	1995	0,4	1,5	—	—	25	5	kein	8	256	kein
HyperSPARC C	110–166	V8	1995	0,35	1,5	—	—	45,5	5	kein	8	1024	kein
HyperSPARC D	180–200	V8	1995	0,35	1,7	—	—	—	5	16	16	1024	kein
Sun/Fujitsu SPARC64-Prozessoren
SPARC64 V	1350–2160	V9	2004	0,13	191	290	269	40	1,2	128	128	2048	kein
SPARC64 VI	2150–2400	V9	2007	0,09	540	422	—	120	—	128	128	6144	kein
SPARC64 VII	2700	V9	2008	0,065	600	445	—	135	—	64	64	6144	kein
SPARC64 VIII	2000	V9	2009	0,045	760	513	—	58	—	32	32	4096	kein
SPARC64 X	3000	V9	2013	-	-	-	—	-	—	-	32	-	24576
SPARC64 XII	3900-4250	V9	2017	0,02	5500					64	64	512	32768

• 
  „Die“ eines TI microSPARC I
• 
  „Die“ eines Sun SuperSPARC II
• 
  „Die“ eines Ross hyperSPARC RT625A

Siehe auch

• SBus
• MBus (Computerbus)

Weblinks

Commons: Sun SPARC – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• LEON2 und LEON3 SPARC VHDL-Modelle (unter LGPL-Lizenz)
• SPARC-Prozessoren: Bilder und Beschreibungen auf cpu-collection.de
• OpenSPARC Overview (OpenSPARC-Projektseite)
• Fujitsu SPARC Servers (englisch)
• Multi-core multi-thread processor SPARC64 VI (englisch)
• MPF: Fujitsu präsentiert neue SPARC64 V-CPU
• SPARC64 X/X SpezifikationSPARC64 X/X Spezifikation
• Fujitsu SPARC XII Spezifikation