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技術資料

HP ProLiant サーバ

目次

概要 / 本書で使用している略語 / はじめに
  マイクロアーキテクチャの類似性
  マイクロアーキテクチャの相違点
  システムアーキテクチャの相違点
  32ビットパフォーマンスの比較
  64ビットItaniumプロセッサのアーキテクチャ
  まとめ / 付録A / 付録B / 詳細情報 / ご意見をお寄せください

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業界標準サーバ用のx86プロセッサの特性 - AMD OpteronおよびIntel Xeon 技術概要


64ビットItaniumプロセッサのアーキテクチャ

 

本書はXeonファミリプロセッサおよびOpteronプロセッサのx86アーキテクチャに焦点を当てています。しかし別の業界標準のプロセッサ、Itaniumも64ビット拡張機能をサポートしているので、ここで簡単に説明しておくのも無意味ではないでしょう。Itaniumプロセッサファミリ(IPF)アーキテクチャとx86アーキテクチャの詳細な比較は本書の範囲を超えます。ItaniumおよびItanium 2アーキテクチャに関する詳細情報は、HPのWebサイトとIntelのWebサイトを参照してください21

Itaniumファミリプロセッサの主要機能の概要を表7に示します。
 

表7. ItaniumおよびItanium 2プロセッサの仕様(最大値を示す)
プロセッサ Itanium Itanium 2
コア周波数 800MHz 1.5GHz
L1キャッシュ(KB) 16 K (データ)
16K (命令)
16 K (データ)
16K (命令)
L2キャッシュ(KB) 96 256
L3キャッシュ(KB) 4 (チップ外) 6 (チップ上)
FSB速度 266MT/s, 64ビット幅 400MT/s, 128ビット幅
FSB帯域幅 2.1GB/s 6.4GB/s
パイプライン段数 10 8
レジスタ総数 328 328
実行ユニット総数 13 16
1サイクルあたりの最大命令数 6 6

21 HPのWebサイト(www.hp.com/products1/itanium/)およびIntelのWebサイト(www.intel.com/products/server/processors/server/itanium2/index.htm?iid=sr+itanium&)
を参照してください。

アドレッシング


Itaniumプロセッサも広大なアドレス空間を持っていましたが、Itanium 2プロセッサはそれをさらに拡大しました。Itanium 2は64ビット仮想アドレッシングをサポートしているため、プログラムは最大16EB(エクサバイト)の仮想メモリにアクセスできます。また、50ビットの物理アドレッシングをサポートしているため、最大1PB(ペタバイト)の物理メモリにアクセスできます。

命令セットとレジスタ


Itaniumは、Intel EMT64やAMD64とはまったく異なった命令セットアーキテクチャを使用します。HPとIntelは、EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing)を採用したItaniumを共同開発しました。EPICの手法は、コンパイラがプログラムのソースコードを解析して命令ストリームに明示的な情報を埋め込み、並行処理しても安全な命令をプロセッサに知らせて、パフォーマンスの向上を図るものです。x86の手法では、並行処理する命令をプロセッサがその場で決定する必要がありました。x86プロセッサにはこのタスク専用のハードウェアがあるため、設計が複雑化し、パフォーマンス低下の原因となりました。

EPICの設計ではIA-32との互換性をエミュレーション機能により確保しています。通常、Itaniumの32ビット動作は現在のx86より遅くなります。EPICは、64ビットで動作するオペレーティングシステムとアプリケーション用に設計されています。Intelによる最近の改良点には、IA-32実行レイヤー(IA-32 EL)も含まれます。Intelによると、IA-32 ELは「IA-32アプリケーションをItaniumプロセッサファミリのシステムで実行する新しいテクノロジです。Itaniumベースのプラットフォーム上でのIA-32アプリケーションのサポートは、Itaniumプロセッサ上のハードウェア回路を使用して実現されています。この機能は、Itaniumベースのオペレーティングシステムに付属のIA-32 ELソフトウェアでは拡張され、IA-32命令をItanium命令に、動的に変換できるようになります」22

Itanium 2には、8個の64ビットGPRと256個のデータレジスタがあります。そのうち128個は64ビット整数用で、128個が82ビット浮動小数点用、そして72個のデータレジスタは分岐予測情報に関係します。Itanium 2のレジスタと、IA-32やEM64T/AMD64で利用可能なレジスタの違いを表8にまとめました。

表8. x86プロセッサとIPFプロセッサのレジスタの比較
レジスタサイズ 32ビット x86 (XeonまたはOpteron) 64ビット x86 (EM64TまたはAMD64) IPF (Itanium 2)
1ビット - - 分岐予測用に64個
32ビット 8 - -
64 bit 16 (MMXおよびx87) 32 136個(128個は汎用、8個は分岐予測)
82ビット - - 128個(浮動小数点)
128ビット 8 16 -

22 「IA-32 Execution Layer: Technical Whitepaper」Intel Webサイト(http://www.intel.com/cd/ids/developer/asmo-na/eng/microprocessors/itanium/93086.htm) を参照してください。

システムアーキテクチャ


IPFアーキテクチャは、Xeonアーキテクチャに類似したFSBアーキテクチャを使用しています。ただし、以下の重要な相違点がシステム全体のパフォーマンス向上に大きく関わっています。

  • FSBプロトコルはXeon FSBプロトコルより効率的
  • Itanium2 FSBはXeon FSBの倍の幅を持つ
  • ItaniumプロセッサはXeonよりはるかに大きなキャッシュサイズを使用するため、FSBにアクセスする必要性が低く抑えられる

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