Cette étude comparative d'architectures s'inscrit dans le cadre d'une activité de veille technologique et de diffusion d'informations sur les microprocesseurs du projet CAPS de l'IRISA. Elle fait suite à quatre autres études [4][3][2][1] dans lesquelles nous comparons les microprocesseurs MIPS R3000, it Sun Sparc Version 7 et IBM Power [1] ; MIPS R4000, DEC 21064 et T.I. SuperSPARC [2] ; Pentium et PowerPC [3] ; DEC 21164, IBM Power2 et le MIPS R8000 [4]. Nous présentons ici, les architectures des microprocesseurs MIPS R10000, it Sun UltraSPARC et it Intel PentiumPro disponibles depuis le début 1996.
Les trois microprocesseurs étudiés visent un large marché : stations de travail, PCs haut de gamme, mais aussi multiprocesseurs etc. Dans un premier temps, ils sont intégrés dans différents systèmes matériels relativement haut de gamme mais devraient se <<démocratiser>> dans les deux ou trois prochaines années.
Le MIPS R10000, successeur du MIPS R8000, a été annoncé en Octobre 1994. Les premiers échantillons ont été disponibles au troisième trimestre 1995 et la production en volume a commencé au début de l'année 1996. Ce microprocesseur produit par it NEC Corporation et it Toshiba Corporation sera tout d'abord utilisé dans des serveurs, des stations de travail, ainsi que dans des machines multiprocesseurs. Il reste entièrement compatible avec la norme MIPS IV [5].
L'UltraSPARC est le premier microprocesseur it Sun à implémenter la norme SPARC V9 [6], définie par le consortium it Sparc International regroupant les fondeurs et les fabricants de machines. Ce microprocesseur intègre en plus, un jeu d'instructions graphiques (it Visual Instruction Set) et des unités fonctionnelles graphiques, rendant ce microprocesseur très performant pour les applications multimédia et de traitement d'images. Ce microprocesseur comble en grande partie le fossé (qui existait en 1995) entre les performances des microprocesseurs compatibles SPARC et leurs concurrents.
Le PentiumPro est le dernier né de la famille it Intel x86 ; sa fabrication en volume a commencé fin 1995. Il est entièrement compatible avec les générations précédentes (Pentium, 80x86) et bénéficie de ce fait d'un marché potentiel énorme. Avec ce microprocesseur, it Intel s'attaque aussi au marché des serveurs, des stations de travail et des machines multiprocesseurs. L'architecture du PentiumPro a radicalement changé par rapport à ses prédécesseurs : le coeur du microprocesseur est RISC
, il utilise un long pipeline lui permettant d'atteindre une fréquence de fonctionnement élevée, un cache secondaire de grande taille synchronisé avec le microprocesseur et intégré dans le même boîtier.
Les performances de ces microprocesseurs sont obtenues grâce à l'utilisation de différents concepts architecturaux décrits dans ce rapport : jeux d'instructions RISC ou CISC, utilisation de longs pipelines, séquencement superscalaire, exécution des instructions dans le désordre, implémentation de mécanismes de prédiction dynamique des branchements, caches non-bloquants... Le fossé entre les performances de cette génération de microprocesseurs et la génération précédente est aussi dû à l'évolution rapide des technologies.
Dans cette étude, nous comparons les architectures des trois microprocesseurs en soulignant les différentes approches suivies par les constructeurs sur divers points suivants : jeux d'instructions, architecture interne, hiérarchie mémoire, support système, interfaces.
Avertissement : les différents chapitres de ce document sont relativement indépendants et peuvent donc être abordés dans un ordre quelconque.