处理器|时代的眼泪：繁华落尽的SPARC处理器( 三 )
SPARC 历代指令集版本文件封面那句大大的「OneArchitecture……Multiple Innovative Implementations」（统一的指令集架构 ， 多种创新的微架构实作） ， 就是最佳写照 ， 只是傻傻分不清楚的人还是继续看不懂 。
源自「寄存器窗口」的可延展性
SPARC 指令集里那个「可扩展」（Scalable） ， 起因于独特的「寄存器窗口」（Register Window） ， 亦可见于Berkeley RISC、AMD Am29000、英特尔i960 与Itanium ， 即使名称可能有点不同 。
当处理器碰到中断（如外部I/O 呼叫）、例外（像算术溢位）、进程切换 ， 须将当前的执行状态 ， 包含所有可存取的寄存器 ， 都以事先定义好的数据结构回存到存储器 ， 如x86 指令集的TSS（TaskStatus Segment） ， 当恢复先前状态 ， 再从存储器载回处理器 。
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因近代程序架构都高度模组化 ， 不同副程序间的呼叫动作（SubroutineCall） ， 也会造成频繁的上下文切换（Context Switch） ， 增加寄存器和存储器间的数据传输量 。 过于庞大的「可见」寄存器数量 ， 也会增加处理器的电路复杂度与上下文切换的负担 ， 并危害到提升处理器运行时钟的延展性 。
那该如何降低上下文切换的负担 ， 减少多余的内容值交换？以「空间换取时间」的Register Window 为此而生 。 ARM 指令集的Banked Register 也是类似方法 。 英特尔Itanium 处理器的IA-64 指令集也具备相同的机制 ， 但命名为Register Stack ， 看似比较贴切 。
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Register Window 藉由「重叠」不同程序使用的寄存器 ， 即可交换不同程序的数据 ， 但「软件眼中随时可见」的寄存器数量仍为32 个 ， 8 个全域（Global） ， 剩下24个当作Register Window ， 8 个输入（In）、8 个区域（Local）、8 个输出（Out） ， 逻辑上可视为一个巨大堆叠 ， Register Window 指标器（CWP）一次移动16 个寄存器的距离 ， 前一个程序的输出变成下一个程序的输入 ， 当程序切换时 ， 无须将专属于特定程序的8 个区域寄存器搬到存储器 ， 也减少了寄存器和存储器之间的数据搬移量 。
以下举一个3 个Register Window 案例 ， 一看就懂 。
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因此SPARC 指令集兼容处理器的「实际」通用寄存器数量是可变的 ， 从力求最低成本的嵌入式应用到重视多工效率的服务器 ， 一般介于72~640 。 假如想要追求副程序互通有无的效率 ， 也愿意付出较多硬件成本（像8 个Register Window 的UltraSPARC I ， 144 个寄存器拥有多达7 个读取埠和3个写入埠） ，Register Window 数量就多多益善 ， 但假若想要减少电路成本、又想缩短发生上下文切换的处理负担 ， 那就少一点刚刚好 。 SPARC 名中的「可延展」之意即在此 ， 和日后为人称道的「多处理器延展性」一点关系都没有 。
效能最好的SPARC 处理器并非出自Sun
由于本文主角是Sun ， 后面将聚焦服务器与工作站处理器 。 但随着时间流逝 ， 一般坊间评价「最好的SPARC 指令集兼容处理器」却不是来自「Sun 本家」 ， 而是日本Fujitsu（与1990 年代的Ross和HAL） ， 直到Oracle 摆明不玩、只剩下这间日本公司 ， 别无分号为止 。
先从指令集版本的演进 ， 用一个表格画出SPARC 发展史的大致轮廓 ， 至于型号相同、制程不同的微缩版就在此不论（UltraSPARC 历代出现过大量的制程改进版本） 。 如前面所述 ， Sun 让SPARC 指令集成为「充分开放的业界标准」 ， 除了Fujitsu 为了高效能运算而自定义的HPC-ACE ， 理论上所有SPARC 处理器 ， 皆可兼容先前所有SPARC 指令集 。
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但在踏入主要SPARC 处理器历史前 ， 笔者必须先理清Sun 和其他SPARC 处理器厂商的最大思想差异 ， 这也是「软件色彩极度浓厚」的Sun ， 与「高效能处理器传统路线」的Fujitsu最大的不同点 。
对于21 世纪初期略闻SPARC 处理器的读者 ， 应经历过Sun 与Fujitsu 两家组成APL（AdvancedProduct Line）联盟的历史 。 Sun 的处理器日程表上演大风吹 ， 取消双核心UltraSPARC II「Gemini」及UltraSPARC V「Millennium」 ， 转战「超多简单核心、超级多线程、巨量存储器频宽、目标锁定网络应用」的Throughput Computing ， Fujitsu SPARC64 继续专注「较少复杂核心、优秀单线程效能、大型主机等级可靠度、应对高效数据处理」 ， 再彼此截长补短 ， 采用对方的处理器推出服务器产品 。
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当时还被IBM 公开嘲讽APL 应改名为「Sujitsu」 ， 这些年来 ， IBM 对SPARC 阵营的嘴炮攻势 ， 更是从来没有停过 。 反正客户永远不嫌多 ， 能挖来一个算一个 。
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