IBM Blue Lightning: самый быстрый в мире 386?

Одна из старинных досок в музее OS/2 — настоящая Alaris Cougar, сделанная в США. Эти платы были произведены IBM для Alaris и немного необычны: на плате припаян небольшой процессор IBM DLC3 в пластиковом корпусе, а также есть Socket 2, в который можно установить обычные 5-вольтовые процессоры 486DX/SX или Pentium OverDrive. Если установлен стандартный процессор 486 или OverDrive в керамическом корпусе, встроенный DLC3 отключается.

IBM DLC3, иногда обозначаемый как BL3 и более известный как Blue Lightning, имеет приклеенный алюминиевый радиатор, но не требует вентилятора. Спустя 20 лет информация о том, 75-мегагерцовый или 100-мегагерцовый вариант, утеряна, но плата стабильно работает при работе процессора на частоте 100 МГц (3 x 33 МГц). Между прочим, набор микросхем OPTi и, в частности, IDE-контроллер Adaptec VL-bus довольно хороши, часто даже лучше, чем более новые системы 486 на базе PCI.

Процессор Blue Lightning — интересный зверь. Информации о том, что такое процессор на самом деле, не так много, но ее можно собрать из разных обрывков информации. Примерно в 1990 году IBM нуждалась в маломощных 32-разрядных процессорах с хорошей производительностью для своих портативных систем, но такие процессоры еще никто не предлагал. IBM лицензировала ядро ​​386SX у Intel и превратила его в процессор IBM 386SLC (как сообщается, SLC означает «Super Little Chip»).

Позже IBM обновила процессор для поддержки 486 инструкций. Стоит отметить, что все еще были доступны варианты SLC — номинально 486, но с 16-битной шиной.

Сообщается, что условия лицензирования не позволяли IBM продавать процессоры SLC на свободном рынке. Они были доступны только в системах, созданных IBM, и всегда (?) в виде QFP, припаянных к плате.

Одним из наиболее заметных пользователей процессоров 486SLC и SLC2 была первая серия ноутбуков IBM ThinkPad, 700C (25 МГц SLC, с возможностью обновления) и 720C (50 МГц SLC2) 1992 и 1993 годов соответственно. Процессоры Blue Lightning также использовались в некоторых настольных компьютерах IBM PS/2.

Плата Cougar, конечно же, оснащена DLC3, то есть вариантом с утроенной частотой и 32-битной шиной. Этот процессор очень интересен: по сути, это 386 ядер, обновленных для обработки 486 инструкций (их было не так уж много) и оснащенных колоссальными 16 КБ кэш-памяти L1 с обратной записью.

386-дюймовость Blue Lightning наиболее очевидна в отношении архитектуры FPU. Сам ЦП не имеет встроенного сопроцессора, и большинство программ распознает его как 486SX. Однако, в отличие от 486SX, Blue Lightning может использовать обычный сопроцессор 387 (с сопутствующей низкой производительностью по сравнению с 486DX).

Cougar оснащен сокетом 387 рядом с припаянным процессором. Плата поставлялась с сопроцессором Cyrix FasMath… который, к сожалению, кажется поджаренным. Когда FPU вставлен, плата вообще не загружается. Без сопроцессора работает нормально. У другого FasMath в музее OS/2 есть корродированные (?) контакты, которые имеют тенденцию отваливаться, но после обнаружения работающего FPU система работает и обычно распознается программным обеспечением как 486DX.

Производительность

Охарактеризовать производительность Blue Lightning сложно, так как она не очень похожа на стандартные процессоры Intel или AMD 486. Ядро процессора по-прежнему в значительной степени ведет себя как 386, а это означает, что производительность за такт невелика. Подвох в том, что это 386, который а) работает на частоте до 100 МГц и б) оснащен превосходным кэшем L1.

Опять же, это 16 КБ кэш-памяти L1 с обратной записью. Из обычных процессоров 486 только последние модели процессоров Intel DX4 и процессоры AMD Am5x86 имели кэш-память L1 размером 16 КБ и с обратной записью (были процессоры Intel DX4 с 16-килобайтным кешем для сквозной записи и некоторые процессоры AMD с 8-килобайтным кешем с обратной записью). ).

Это влияет на производительность процессора интересным образом. При сравнении 100-мегагерцового процессора IBM DLC3 с типичным процессором Intel DX4 со сквозной кэш-памятью сразу бросаются в глаза две вещи. Во-первых, ядро ​​486 DX4 заметно быстрее при чтении из кэша и достигает пропускной способности около 95 МБ/с по сравнению с примерно 63 МБ/с на DLC3. Тем не менее, DLC3 также может записывать со скоростью 63 МБ/с, в то время как DX4 резко падает до 31 МБ/с. На поведение кэша сильно влияет тот факт, что 486 использует 16-байтовые строки кэша, а DLC3 использует только 4-байтовые строки кэша.

Конечным результатом является то, что производительность DLC3 варьировалась в зависимости от того, для чего именно она использовалась. В целом он был медленнее, чем DX4 на той же тактовой частоте, но в некоторых случаях мог быть и быстрее. Он определенно достиг производительности класса 486, а синяя молния 100 МГц была сравнима или немного лучше, чем 66 МГц 486DX2.

Еще одна запутанная область — производительность операций с плавающей запятой. Когда 486DLC сравнивают с 486SX, он работает очень хорошо. Общеизвестно, что 486SX не может быть оснащен отдельным сопроцессором, его можно заменить только 486DX со встроенным FPU (будь то 487SX или как-то иначе).

Варианта 486DLC со встроенным FPU просто нет, но можно добавить обычный 387. Недостатком является то, что математическая производительность аналогична 386 + 387 и, следовательно, намного ниже, чем у 486DX.

IBM предназначала Blue Lightning для типичного настольного или портативного пользователя с минимальной потребностью в математических вычислениях. Это охватывало подавляющее большинство пользователей, но для математических приложений DLC3 просто не подходил.

Примечания

Процессоры SLC / DLC не следует путать с более поздними процессорами IBM 486 DX / DX2 / DX4, некоторые из которых, возможно, также продавались под брендом Blue Lightning и были широко доступны в керамических корпусах PGA. Эти процессоры были созданы по лицензии Cyrix и были более или менее идентичны процессорам Cx486, доступным под брендами Cyrix, Texas Instruments и ST.

У чипов 486DLC был интересный недостаток: несмотря на наличие 32-битной адресной шины и возможность доступа к более чем 16 МБ памяти, внутренний кэш был ограничен первыми 16 МБ (предположительно из-за коротких тегов строки кэша, предназначенных для адресного пространства). ограниченные процессоры SLC). Затем MSR, указывающий кэшируемые области, зарезервировал только 8 бит для количества кэшируемых блоков размером 64 КБ выше 1 МБ. В то время это ограничение, вероятно, не имело практического значения, поскольку очень немногие системы с процессорами Blue Lightning имели более 16 МБ ОЗУ. Однако эффект можно наблюдать на упомянутой выше плате Alaris Cougar, оснащенной 20 МБ ОЗУ или более.

Утилита CPUTYPE из Undocumented PC утверждает, что 100 МГц 486DLC3 работает на частотах 104-105 МГц. Это почти наверняка вызвано заблуждением — утилита ожидает 486 таймингов для инструкции DIV, но с 386-ядерным процессором DLC3 действительно использует 386 таймингов. Поскольку инструкция DIV на самом деле немного быстрее на 386 (38 тактовых импульсов против 40 для 32-битного деления регистра/регистра), CPUTYPE немного переоценивает частоту процессора. Некоторые другие утилиты имеют аналогичные проблемы с измерением тактовой частоты; SYSINFO от Norton Utilities не входит в их число.

Blue Lightning — очень интересный пример старой конструкции ЦП, к которой применяется современный производственный процесс. Когда Intel впервые выпустила 386 в 1985 году, у них были значительные трудности с производством чипов, которые могли бы надежно работать на частоте 16 МГц, а кэш-память на кристалле была намеренно исключена, потому что Intel не могла изготовить кристалл с кэш-памятью, достаточно большой, чтобы это могло сделать реальное воздействие.

Несколько лет спустя IBM смогла добавить значительный объем кэш-памяти и запустить процессоры с удвоением и утроением тактовой частоты на частотах почти в десять раз выше, чем у первых 12 МГц 386. Это довело старую конструкцию 386 до такой степени, что она легко превзошла многие 486-е, сохранив при этом низкое энергопотребление.

Наконец, необходимо упомянуть, что IBM 386SLC был разработан для решения некоторых из тех же проблем, что и Intel 386SL, хотя 386SL предназначался для использования в сочетании с набором микросхем SL, который, по-видимому, не слишком интересовал IBM. Intel 386SL — это отдельная история.

Документация

Техническая документация на процессоры 486SLC/DLC отсутствует. Он действительно существовал, но, вероятно, распространялся только в печатном виде. К тому времени, когда электронное распространение документации процессора стало стандартом, 486DLC уже устарел. Приветствуются любые ссылки на подробную документацию по Blue Lightning.