Процессор

Заказная микросхема вычислительного модуля (рис. 7) состоит из двух процессоров, формируемых из стандартных процессорных ядер PowerPC440 с низким потреблением энергии, разработанных для применения во встроенных системах.

Каждый процессор состоит из 32-разрядного ядра PowerPC440 для выполнения целочисленных операций, которое дополнено ядром PowerPC440FP2 для выполнения операций с плавающей точкой.

Ядро PowerPC440 имеет собственную кэш-память первого уровня, некогерентную с кэш-памятью первого уровня второго ядра. Это обусловлено тем, что PowerPC440 не содержит средств для образования мультипроцессорных конфигураций с симметричной мультипроцессорной структурой.

Каждое ядро (ядро 0 и ядро 1) имеет кэш-память 2-го уровня, объем которой 2 Кбайт. Кэш-память 2-го уровня снабжена устройством предвыборки данных и небольшой статической памятью (SRAM) для передач данных между ядрами через механизм «почтового ящика». Если требуемые данные находятся в кэш-памяти 2-го уровня (при попадании в кэш-память 2-го уровня), доставка данных длится от 6 до 10 тактов.

Рис. 7. Структура вычислительного узла Blue Gene/L

Ядро имеет также контроллер кэш-памяти 3-го уровня, реализованной на базе встроенной динамической оперативной памяти. Объем кэш-памяти 3-го уровня 4 Мбайт. При попадании в кэш-память 3-го уровня доставка данных занимает 25 тактов, а при промахе — 75 тактов. Промах в кэш-памяти 3-го уровня вызывает обращение к внекристальной оперативной памяти, обмен с которой выполняется через 16-разрядный интерфейс, функционирующий на частоте 1/2 или 1/3 тактовой частоты процессора. Кэш-памяти 2-го и 3-го уровней обоих ядер одного вычислительного модуля когерентны. Ядро имеет также встроенные контроллеры основной памяти, Giga Ethernet и JTAG.

Ядро PowerPC440FP2 имеет два блока, каждый из которых выполняет полный набор операций с плавающей точкой над 64-разрядными операндами, хранящимися в собственном регистровом файле блока, состоящем из 32 регистров. Блоки разделяют общий интерфейс к PowerPC440. В каждом такте по команде записи или чтения через 128-разрядный интерфейс между кэш-памятью PowerPC440 и регистрами PowerPC440FP2 может быть передано четыре 32-разрядных слова. Ядро PowerPC440FP2 является суперскалярным процессором, способным выполнять одновременно команду «умножение со сложением» в каждом блоке и обмен с памятью двумя 64-разрядными операндами. Оба блока могут функционировать как процессор с SIMD архитектурой.