Intel i860 (หรือที่รู้จักกันในชื่อ80860 ) เป็นการออกแบบไมโครโปรเซสเซอร์RISC ที่ Intel เปิดตัว ในปี 1989 นับเป็นหนึ่งในความพยายามครั้งแรกของ Intel ในการสร้างสถาปัตยกรรมชุดคำสั่ง ระดับสูงแบบใหม่ทั้งหมด นับตั้งแต่ Intel iAPX 432ที่ล้มเหลวในช่วงต้นทศวรรษ 1980 เป็นชิปที่มีทรานซิสเตอร์หนึ่งล้านตัวแรกของโลก^{[ 1 ]}มีการเปิดตัวอย่างยิ่งใหญ่ ทำให้Intel i960 รุ่นก่อนหน้า ซึ่งประสบความสำเร็จในบางกลุ่มของระบบฝังตัว ถูกมองข้ามไปเล็กน้อย i860 ไม่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ และโครงการนี้ถูกยุติลงในช่วงกลางทศวรรษ 1990

i860 XR

ไมโครโปรเซสเซอร์ Intel i860 XR (รุ่น 33 MHz)
ข้อมูลทั่วไป
เปิดตัว	1989
เลิกผลิตแล้ว	ช่วงกลางทศวรรษ 1990
ผู้ผลิตทั่วไป	อินเทล
ผลงาน
ความเร็วสัญญาณนาฬิกาCPU สูงสุด	25 เมกะเฮิร์ตซ์ ถึง 40 เมกะเฮิร์ตซ์
ข้อกำหนดทางกายภาพ
แกนกลาง	1
แคช
แคช L1	4 KB (I) + 8 KB (D)
สถาปัตยกรรมและการจำแนกประเภท
ชุดคำสั่ง	อินเทล ไอ860
ประวัติศาสตร์
ผู้สืบทอด	i860 XP

i860 XP

ไมโครโปรเซสเซอร์ Intel i860 (รุ่น 50 MHz)
ข้อมูลทั่วไป
เปิดตัว	1991
เลิกผลิตแล้ว	ช่วงกลางทศวรรษ 1990
ผู้ผลิตทั่วไป	อินเทล
ผลงาน
ความเร็วสัญญาณนาฬิกาCPU สูงสุด	40 เมกะเฮิร์ตซ์ ถึง 50 เมกะเฮิร์ตซ์
ข้อกำหนดทางกายภาพ
ทรานซิสเตอร์	1 ล้าน[ 2 ]
แกนกลาง	1
แคช
แคช L1	16+16 KB
สถาปัตยกรรมและการจำแนกประเภท
ชุดคำสั่ง	อินเทล ไอ860
ประวัติศาสตร์
ผู้มาก่อน	i860 XR

การใช้งานสถาปัตยกรรม i860 ครั้งแรกคือไมโครโปรเซสเซอร์ i860 XR (รหัสชื่อN10ซึ่งวิศวกรของ Microsoft ตั้งชื่อว่า "NT" สำหรับ N-ten ^{[ 3 ] [ 4 ]} ) ซึ่งทำงานที่ความเร็ว 25, 33 หรือ 40 MHz ไมโครโปรเซสเซอร์ i860 XP รุ่นที่สอง (รหัสชื่อN11 ) เพิ่มเพจขนาด 4 เมกะไบต์ แคชบนชิปขนาดใหญ่ขึ้น รองรับแคชระดับที่สอง บัสที่เร็วขึ้น และการสนับสนุนฮาร์ดแวร์สำหรับการตรวจสอบบัสเพื่อให้แคชมีความสอดคล้องกันใน ระบบ มัลติโปรเซสเซอร์การลดขนาดกระบวนการผลิต XP จาก 1 μm เป็น 0.8 μm โดยใช้ กระบวนการ CHMOS V ทำให้ความเร็วสัญญาณนาฬิกาเพิ่มขึ้นเป็น 40 และ 50 MHz ^{[ 5 ]}ไมโครโปรเซสเซอร์ทั้งสองรองรับชุดคำสั่งเดียวกันสำหรับโปรแกรมแอปพลิ เคชัน

i860 ผสมผสานคุณสมบัติหลายอย่างที่เป็นเอกลักษณ์ในขณะนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สถาปัตยกรรม คำสั่งยาวมาก (VLIW) และการสนับสนุนที่มีประสิทธิภาพสำหรับการดำเนินการจุดลอยตัวความเร็วสูง^{[ 6 ]}การออกแบบใช้คำสั่งสองประเภท: คำสั่ง "หลัก" ซึ่งใช้ALU 32 บิต และคำสั่ง "จุดลอยตัวหรือกราฟิก" ซึ่งทำงานบนตัวบวกจุดลอยตัว ตัวคูณจุดลอยตัว หรือหน่วยประมวลผลกราฟิกจำนวนเต็ม 64 บิต ระบบมีไปป์ไลน์ แยกต่างหาก สำหรับ ALU ตัวบวกจุดลอยตัว ตัวคูณจุดลอยตัว และหน่วยประมวลผลกราฟิก สามารถดึงและถอดรหัสคำสั่ง "หลัก" หนึ่งคำสั่งและคำสั่ง "จุดลอยตัวหรือกราฟิก" หนึ่งคำสั่งต่อรอบสัญญาณนาฬิกา เมื่อใช้คำสั่งจุดลอยตัวแบบสองการดำเนินการ (ซึ่งถ่ายโอนค่าระหว่างคำสั่งแบบสองการดำเนินการที่ต่อเนื่องกัน) จะสามารถดำเนินการได้สูงสุดสามการดำเนินการ (หนึ่ง ALU หนึ่งการคูณจุดลอยตัว และหนึ่งการบวกหรือลบจุดลอยตัว) ต่อรอบสัญญาณนาฬิกา^{[ 1 ] [ 7 ]}

บัสข้อมูลทั้งหมดมีความกว้างอย่างน้อย 64 บิต ตัวอย่างเช่น บัสหน่วยความจำภายในไปยังแคชมีความกว้าง 128 บิต

คำสั่งคลาส "หลัก" ใช้รีจิสเตอร์จำนวนเต็ม 32 บิตจำนวน 32 ตัว แต่คำสั่ง "จุดลอยตัวหรือกราฟิก" ใช้ไฟล์รีจิสเตอร์ที่หน่วยประมวลผลจุดลอยตัวสามารถเข้าถึงได้ในรูปแบบของรีจิสเตอร์จุดลอยตัว 32 บิต 16 ตัว 64 บิต หรือ 8 ตัว 128 บิต หรือที่หน่วยประมวลผลกราฟิกสามารถเข้าถึงได้ในรูปแบบของรีจิสเตอร์จำนวนเต็ม 64 บิตจำนวน 16 ตัว

หน่วย "หลัก" มีหน้าที่ในการดึงคำสั่ง และในโหมด "คำสั่งเดียว" ปกติสามารถดึงคำสั่ง "หลัก" 32 บิตหนึ่งคำสั่งหรือคำสั่ง "จุดลอยตัวหรือกราฟิก" 32 บิตหนึ่งคำสั่งต่อรอบได้ แต่เมื่อดำเนินการในโหมดคำสั่งคู่ แคชคำสั่งจะถูกเข้าถึงเป็นคำสั่ง VLIW ซึ่งประกอบด้วยคำสั่ง "หลัก" 32 บิตที่จับคู่กับคำสั่ง "จุดลอยตัวหรือกราฟิก" 32 บิต ซึ่งดึงมาพร้อมกันผ่านบัส 64 บิต^{[ 7 ]}

Intel เรียกการออกแบบนี้ว่า "ไมโครโปรเซสเซอร์ i860 64 บิต" ^{[ 8 ]}

คำสั่ง Intel i860 ทำงานกับขนาดข้อมูลตั้งแต่ 8 บิตถึง 128 บิต^{[ 9 ]}

กราฟิกรองรับ คำสั่งที่คล้ายกับ SIMDนอกเหนือจากการคำนวณเลขจำนวนเต็ม 64 บิตพื้นฐาน ตัวอย่างเช่น เส้นทางข้อมูลจำนวนเต็ม 64 บิตสามารถแสดงพิกเซลหลายพิกเซลพร้อมกันเป็นพิกเซล 8 บิต พิกเซล 16 บิต หรือพิกเซล 32 บิต^{[ 7 ]}ประสบการณ์กับ i860 มีอิทธิพลต่อ ฟังก์ชัน MMX ที่เพิ่มเข้ามาใน โปรเซสเซอร์ Pentiumของ Intel ในภายหลัง

ไปป์ไลน์ที่เชื่อมไปยังหน่วยประมวลผลนั้นสามารถเข้าถึงได้โดยโปรแกรม ( VLIW ) ซึ่งต้อง ใช้ คอมไพเลอร์ในการจัดลำดับคำสั่งในโค้ดออบเจ็กต์ อย่างระมัดระวัง เพื่อให้ไปป์ไลน์ทำงานเต็มอยู่เสมอ ในสถาปัตยกรรมแบบดั้งเดิม หน้าที่เหล่านี้จะถูกจัดการในระหว่างการทำงานโดยตัวจัดตารางเวลาบนซีพียูเอง แต่ความซับซ้อนของระบบเหล่านี้จำกัดการใช้งานในดีไซน์ RISC ยุคแรกๆ i860 เป็นความพยายามที่จะหลีกเลี่ยงปัญหานี้โดยสิ้นเชิงโดยการย้ายหน้าที่นี้ออกจากชิปไปยังคอมไพเลอร์ ซึ่งทำให้ i860 สามารถจัดสรรพื้นที่ให้กับหน่วยประมวลผลได้มากขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพดีขึ้น ด้วยสถาปัตยกรรมของมัน i860 จึงสามารถรันอัลกอริทึมกราฟิกและจุดลอยตัวบางอย่างได้ด้วยความเร็วสูงเป็นพิเศษ แต่ประสิทธิภาพในการใช้งานทั่วไปนั้นลดลง และการเขียนโปรแกรมอย่างมีประสิทธิภาพทำได้ยาก (ดูด้านล่าง)

i860 มีทั้งคำสั่งกระโดดแบบไม่หน่วงเวลาและแบบหน่วงเวลา เมื่อกระโดดแบบหน่วงเวลา คำสั่งถัดไปจะถูกดำเนินการก่อนที่จะถ่ายโอนการควบคุมไปยังคำสั่งเป้าหมายการกระโดด ซึ่งหมายความว่า i860 มีช่องหน่วงเวลาการกระโดดเพียงช่องเดียว^{[ 10 ]}

ในทางทฤษฎี ประสิทธิภาพถือว่าน่าประทับใจสำหรับโซลูชันชิปเดี่ยว อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริงกลับตรงกันข้าม ปัญหาหนึ่งซึ่งอาจไม่ได้รับการตระหนักในขณะนั้น คือ เส้นทางการทำงานของโค้ดนั้นยากที่จะคาดเดาได้ ซึ่งหมายความว่าการจัดลำดับคำสั่งอย่างถูกต้องในระหว่างการคอมไพล์นั้น ทำได้ยากมาก ตัวอย่างเช่น คำสั่งในการบวกตัวเลขสองตัวจะใช้เวลานานขึ้นอย่างมากหากตัวเลขเหล่านั้นไม่ได้อยู่ในแคช แต่โปรแกรมเมอร์ไม่มีทางรู้ได้ว่าตัวเลขเหล่านั้นอยู่ในแคชหรือไม่ หากเดาผิดไปป์ไลน์ทั้งหมดจะหยุดรอข้อมูล การออกแบบ i860 ทั้งหมดตั้งอยู่บนพื้นฐานของคอมไพเลอร์ที่เขียนคำสั่งที่ดำเนินการงานนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าแทบเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ แม้ว่าในทางทฤษฎีจะสามารถทำคะแนนได้สูงสุดประมาณ 60-80 MFLOPS สำหรับทั้งความแม่นยำเดี่ยวและความแม่นยำคู่สำหรับเวอร์ชัน XP ^{[ 11 ]} แต่ โค้ดแอสเซมเบลอร์ที่เขียนด้วยตนเองกลับทำคะแนนได้สูงสุดเพียงประมาณ 40 MFLOPS และคอมไพเลอร์ส่วนใหญ่ก็ทำคะแนนได้ยากแม้กระทั่ง 10 MFLOPS ^{[ 12 ]} สถาปัตยกรรม Itaniumรุ่นหลังซึ่งเป็นการออกแบบ VLIW เช่นกัน ประสบปัญหาอีกครั้งจากคอมไพเลอร์ที่ไม่สามารถส่งมอบโค้ดที่ได้รับการปรับแต่งอย่างเพียงพอ

ปัญหาสำคัญอีกประการหนึ่งคือ การขาดวิธีการจัดการกับการสลับบริบทอย่างรวดเร็ว ซีพียู i860 มีไปป์ไลน์หลายตัว (สำหรับส่วน ALU และ FPU) และการขัดจังหวะอาจทำให้ไปป์ไลน์เหล่านั้นล้นและต้องโหลดใหม่ทั้งหมด ซึ่งใช้เวลา 62 รอบในกรณีที่ดีที่สุด และเกือบ 2000 รอบในกรณีที่แย่ที่สุด ซึ่งในกรณีที่แย่ที่สุดนั้นเท่ากับ 1/20000 วินาทีที่ความเร็ว 40 MHz (50 ไมโครวินาที) ซึ่งเป็นเวลานานมากสำหรับซีพียู ปัญหานี้ทำให้ i860 ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไป

เมื่อคอมไพเลอร์พัฒนาขึ้น ประสิทธิภาพโดยรวมของ i860 ก็ดีขึ้นตามไปด้วย แต่ในขณะนั้น โปรเซสเซอร์ RISC รุ่นอื่นๆ ส่วนใหญ่ก็มีประสิทธิภาพเหนือกว่า i860 แล้ว

ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 อินเทลได้เปลี่ยนชิปประมวลผลตระกูล RISC ทั้งหมดไปใช้ชิปประมวลผลแบบARM ซึ่งรู้จักกันในชื่อ XScaleที่น่าสับสนคือ หมายเลข 860 ได้ถูกนำกลับมาใช้ใหม่สำหรับชิปเซ็ตควบคุมเมนบอร์ดในระบบ Intel Xeon ( Pentiumระดับสูง) และรุ่นหนึ่งของ Core i7

แอนดี้ โกรฟตั้งข้อสังเกตว่า ความล้มเหลวของ i860 ในตลาดนั้นเกิดจากการที่อินเทลแบกรับภาระมากเกินไป:

ในขณะนั้น เรามีชิปทรงพลังสองตัวที่เปิดตัวพร้อมๆ กัน คือ 486 ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยี CISC และเข้ากันได้กับซอฟต์แวร์พีซีทั้งหมด และ i860 ซึ่งใช้เทคโนโลยี RISC ซึ่งเร็วมากแต่ไม่เข้ากันได้กับอะไรเลย เราไม่รู้ว่าจะทำอย่างไรดี ดังนั้นเราจึงเปิดตัวทั้งสองรุ่น โดยคิดว่าเราจะปล่อยให้ตลาดเป็นผู้ตัดสิน... ความลังเลของเราทำให้ลูกค้าสงสัยว่า Intel หมายถึงอะไรกันแน่ ระหว่าง 486 หรือ i860?

ในตอนแรก i860 ถูกใช้เฉพาะใน ซูเปอร์คอมพิวเตอร์จำนวนน้อยเช่นIntel iPSC/860ต่อมา Intel ได้ทำการตลาด i860 ในฐานะไมโครโปรเซสเซอร์สำหรับเวิร์กสเตชันเป็นระยะเวลาหนึ่ง ซึ่งในระหว่างนั้นมันได้แข่งขันกับไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้ สถาปัตยกรรม MIPSและSPARCเป็นต้น เวิร์กสเตชัน Unix รุ่น Oki Electric OKI Station 7300/30 ^{[ 14 ]}และStardent Vistra 800 ^{[ 15 ]} ใช้ i860 XR ความเร็ว 40 MHz ที่ทำงานบนUNIX System V /i860 ^{[ 16 ]}ส่วน Hauppauge 4860 [ ^{17 ] และ} Olivetti CP486 [ ^{18 ] นั้น}มีIntel 80486และ i860 อยู่บนเมนบอร์ดเดียวกัน ในตอนแรก Microsoft ได้พัฒนาสิ่งที่ต่อมากลายเป็นWindows NTบนเวิร์กสเตชันที่ใช้โปรเซสเซอร์ i860XR ที่ออกแบบภายใน (รหัสชื่อDazzle ) และต่อมาจึงได้พอร์ต NT ไปยังโปรเซสเซอร์ MIPS ( Microsoft Jazz ), Intel 80386และโปรเซสเซอร์อื่นๆ บางคนอ้างว่าชื่อ NT มาจากรหัสชื่อ "N-Ten" ของ i860XR ^{[ 19 ]}

ชิป i860 ยังถูกนำไปใช้ใน โลกของ เวิร์กสเตชันในฐานะตัวเร่งกราฟิกด้วย ตัวอย่างเช่น มันถูกใช้ในNeXTdimension ซึ่งรัน เคอร์เนล Machเวอร์ชันย่อส่วนที่ใช้ สแต็ก PostScript อย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม ส่วนของ PostScriptในโครงการนั้นไม่เคยเสร็จสมบูรณ์ ดังนั้นมันจึงทำได้เพียงแค่ย้ายพิกเซลสีไปมาเท่านั้น ในบทบาทนี้ การออกแบบของ i860 ทำงานได้ดีกว่ามาก เนื่องจากโปรแกรมหลักสามารถโหลดลงในแคชและทำให้ "คาดเดาได้" อย่างสมบูรณ์ ทำให้คอมไพเลอร์สามารถจัดลำดับได้อย่างถูกต้อง NeXTdimension สามารถสร้างกราฟิก 32 บิตได้เร็วกว่าMotorola 68030 ของ NeXTcube รุ่นหลัก ที่สร้างกราฟิก 2 บิตได้

Truevisionผลิตการ์ดเร่งความเร็วที่ใช้โปรเซสเซอร์ i860 สำหรับใช้กับเฟรมบัฟเฟอร์การ์ด Targa และ Vista ของพวกเขาPixar สร้าง RenderManเวอร์ชันพิเศษสำหรับใช้งานบนการ์ดดังกล่าว ซึ่งทำงานได้เร็วกว่าเครื่อง 386 ประมาณสี่เท่า อีกตัวอย่างหนึ่งคือRealityEngineของSGIซึ่งใช้โปรเซสเซอร์ i860XP จำนวนมากในเอนจิ้นเรขาคณิต การใช้งานในลักษณะนี้ค่อยๆ หายไปเช่นกัน เนื่องจากซีพียูทั่วไปเริ่มมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับ i860 และเนื่องจาก Intel หันมาให้ความสำคัญกับ โปรเซสเซอร์ Pentiumสำหรับการประมวลผลทั่วไป

บริษัท Mercury Computer Systems ใช้โปรเซสเซอร์ i860 ในระบบมัลติคอมพิวเตอร์ ของตน โดยจะมีโหนดประมวลผลตั้งแต่ 2 ถึง 360 โหนดอยู่ใน เครือข่าย แบบ Fat Tree ที่ควบคุมด้วย Circuit Switching แต่ละโหนดจะมีหน่วยความจำภายในที่สามารถแมปไปยังโหนดอื่นได้ แต่ละโหนดในระบบแบบผสมผสานนี้อาจเป็น i860, PowerPCหรือกลุ่มของSHARC DSP สามตัวก็ได้ ประสิทธิภาพที่ดีของ i860 มาจากการจัดหาไลบรารีฟังก์ชันประมวลผลสัญญาณที่เขียนด้วยภาษาแอสเซมบลีให้กับลูกค้า ฮาร์ดแวร์นี้สามารถรองรับโหนดประมวลผลได้มากถึง 360 โหนดใน พื้นที่ แร็คขนาด9Uทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันแบบพกพา เช่น การประมวลผลเรดาร์บนเครื่องบิน

ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 Stratus Technologiesได้สร้างเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้ i860 ซีรีส์ XA/R ซึ่งใช้ระบบปฏิบัติการVOS ที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเอง ^{[ 20 ]}

นอกจากนี้ ในช่วงทศวรรษ 1990 บริษัท Alliant Computer Systemsได้สร้างเซิร์ฟเวอร์ FX/800 และ FX/2800 ที่ใช้สถาปัตยกรรม i860 ขึ้นมาแทนที่ซีรีส์ FX/80 และ FX/8 ที่เคยใช้สถาปัตยกรรม Motorola 68000 ISA ระบบประมวลผลของทั้ง Alliant และ Mercury ถูกใช้งานอย่างหนักที่ NASA/JPL สำหรับภารกิจ SIR-C

กองทัพสหรัฐฯ ใช้ i860 สำหรับการใช้งานด้านอวกาศและการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล จำนวนมาก ในฐานะโคโปรเซสเซอร์ ซึ่งมีการใช้งานจนถึงช่วงปลายทศวรรษ 1990 ^{[ 21 ]}

Wikimedia Commons มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับIntel i860

• การ์ดขยาย i860 จำนวนมาก
• รูปภาพและคำอธิบายของ i860
• Rhodehamel, Michael W. (1989). "อินเทอร์เฟซบัสและหน่วยเพจจิ้งของไมโครโปรเซสเซอร์ i860". รายงานการประชุมนานาชาติ IEEE ว่าด้วยการออกแบบคอมพิวเตอร์: VLSI ในคอมพิวเตอร์และโปรเซสเซอร์ ปี 1989.เคมบริดจ์, แมสซาชูเซตส์, สหรัฐอเมริกา. หน้า  380–384 . doi : 10.1109/ICCD.1989.63392 .