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인텔 i960

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목차

1. 개요

인텔 i960은 1980년대 인텔이 개발한 32비트 RISC 마이크로프로세서 제품군이다. iAPX 432의 실패를 바탕으로 고성능 임베디드 시스템을 목표로 설계되었으며, BiiN 프로젝트를 통해 개발이 시작되었다. i960은 RISC 아키텍처를 기반으로 슈퍼스칼라 기술을 적용하여 명령어 처리 속도를 향상시켰으며, 다양한 버전으로 출시되어 RAID 컨트롤러, 파이버 채널 스위치, 슬롯 머신, 군사 및 항공 우주 분야 등 다양한 분야에서 활용되었다. 1990년대 중반 경쟁 칩에 비해 가격 대 성능비가 낮아지면서 개발이 종료되었다.

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인텔 i960
인텔 i960 정보
인텔 i960HA 마이크로프로세서
제조 시작1988년 4월 6일
제조 종료2007년
최저 속도10 MHz
최고 속도100 MHz
제조사인텔
데이터 폭32비트 (확장 아키텍처에서는 33비트)
코어 수1

2. 개발

인텔 N80960SA (PLCC 패키지)


인텔 GC80960RD66 (BGA 패키지)


인텔 GC80960RN, sSpec: SL3YW, BGA 패키지)


인텔 FC80960HD66 (PQFP 패키지)


i960의 설계는 1980년대 초 인텔의 iAPX 432 프로세서의 실패에 대한 대응으로 시작되었다.[4] iAPX 432는 에이다(Ada), 리스프(Lisp)에서 지원하는 메모리 태그, 보호, 가비지 콜렉션 등의 고급 언어를 하드웨어 상에서 직접 지원하려고 했으나, 명령어 집합의 복잡성과 설계 결함으로 인해 당시의 다른 프로세서보다도 훨씬 느렸다.[4]

이러한 i432의 성능 문제를 피하기 위해, i960의 명령어 집합 아키텍처(ISA)는 RISC로 설계되었고 ('''i960MX'''에서만 완전히 구현됨), 메모리 서브 시스템은 33비트 폭(32비트 주소와 보호된 메모리를 나타내는 1비트 태그)을 가졌다. i960은 버클리 RISC를 따라 레지스터 윈도우를 채택했으며, 메모리 관리에 있어서는 평탄한 32비트 공간을 채택하고 세그먼트 방식은 채택하지 않았다. 또한, 여러 명령을 병행하여 실행하는 슈퍼스칼라 구현을 염두에 두었다.

2. 1. iAPX 432의 실패와 BiiN 프로젝트

1980년대 초, 인텔의 iAPX 432는 에이다(Ada), 리스프(Lisp)와 같은 고급 프로그래밍 언어를 하드웨어 차원에서 지원하려 했으나, 복잡한 명령어 집합과 설계상의 결함으로 인해 성능이 매우 낮았다.[4]

1984년, 인텔과 지멘스는 고신뢰성 객체 지향 컴퓨터 시스템 개발을 목표로 하는 BiiN이라는 공동 프로젝트를 시작했다.[4] 이 프로젝트에는 i432 개발팀의 대부분이 참여했으며, IBM 출신의 글렌포드 마이어스(Glenford Myers)가 설계 책임자를 맡았다.[4] BiiN 시스템은 은행, 공장, 핵 발전소와 같이 높은 신뢰성이 요구되는 환경을 주요 시장으로 겨냥했다.[4]

2. 2. i960 아키텍처의 탄생

1980년대 초, 인텔은 iAPX 432 설계에 실패했다. iAPX 432는 에이다나 리스프 같은 고급 언어를 하드웨어적으로 직접 지원하도록 설계되어, 메모리 태그, 보호, 가비지 컬렉션 기능을 갖추려고 했다. 그러나 명령어 집합이 복잡하고, 여러 칩으로 구성되었으며, 설계 결함으로 인해 당시 다른 프로세서보다 훨씬 느렸다.

이러한 실패를 극복하기 위해 i960은 RISC 기반으로 설계되었다. i960은 메모리 보호를 위한 태그 비트를 포함한 33비트 메모리 시스템을 갖추고 있었다. 또한, 레지스터 윈도우를 적용하는 등 여러 면에서 버클리 RISC 설계를 따랐다.

1984년, 인텔과 지멘스는 BiiN이라는 공동 프로젝트를 시작하여 에이다를 사용한 고성능 오류 허용 객체 지향 컴퓨터 시스템을 개발했다. i432 개발팀원 대부분이 이 프로젝트에 합류하였지만, 이들을 이끈 사람은 IBM에서 온 글렌포드 마이어스였다.

1985년 10월, 최초의 i960 프로세서가 테이핑 아웃(칩 설계 완료)되었고, 이후 제조 공정을 거쳐 동작하는 칩이 생산되었다.

2. 3. BiiN 프로젝트 중단과 i960의 시장 진출

지멘스의 조직 개편으로 인해 BiiN 프로젝트는 중단되었고, i960MX는 사용처를 잃게 되었다. 마이어스는 BiiN의 완전한 기능에서 몇 가지 기능을 축소한 버전으로 i960을 범용 프로세서로 판매하고자 인텔 경영진을 설득하려 했다. 그는 인텔 80286과 80386을 대체하고, 스티브 잡스의 넥스트(NeXT)를 포함한 유닉스 시스템용 신규 RISC 시장에 진출하고자 했다. 그러나 당시 i960은 인텔 내부에서 80386 진영뿐만 아니라 또 다른 RISC 프로세서인 i860과도 경쟁해야 했다.[4] 결국 마이어스는 인텔 경영진을 설득하지 못해 i960의 유닉스 프로세서 또는 범용 판매에 대한 지원을 받지 못했다. 하지만 i960은 곧 고성능 32비트 임베디드 시장에서 수요를 찾게 되었다.

3. 아키텍처

i960은 iAPX 432의 성능 문제를 피하기 위해 명령어 집합 아키텍처 (ISA)를 RISC 기반으로 설계하였다.[5] 메모리 보호 기능을 갖춘 33비트 폭의 메모리 시스템을 갖추고 있으며, 레지스터 윈도를 사용하는 등 여러 면에서 버클리 RISC 설계를 따랐다. 스탠퍼드 대학교의 MIPS는 컴파일러에 의존하는 방식을 택했지만, i960은 그렇지 않았다. I386과는 달리 메모리 세그먼트 없이 32비트 메모리 공간 전체를 사용할 수 있었으며, 슈퍼스칼라를 적용하여 명령어 처리를 효율화했다.[6]

i960 제품군은 상호 바이너리 호환성을 위해 설계된 4가지 아키텍처를 특징으로 한다.[5]

아키텍처설명
CoreRISC와 유사한 코어
Numerics부동 소수점 연산 추가
Protected페이지 메모리 관리, 슈퍼바이저/사용자 보호, 문자열 명령어, 프로세스 스케줄링, 운영 체제를 위한 프로세스 간 통신 및 대칭형 멀티 프로세싱 추가
Extended애플리케이션을 위한 객체 보호 및 프로세스 간 통신 추가



초기 출시에서 80960KA는 Core 아키텍처, 80960KB는 Numerics 아키텍처, 80960MC는 Protected 아키텍처, 80960XA는 Extended 아키텍처를 지원했다.

3. 1. RISC 기반 설계와 슈퍼스칼라

i960은 iAPX 432의 성능 문제를 피하기 위해 명령어 집합 아키텍처 (ISA)를 RISC 기반으로 설계하였다.[5] 메모리 시스템은 32비트 워드와 메모리 보호를 위한 태그 비트를 포함하는 33비트 폭으로 구성되었다. i960은 레지스터 윈도를 적용하는 등 여러 면에서 오리지널 버클리 RISC 설계를 따랐다. 스탠퍼드 대학교의 경쟁 디자인(MIPS)은 컴파일러가 최적화된 코드를 생성하는 것에 의존했지만, i960은 이를 적용하지 않았다. I386과는 다르게 메모리 세그먼트 없이 완전한 32비트 메모리 공간을 사용할 수 있었다. i960은 슈퍼스칼라를 적용하여 명령어는 프로세서 내부에서 1개 이상의 유닛으로 동시에 디스패치(dispatch)된다.[6]

3. 2. 메모리 시스템

i960의 메모리 시스템은 32비트 워드와 메모리 보호를 위한 태그 비트로 이루어진 33비트 넓이로 되어 있다. i386과는 다르게 메모리 세그먼트 없이 완전한 32비트 메모리 공간을 사용할 수 있다.[5]

3. 3. 레지스터 윈도우

i960은 빠른 서브루틴 호출을 위해 레지스터 윈도를 사용했는데, 이는 버클리 RISC 설계의 특징 중 하나이다. 스탠퍼드 대학교의 MIPS는 컴파일러에 의존하여 최적의 서브루틴 호출 및 반환 코드를 생성하는 방식을 사용했지만, i960은 레지스터 윈도를 사용했다.[6]

4. i960 버전

i960은 다양한 버전으로 출시되었으며, 각 버전은 특정 용도에 맞게 기능이 최적화되었다.


  • '''i960MC''': 초기 모델로, 메모리 관리 장치(MMU)를 포함하고 있었으나, BiiN 시스템의 모든 기능은 사양에 언급되지 않았다.
  • '''i960MX''': 군사용으로만 납품되었다.
  • '''i960KA''': 메모리 관리 장치(MMU)와 FPU가 없는 저가형 버전으로, 레이저 프린터나 초기 그래픽 단말기 등에 사용되었다.
  • '''i960KB''': i960KA와 동일하지만 FPU를 내장하고 있다.
  • '''i960CA''': 1989년 7월에 발표된, 슈퍼스칼라 RISC 코어를 적용한 첫 번째 프로세서이다. 주소 지정이 가능한 온칩 캐시를 포함했지만, FPU와 MMU는 제외되었다.
  • '''i960CF''': i960CA의 개선판으로, 더 큰 명령어 캐시와 데이터 캐시를 추가했지만, FPU와 MMU는 여전히 포함되지 않았다.
  • '''i960VH''': 1998년 10월에 발표된 임베디드 PCI 프로세서로, 100MHz i960JT 코어와 33MHz 32비트 PCI 버스를 갖추고 있었다.
  • '''i960Jx''': 임베디드 애플리케이션용 프로세서이다.
  • '''i960Rx''': I/O 프로세서이다.

4. 1. 80960MC, 80960XA

80960MC는 온칩 메모리 관리 장치를 포함하고 있으며, 인텔의 M82965 버스 확장 장치와 함께 결함 허용 시스템을 지원한다.[10] 80960MC는 원래 BiiN 시스템의 모든 기능을 가지고 있었지만, 이러한 기능들은 사양에 언급되지 않았다.[7]

이 칩은 32개의 32비트 레지스터, 512바이트의 명령어 캐시, 스택 프레임 캐시, 고속 32비트 멀티플렉스 버스트 버스 및 인터럽트 컨트롤러를 포함한다.[11] 또한 256개의 인터럽트 벡터와 32단계의 인터럽트 우선순위를 가진다.[10]

80960XA는 군사용 i960 제품군의 일원이며, 군사용 80960MC의 상위 집합인 확장 아키텍처를 구현한다. 하드웨어에서 33번째 태그 비트인 역량을 사용하여 객체 지향 프로그래밍을 지원한다.[5]

4. 2. 80960KA, 80960KB

i960KA는 메모리 관리 장치(MMU)와 FPU가 없는 제품이며, i960KB는 FPU를 내장하고 있다. 두 버전은 내부적으로 동일하며 제품 라벨만 달랐다. i960KA는 레이저 프린터용 저가형 32비트 프로세서로 널리 사용되었을 뿐만 아니라 초기 그래픽 단말기와 기타 임베디드 응용에도 사용되었다.[11]

이 프로세서는 35만 개 이상의 트랜지스터를 포함하고 있으며, 약 7.5 VAX MIPS를 수행할 수 있다. 80960KB 버전은 IEEE 754 표준과 호환되며 최대 4 MWIPS를 수행할 수 있다. 두 프로세서 모두 CHMOS-III 기술을 사용하여 16MHz 및 20MHz로 제공되며, 132-PGA로 패키징되었다. 80960KA 버전은 100개 수량 기준으로 230달러, 80960KB 버전은 390달러에 판매되었다.[11]

4. 3. 80960CA, 80960CF

80960CA는 1989년 7월에 발표된 프로세서로, 완전히 새로운 슈퍼스칼라 RISC 코어를 적용한 첫 번째 사례였다.[12] 이 칩은 특이하게도 주소 지정이 가능한 온칩 캐시를 포함하고 있었지만, 고성능 임베디드 시스템 용도로 설계되었기 때문에 FPU(부동 소수점 연산 장치)와 MMU(메모리 관리 장치)는 제외되었다.[12] 80960CA는 ALU(산술 논리 장치)를 하나만 가지고 있었음에도 불구하고, 산술 명령어, 메모리 참조, 분기 명령어를 동시에 처리할 수 있었으며, 특정 조건에서는 사이클당 두 개의 명령어를 실행할 수도 있었다.[12] 초기 버전은 33MHz로 동작했으며, 인텔은 이 칩이 66MIPS(초당 백만 명령어)의 성능을 낸다고 홍보했다. 80960CA 마이크로아키텍처는 1987~1988년에 설계되었으며, 1989년 9월 12일에 공식 발표되었다.

이후 1992년 5월에 출시된 80960CF는 명령어 캐시가 더 커졌고(1KB 대신 4KB), 1KB의 데이터 캐시를 추가했지만, FPU와 MMU는 여전히 포함되지 않았다. 80960CA를 채용한 X 터미널이 한국 휴렛 팩커드에 의해 개발·판매되었다.

4. 4. 80960Jx

80960Jx는 임베디드 애플리케이션용 프로세서이다. 32비트 복합 주소/데이터 버스, 명령어 및 데이터 캐시, 1KB 온칩 RAM, 인터럽트 컨트롤러, 두 개의 독립적인 32비트 타이머를 갖추고 있다. 80960Jx는 ONCE (온-회로 에뮬레이션) 모드와 JTAG(경계 스캔)을 통한 검사 기능을 제공한다.

4. 5. 80960VH

1998년 10월 발표된 '''i960VH''' 임베디드 PCI 프로세서는 100MHz i960JT 코어와 33MHz 32비트 PCI 버스를 갖추고 있었다. i960VH는 16KB 명령어 캐시, 4KB 데이터 캐시, 1KB 내장 램, 2개의 32비트 타이머, 프로그래머블 인터럽트 컨트롤러, I²C 인터페이스, 2채널 DMA 컨트롤러를 포함한다.[1]

4. 6. 80960Rx

80960Rx 프로세서는 I/O 프로세서로 명명되었으며, PCI 버스(변형에 따라 2.1 또는 2.2)와 80960Jx 코어를 포함하였다. 이는 마더보드에서 온보드 PCI 장치를 구현하는 데 사용될 수 있으며, PCI 확장 카드에서도 사용될 수 있었다. RM/RN/RS 변형은 JT 코어를 사용하여 코어 속도를 3배로 높여 100MHz 내부 클럭 속도를 달성했으며, RD 변형은 JF 코어를 사용하여 2배로 높여 66MHz를 달성했다. RP 변형은 33MHz 버스 속도로 실행되는 JF 코어를 가지고 있었다.

5. 종료

인텔은 I2O를 통해 i960의 입지를 강화하려 했으나, 큰 성공을 거두지 못했다. 1990년대 중반, i960은 다른 신형 칩셋에 비해 가격 대 성능비가 떨어졌고, 배터리 전원을 사용하는 시스템을 위한 저전력 버전도 출시되지 않았다.[1] 1990년, i960 개발팀은 P6 프로세서 (펜티엄 프로) 개발에 배치되면서, i960 개발은 사실상 종료되었다.[2]

6. 현재

i960 프로세서는 레이드(RAID) 컨트롤러 카드, 파이버 채널 스위치, 슬롯 머신, F-22, KA-1, HAL 테자스(Tejas) 등 군사 및 항공 우주 분야, 자동 레이다 기록 장치(ARPA), HP X-Terminals 등 다양한 분야에서 여전히 활용되고 있다.

6. 1. RAID 컨트롤러

i960 프로세서는 XOR 연산 성능이 높아 고성능 레이드(RAID) 컨트롤러 카드에 사용되기도 한다. 아답텍 AAR-2400A는 i960RS를 사용하여 소규모 PC 서버 및 워크스테이션 용도로 RAID-5 시스템을 구축할 수 있다.[14]

Mylex SCSI RAID 컨트롤러 (i960 사용)


80303과 같은 일부 i960 I/O 프로세서는 RAID 알고리즘을 위한 내장 하드웨어 XOR 엔진을 포함하고 있다.[14] 이는 고급, RAID 지원, SCSI 디스크 어레이, 호스트 어댑터 카드 및 디지털 장비/Compaq/HP의 고급 SCSI 및 DSSI, 그리고 궁극적으로 Fibre Channel HSx 시리즈의 독립형 RAID 컨트롤러에 사용된다.[15][16]

i960RS 칩은 Adaptec의 AAR-2400A 컨트롤러에도 사용되며, 이 컨트롤러는 네 개의 일반 병렬 ATA 드라이브를 사용하여 소규모 PC 서버 및 워크스테이션을 위한 저렴한 RAID-5 보호 내결함성 스토리지 시스템을 구축한다.[14]

일부 SATA RAID 컨트롤러는 PCI-to-PCI 브리지, 메모리 컨트롤러 및 80960JT-100 CPU 코어를 통합하는 인텔의 80303 IOP(Intelligent I/O Processor)를 사용한다.

6. 2. 파이버 채널 스위치

인텔 i960은 브로케이드(Brocade)의 파이버 채널 스위치에 사용되어 Fabric OS를 작동시킨다.[14]

6. 3. 슬롯 머신

인텔 i960은 슬롯 머신에도 사용되었는데, IGT의 스텝퍼 S2000 계열과 i960 비디오 계열에서 찾아볼 수 있다.[14]

6. 4. 군사 및 항공 우주 분야

미국이 개발한 스텔스 전투기 F-22의 CIP에 주요 프로세서로 i960이 사용되었다. 대한민국이 개발한 훈련기 KA-1의 컴퓨터에도 i960이 사용되었다. 인도가 개발한 경전투기 HAL 테자스(Tejas)의 MMR(Multi-mode radar)에도 i960이 사용되었으며, HAL 테자스는 2015년에 인도 공군에 실전 배치되었다. 인도 우주 연구 기구(ISRO)는 발사체의 온보드 컴퓨터에 이 칩을 사용한다.

6. 5. 기타 응용 분야

켈빈 휴즈(Kelvin Hughes)의 자동 레이다 기록 장치(ARPA : Automatic Radar Plotting Aid) 인터페이스에 i960이 사용되었다.[17] HP의 X-Terminals에도 i960이 사용되었다.[17] 일부 사타 RAID 컨트롤러는 인텔 80303 IOP (Intelligent I/O Processor)를 사용하는데, 여기에는 80960JT-100 코어와 메모리 컨트롤러, PCI-to-PCI 브리지가 내장되어 있다.[17]

참조

[1] 뉴스 A New Family of Intel Chips https://www.nytimes.[...] New York Times 1988-04-06
[2] 뉴스 Intel cashes in ancient chips https://www.theregis[...] 2006-05-18
[3] 웹사이트 Embedded Processors, Part One https://www.pcmag.co[...] 2002-01-11
[4] 웹사이트 Whatever Happened to The iAPX432 — Intel's Dream Chip http://www.dvorak.or[...] 2008
[5] 웹사이트 80960XA Embedded 32-bit Microprocessor with 33rd Tag Bit to Support Object-Oriented Programming and Data Security http://www.bitsavers[...] Intel
[6] 서적 BiiN CPU Architecture Reference Manual http://bitsavers.org[...] BiiN 1998-07
[7] 웹사이트 80960MC EMBEDDED 32-BIT MICROPROCESSOR WITH INTEGRATED FLOATING-POINT UNIT AND MEMORY MANAGEMENT UNIT http://www.bitsavers[...] 1990
[8] 웹사이트 80960JA/JF/JD/JT 3.3 V EMBEDDED 32-BIT MICROPROCESSOR http://www.bitsavers[...] 1998-03
[9] 웹사이트 The complex history of the Intel i960 RISC processor http://www.righto.co[...] 2023-07-01
[10] 간행물 Intel's 80960 & 80376 Standouts in the 32-Bit Crowd Intel Corporation, Microcomputer Solutions 1988-07/08
[11] 간행물 New Product Focus: Components: Intel Enters The World Of 32-Bit Embedded Control Intel Corporation, Microcomputer Solutions 1988-05/06
[12] 서적 Modern Processor Design: Fundamentals of Superscalar Processors McGraw Hill 2003
[13] 서적 Military and Special Products Handbook Intel 1993
[14] 웹사이트 Intel 80960RM I/O Processor Data Sheet https://datasheet.oc[...]
[15] 웹사이트 On Platform Storageworks Seminar notes http://www.dectrader[...]
[16] 보도자료 Intel Expands I/O Building Block Family To Include Intel Integrated RAID Design Kit, Software And Controller https://www.intel.co[...] Intel 2000-01-19
[17] 웹사이트 Image of the circuit board of an Alcatel 1000 ADSL modem https://security.sds[...]


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