| DEC Alpha | |
|---|---|
| Mikroprocesor DEC Alpha AXP 21064 | |
| Vývojář | Digital Equipment Corporation |
| Prezentováno | 1992 |
| Pořadí bajtů | od nejstaršího po nejmladší [d] |
| Mediální soubory na Wikimedia Commons | |
DEC Alpha (také známý jako Alpha AXP ) je 64bitový mikroprocesor třídy RISC původně navržený a vyrobený společností DEC , která jej používala ve své řadě pracovních stanic a serverů . Mikroprocesor byl vytvořen pro počítače , které měly nahradit řadu VAX a byl zpočátku podporován operačními systémy VMS a DEC OSF/1 AXP (v roce 1995 přejmenován na Digital UNIX , po koupi DEC společností Compaq , přejmenován na Tru64 UNIX ). Později byl portován na svobodné operační systémy Linux a BSD UNIX . Microsoft vyráběl Windows NT s podporou Alpha až do Windows NT 4.0 SP6, ale podpora byla zrušena po Windows 2000 Release Candidate 2.
Přímým předkem architektury Alpha je časný návrh procesoru DEC PRISM RISC výsledkem několika dřívějších návrhů DEC prodával sérii pracovních stanic DECstation používajících procesory architektury MIPS a procesor PRISM měl mnoho podobností s MIPS, ale existovala řada významných rozdílů: PRISM podporoval uživatelsky programovatelný mikrokód (také známý jako Epicode ). PRISM byl navržen se záměrem implementovat pro něj nový operační systém, známý jako Emerald , který by umožňoval provozovat jak nativní programy PRISM využívající plné možnosti procesoru, tak po drobné úpravě stávající programy operačního systému VMS pro VAX . architektura . Vedení DEC pochybovalo o potřebě vyvinout novou počítačovou architekturu, která by nahradila stávající rodiny VAX a DECstation, a v roce 1988 byl projekt PRISM uzavřen.
Ale v době uzavření projektu dosáhla druhá generace RISC procesorů (například s architekturou SPARC ) mnohem lepšího poměru cena / výkon než řada VAX. Bylo jasné, že třetí generace VAX zcela předběhne výkonem, nejen cenou. Byla zahájena studie, která měla zjistit, zda by bylo možné vytvořit architekturu RISC, kterou by bylo možné použít ke spuštění operačního systému VMS . Nový vývoj využíval většinu základních konceptů PRISM, ale byl zpřesněn tak, aby OS VMS a programy pro něj běžely bez úprav přijatelnou rychlostí. Bylo učiněno rozhodnutí vyvinout plně 64bitovou architekturu (architektura PRISM byla 32bitová). Postupem času se nová architektura vyvinula v to, co se nyní nazývá Alpha. Architekty instrukční sady procesoru Alpha byli Dick Sites a Rich Witek.
Největší přínos procesorů Alpha pro mikroprocesorový průmysl (a hlavní důvod jejich vysokého výkonu) nespočívá ani tak v samotné architektuře, ale v její skvělé implementaci. V té době (jako ostatně i nyní) dominoval mikroelektronickému průmyslu počítačově podporovaný design a pro zapojení obvodů, které implementovaly důmyslné algoritmy, se používal speciální software. Návrháři čipů v DEC byli zastánci časově náročného ručního navrhování, konkrétně tak vznikaly počítače s velmi složitou architekturou VAX. Procesory Alpha na příkladu ukázaly, že ruční návrh, používaný při práci na jednoduché a transparentní architektuře, umožňuje dosáhnout mnohem vyšších provozních frekvencí než použití systémů počítačově podporovaného návrhu. To vedlo k oživení ručního návrhu obvodů mezi návrháři mikroprocesorů.
Procesory Alpha byly oficiálně označeny jako řada DECchip 21x64 , přičemž „21“ představuje 21. století a „64“ označuje, že procesor byl 64bitový, prostřední číslo označovalo generaci architektury Alpha. Uvnitř společnosti byly procesory Alpha označeny čísly EV , kde bylo EV oficiálně dešifrováno jako "Extended VAX" (rozšířený VAX), ale došlo k jinému, vtipnému dekódování - "Electric Vlasic " ("elektrická okurka") [ 1] na základě komiksové pseudovědecké publikace o elektroluminiscenci zeleniny [2] .
Prvních několik generací procesorů Alpha bylo nejinovativnějších ve své době.
První verze, 21064 nebo EV4 , byla prvním mikroprocesorem CMOS , jehož pracovní frekvence z něj učinila konkurenta minipočítačů a sálových počítačů využívajících mnohem energeticky náročnější základnu ESL buněk .
Druhá generace, 21164 nebo EV5 , byla prvním mikroprocesorem, který měl velkou vyrovnávací paměť L2 na čipu.
Procesor 21264 ( EV6 ) byl prvním mikroprocesorem, který kombinoval jak vysokou provozní frekvenci, tak komplexní mikroarchitekturu provádění mimo pořadí .
Podle zdrojů uvnitř DEC byla volba ochranné známky AXP pro procesory provedena právním oddělením DEC, které se obávalo podobných problémů jako ochranná známka VAX . Po dlouhém hledání byl vybrán název AXP , protože nebyl nikým obsazen. V počítačovém průmyslu existuje známý vtip, že AXP znamená „Almost Exactly PRISM“ – téměř přesný PRISM.
Vydání procesorů architektury DEC Alpha bylo ukončeno 27. října 2007. [3]
V době oznámení procesoru bylo uvedeno, že jeho architektura bude používána dalších 25 let. To sice nebylo souzeno splnit, nicméně procesory Alpha měly poměrně dlouhou životnost. První verze, Alpha 21064 (také známá jako EV4 ), byla představena v roce 1992 a běžela až na 192 MHz, o několik měsíců později, po přechodu na mírně pokročilejší technologický proces (z 0,75 mikronu na 0,675 mikronu), vznikla verze EV4S , schopná pracovat na 200 MHz. 64bitový procesor byl zřetězený a superskalární jako ostatní RISC procesory, ale přesto je všechny překonal, což umožnilo DEC nazvat jej nejrychlejším procesorem na světě. Pečlivé propracování obvodů procesoru (což byla zásluha konstrukčního týmu Hudson) a obvody centralizovaného napájení hodin umožnily procesoru pracovat na vysokých frekvencích, a to i přesto, že mikroarchitektura procesoru byla v mnohém podobná jiným RISC procesorům. Pro srovnání, levnější Intel Pentium běželo na 66 MHz, přestože vyšlo na jaře následujícího roku.
Procesor Alpha 21164 ( EV5 ) byl dostupný v roce 1995 a běžel na frekvencích až 333 MHz. V červenci 1996 byla frekvence zvýšena na 500 MHz a v březnu 1998 na 666 MHz. Kromě toho byl v roce 1998 vydán 21264 ( EV6 ) s původním taktem 450 MHz; postupem času se zvýšil na 1,25 GHz (to bylo provedeno v modelech 21264C / EV68CB z roku 2001 ). V roce 2003 byl vydán EV7 Marvel , který pracuje na frekvenci 1 až 1,15 GHz a představuje jádro EV68, vybavené čtyřmi kanály meziprocesorové výměny; šířka pásma každého kanálu byla 1,6 GB / s, což umožnilo výrazně zvýšit výkon víceprocesorových systémů. Do konce roku 2000 bylo prodáno asi 500 000 systémů s procesory Alpha.
V roce 1999 byla výroba procesorů Alpha licencována společností Samsung . Následný nákup Digital společností Compaq vedl k tomu, že velkou část výroby produktů využívajících Alpha převzala API NetWorks, Inc. , dříve Alpha Processor Inc., soukromá společnost založená společnostmi Samsung a Compaq. V říjnu 2001 se Microway stal výhradním dodavatelem produktů NetWorks API založených na Alpha.
25. června 2001 Compaq oznámil, že výroba Alpha bude do roku 2004 postupně ukončena a Alpha bude nahrazena procesory Intel Itanium . To vede k postupnému vyřazování procesoru EV8 a prodeji veškerého duševního vlastnictví souvisejícího s Alpha společnosti Intel . O několik měsíců později společnost HP, nový vlastník společnosti Compaq, oznamuje, že vývoj řady Alpha bude pokračovat ještě několik let, včetně uvedení varianty EV7 s frekvencí 1,3 GHz s názvem EV7z . Tato verze, stejně jako verze, která měla být poslední v rodině Alpha - EV79 s výrobním procesem 0,13 mikronu, byla také vyřazena. HP pokračovalo v prodeji AlphaServerů s operačními systémy OpenVMS a Tru64 UNIX až do 27. října 2006 a poskytovalo pro ně podporu do konce roku 2013 [4] .
V polovině roku 2003, kdy byla Alpha postupně vyřazována, se cluster ASCI Q založený na procesorech Alpha [5] umístil na druhém místě v seznamu nejrychlejších počítačů .
| Modelka | AKA | Rok | Frekvence, MHz |
Tito. proces, µm |
Tranzistory, miliony |
Velikost krystalu, mm² |
Počet kontaktů | Spotřeba energie, W |
Napájecí napětí, V |
Složit. kapacita paměti , MB/s |
Datová mezipaměť, KB |
Příkazová mezipaměť, KB |
Scache | Bcache | Příkazový systém |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| EV4 | 21064 | 1992 | 100-200 | 0,75 | 1,68 | 234 | 290 | třicet | 3.3 | 80 | osm | osm | — | ||
| EV45 | 21064A | 1994 | 200-300 | 0,5 | 2,85 | 164 | 33 | 3.3 | 80 | 16 | 16 | — | |||
| LCA4 | 21066 | 1993 | 100-166 | 0,68 | 1,75 | 209 | 21 | 3.3 | třicet | osm | osm | — | |||
| LCA45 | 21066A | 1994 | 166-233 | 0,5 | 1,75 | 161 | 23 | 3.3 | třicet | osm | osm | — | |||
| EV5 | 21164 | 1995 | 266-500 | 0,5 | 9.7 | 299 | 296 | 56 | 3,3/2,5 | 150 | osm | osm | 96 kB | jeden | R |
| EV56 | 21164A | 1996 | 400-767 | 0,35 | 9.3 | 209 | 46 | 3,3/2,0 | 300 | osm | osm | 96 kB | 1-2 MB | R,B | |
| PCA56 | 21164PC | 1997 | 400-533 | 0,35 | 3.5 | 141 | 264 | 40 | 3,3/2,5 | osm | 16 | — | 1 MB | R, B, M | |
| PCA57 | 21164PC | 600-666 | 0,28 | 5.7 | 101 | 283 | dvacet | 2,5/2,0 | 16 | 16 | — | 1 MB | R, B, M | ||
| EV6 | 21264 | 1998 | 450-600 | 0,35 | 15.2 | 314 | 389 | 73 | 2,0 | 1600 | 64 | 64 | — | 2-8 MB | R,B,M,F |
| EV67 | 21264A | 1999 | 667-750 | 0,25 | 15.2 | 210 | 389 | 2,0 | 64 | 64 | — | 2-8 MB | R,B,M,F,C | ||
| EV68AL | 21264B | 2001 | 800-833 | 0,18 | 15.2 | 125 | 1.7 | 64 | 64 | — | 2-8 MB | R,B,M,F,C,T | |||
| EV68CB | 21264C | 2001 | 1000-1250 | 0,18 | 15.2 | 125 | 65-75 | 1,65 | 64 | 64 | — | 2-8 MB | R,B,M,F,C,T | ||
| EV68CX | 21264D | 1,65 | 64 | 64 | — | 2-8 MB | R,B,M,F,C,T | ||||||||
| EV7/EV7z | 21364 | 2003 | 800-1300 | 0,18 | 130 | 397 | 125 | 1.5 | 64 | 64 | 1,75 MB | — | R,B,M,F,C,T | ||
| EV79 | 21364A(?) | (sbaleno) | 1700 | 0,13 | 152 | 300 | 120 | 1.2 | 64 | 64 | 1,75 MB? | — | R,B,M,F,C,T |
Rozšíření příkazového systému:
První generace systémů na bázi Alpha zahrnovala řadu pracovních stanic a serverů základní úrovně DEC 3000 AXP , servery střední třídy 4000 AXP a špičkové serverové řady: DEC 7000 AXP a DEC 10000 AXP.
Řada 3000 AXP používala stejnou sběrnici TURBOchannel jako předchozí generace pracovních stanic DEC, které používaly mikroprocesory architektury MIPS . Řada 4000 AXP používala sběrnici FutureBus+ , zatímco řada 7000 AXP a 10000 AXP používala počítačovou architekturu VAX řady 7000 a 10000 .
Kromě toho DEC vyráběl pracovní stanice na bázi Alpha, které byly podobné osobním počítačům a využívaly sběrnici EISA : DECpc 150 AXP (tento model je také známý jako DEC 2000 AXP). Byly to první systémy založené na Alpha, které podporovaly Windows NT . Společnost DEC později vydala Alpha verze své řady Celebris XL a Personal Workstation PC a vybavila je procesory 21164.
Procesory 21066 a 21068 byly použity v kompaktních pracovních stanicích DEC Multia VX40/41/42.
V roce 1994 vydal DEC novou řadu systémů AlphaStation a AlphaServer , které používaly procesory 21064 a 21164, sběrnici PCI , framebuffer kompatibilní s VGA a klávesnici a myš kompatibilní s PS/2 . Řada serverů AlphaServer 8000, která nahradila DEC 7000/10000 AXP, používala sběrnice XMI a FutureBus+.
Pracovní stanice AlphaStation XP1000 byly první, které používaly procesor 21264. Pozdější modely AlphaServer/Station, které používaly procesor 21264, byly rozděleny do následujících rodin:
Procesor 21364 byl použit v modelech AlphaServer ES47, ES80 a GS1280.
Řada OEM základních desek pro Alpha byla vyrobena společnostmi DEC, Samsung a Alpha Processor Inc. , včetně EB64+, EB164, API UP1000 a UP2000.
Cray Research používal procesory 21064 a 21164 ve svých masivně paralelních superpočítačích Cray T3D a Cray T3E .
Procesory 21164 a 21264 používalo Network Appliance v systémech Network Attached Storage .
Procesor Alpha a jeho koncepce přímo či nepřímo ovlivnily design ostatních procesorů a vývoj celého odvětví.
Původní procesor AMD Athlon používal sběrnici původně vyvinutou pro Alpha. Procesor AMD Opteron využívá vysokorychlostní meziprocesorovou sběrnici HyperTransport a integrovaný paměťový řadič , což jsou technologie podobné těm, které vyvinula Alpha. Dirk Meyer, hlavní procesorový inženýr v AMD, pracoval na Alpha.
Technologie HyperThreading používaná v moderních serverových a desktopových procesorech Intel , která umožňuje procesoru řešit několik úloh současně, byla inspirována výzkumem v oblasti multithreadingu , který provedl tým Alpha v DEC v 90. letech. Více než 300 inženýrů Alpha přešlo od HP k Intelu, většina z nich nyní pracuje na procesoru Itanium 2 .
Paměťový model použitý v procesoru byl nejměkčí ze všech existujících: bez dalších bariér bylo porušeno pořadí viditelnosti provádění příkazů jiným vláknem. V praxi se to ukázalo jako velmi nešťastné řešení, protože přeuspořádání operací a efekty spojené s cachováním vedly k intuitivnímu chování na víceprocesorových systémech. [6] Přestože bylo možné napsat správné programy [7] , vyžadovalo to značné dodatečné úsilí při psaní kompilátorů a vícevláknových programů. Z tohoto důvodu bylo následně od takového architektonického řešení upuštěno a nikde jinde nebylo použito.
Zpravodajské stránky AlphaServeru
Základní technická dokumentace
Příběh
Operační systém BSD porty pro procesory rodiny DEC/Compaq Alpha
distribuce GNU/Linux
| Architektury procesorů založené na technologiích RISC | |
|---|---|