Альфа 21364 - Alpha 21364

В Альфа 21364, под кодовым названием "Марвел", также известный как EV7 это микропроцессор разработан Корпорация цифрового оборудования (DEC), позже Compaq Computer Corporation, который реализовал Альфа архитектура набора команд (ЭТО).

История

Alpha 21364 был представлен в октябре 1998 года компанией Compaq на 11-м ежегодном форуме микропроцессоров, где он был описан как Альфа 21264 с 6-позиционным ассоциативным вторичным кешем на кристалле объемом 1,5 МБ, встроенным Прямой Rambus DRAM контроллер памяти и интегрированный сетевой контроллер для подключения к другим микропроцессорам. Изменения в ядре Alpha 21264 включают увеличенный буфер жертвы, емкость которого была увеличена в четыре раза до 32 записей, 16 для Dcache и 16 для Scache. Об этом сообщает Отчет микропроцессора что Compaq рассматривала возможность внесения незначительных изменений в предсказатель ветвления для повышения точности предсказания ветвлений и увеличения емкости буфера промахов до 16 вместо 8 в Alpha 21264.[1]

Ожидалось, что это будет скотчем в конце 1999 года, образцы были доступны в начале 2000 года, а массовые поставки - в конце 2000 года. Однако первоначальный график был отложен, и запись на пленку была произведена в апреле 2001 года, а не в конце 1999 года.[2] Alpha 21364 был представлен 20 января 2002 года, когда дебютировали системы, использующие микропроцессор. Он работал на частоте 1,25 ГГц, но серийные модели в AlphaServer ES47, ES80 и GS1280 работали на частоте 1,0 ГГц или 1,15 ГГц. В отличие от предыдущих микропроцессоров Alpha, Alpha 21364 не продавался на открытом рынке.[нужна цитата ]

Alpha 21364 изначально задумывался как преемник Альфа 21464 под кодовым названием EV8, новая реализация Alpha ISA с четырехканальным одновременная многопоточность (SMT).[3] Впервые он был представлен в октябре 1999 г. на 12-м Ежегодном форуме микропроцессоров,[3] но был отменен 25 июня 2001 г. на поздней стадии разработки.[4]

Разработка

При разработке Alpha 21364 основное внимание уделялось функциям, которые улучшили бы производительность памяти и многопроцессорную масштабируемость. Акцент на производительности памяти стал результатом перспективной статьи, опубликованной в Отчет микропроцессора под названием "Это память, тупица!" написана Ричардом Л. Сайтсом, одним из руководителей определения архитектуры Alpha.[5] В статье делается вывод, что «В ближайшее десятилетие разработка подсистемы памяти будет единственной важной проблемой проектирования микропроцессоров».

Описание

Alpha 21364 был Alpha 21264 с встроенной вторичной кэш-памятью 1,75 МБ, двумя встроенными контроллерами памяти и встроенным сетевым контроллером.

Основной

Ядро Alpha 21364 основано на EV68CB, производном от Альфа 21264. Единственной модификацией был увеличенный буфер жертвы, теперь его емкость увеличена в четыре раза до 32 записей. 32 записи в буфере жертвы делятся поровну на 16 записей для Dcache и Scache. Хотя Alpha 21364 является реализацией четвертого поколения Alpha Architecture, за исключением этой модификации, ядро ​​в остальном идентично EV68CB, производному от Alpha 21264.[6]

Scache

Вторичный кэш (называемый «Scache») - это унифицированный кеш емкостью 1,75 МБ. 7-ходовой установить ассоциативный, использует размер строки 64 байта и имеет политику обратной записи. Кэш защищен одноразрядным исправлением ошибок, двухбитовым кодом исправления ошибок (SECDED), исправляющим ошибки (ECC). Он связан с контроллером кеш-памяти 128-битным путем к данным. Доступ к кэш-памяти является полностью конвейерным, что обеспечивает устойчивую пропускную способность 16 ГБ / с на частоте 1,0 ГГц.

Время, необходимое для данных, запрошенных из кеша, до того момента, когда они могут быть использованы, составляет 12 циклов.[7] 12-периодная задержка была учтена наблюдателями, такими как Отчет микропроцессора, чтобы быть значительным. Задержка Scache больше не уменьшалась, так как это не улучшило бы производительность. Ядро Alpha 21264, на котором был основан Alpha 21364, было разработано для использования внешнего кэша, созданного из стандартной SRAM, которая имеет значительно более высокую задержку, чем встроенный Scache Alpha 21364. Таким образом, он мог принимать данные только в ограниченная скорость. После того, как улучшение задержки не привело к дальнейшему росту, разработчики сосредоточились на снижении мощности, потребляемой Scache.[8] Compaq не захотела исправлять этот недостаток, поскольку потребовала бы существенной модификации ядра Alpha 21264.[9] Высокая задержка Scache позволяла сначала искать теги кеша, чтобы определить, содержит ли Scache запрошенные данные и в каком банке он находится, прежде чем включать Scache bank и получать к нему доступ. Это позволило избежать непродуктивного доступа к Scache и снизить энергопотребление.

Хранилище тегов состояло из 5,75 миллиона транзисторов, а хранилище данных - из 108 миллионов транзисторов.[8]

Контроллер памяти

Alpha 21364 имеет два встроенных контроллеры памяти эта поддержка Rambus DRAM (RDRAM), которые работают на двух третях тактовой частоты микропроцессора или 800 МГц при 1,2 ГГц. Compaq разработала специальные контроллеры памяти для Alpha 21364, предоставив им возможности, отсутствующие в стандартных контроллерах памяти RDRAM, такие как открытие всех 128 страниц, сокращение задержки доступа к этим страницам; и фирменные отказоустойчивые функции.

Каждый контроллер памяти предоставляет пять каналов RDRAM, поддерживающих PC800. Встроенные модули памяти Rambus (RIMM). Четыре канала используются для обеспечения памяти, а пятый - для обеспечения RAID -подобная избыточность.[7] Каждый канал имеет ширину 16 бит, работает на частоте 400 МГц и передает данные как по переднему, так и по заднему фронту тактового сигнала (двойная скорость передачи данных ) для скорости передачи 800 МТ / с, что обеспечивает пропускную способность 1,6 ГБ / с. Общая пропускная способность памяти восьми каналов составляет 12,8 ГБ / с.

Согласованность кэша обеспечивается контроллерами памяти. Каждый контроллер памяти имеет механизм согласования кэш-памяти. Alpha 21364 использует схему согласования кэша каталогов, в которой часть памяти используется для хранения Измененный, Эксклюзивный, Общий, Недействительный (MESI) данные согласованности.

R-коробка

В блоке R находится сетевой маршрутизатор. Сетевой маршрутизатор подключал микропроцессор к другим микропроцессорам с помощью четырех портов, названных Север, Юг, Восток и Запад. Каждый порт состоял из двух 39-битных однонаправленных каналов, работающих на частоте 800 МГц. 32 бита были для данных и 7 бит для ECC. Сетевой маршрутизатор также имеет пятый порт, используемый для ввода-вывода. Этот порт подключается к IO7 специализированная интегральная схема (ASIC), который был мостом к AGP 4 канала и два PCI-X автобусов. Порт ввода-вывода состоял из двух однонаправленных 32-битных каналов, работающих на частоте 200 МГц, что давало пиковую пропускную способность 3,2 ГБ / с. Линия порта ввода / вывода работала на четверти тактовой частоты для упрощения конструкции ASIC ввода / вывода.

Alpha 21364 может подключаться к 127 другим микропроцессорам, используя две топологии сети: случайную и двухмерную. Топология случайного выбора имела больше прямых путей к другим микропроцессорам, уменьшая задержку и, следовательно, улучшая производительность, но была ограничена подключением до восьми микропроцессоров из-за своей природы. Топология 2D-тора позволила сети использовать до 128 микропроцессоров.

В многопроцессорность В системах каждый микропроцессор представляет собой узел с собственной памятью. Доступ к памяти других узлов возможен, но с задержкой. Задержка увеличивается с увеличением расстояния, поэтому Alpha 21364 реализует неравномерный доступ к памяти (NUMA) многопроцессорность. Ввод / вывод также распределяется идентичным образом. Микропроцессор Alpha 21364 в многопроцессорной системе не должен был иметь свои слоты RIMM, заполненные памятью, или его порт ввода-вывода, заполненный устройствами. Он может использовать память и ввод / вывод другого микропроцессора.

Отказоустойчивость

Alpha 21364 может работать в ступенька для отказоустойчивых компьютеров.[10] Эта функция стала результатом решения Compaq о переносе Тандем Отказоустойчивые серверы Himalaya от Архитектура MIPS в Альфу. Однако машины никогда не использовали микропроцессор, так как решение о постепенном отказе от Alpha в пользу Itanium было принято до появления Alpha 21364.

Изготовление

Alpha 21364 содержит 152 миллиона транзисторов. В умереть измеренные 21,1 мм на 18,8 мм для площади 397 мм². Это было сфабриковано Международные Бизнес Машины (IBM) в их 0,18 мкм, семиуровневой медь комплементарный металл – оксид – полупроводник (CMOS) процесс. Он был упакован в 1443-е место. флип-чип наземная сетка (LGA).[2] Он использовал источник питания 1,65 В и внешний интерфейс 1,5 В для максимальной рассеиваемой мощности 155 Вт при 1,25 ГГц.

Альфа 21364A

В Альфа 21364A, под кодовым названием EV79, ранее EV78, был дальнейшим развитием Alpha 21364. Он должен был стать последним разработанным микропроцессором Alpha. Запланированный на выпуск в 2004 году, он был отменен 23 октября 2003 года по причинам, связанным с производительностью и графиком работы HP. В тот же день было объявлено о замене EV7z.

Прототип микропроцессора был представлен Hewlett-Packard на выставке Международная конференция по твердотельным схемам в феврале 2003 г. Он работал на частоте 1,45 ГГц, имел площадь кристалла 251 мм², потреблял источник питания 1,2 В и рассеивал 100 Вт (оценка).[11]

Alpha 21364A должен был улучшить Alpha 21364 за счет более высоких тактовых частот в диапазоне от ~ 1,6 до ~ 1,7 ГГц и поддержки памяти RDRAM 1066 Мбит / с. Он должен был быть изготовлен IBM в размере 0,13 мкм. кремний на изоляторе (SOI) процесс. В результате более совершенного процесса были уменьшены размер кристалла, напряжение источника питания (1,2 В по сравнению с 1,65 В), а также потребляемая мощность и рассеиваемая мощность.

EV7z

В EV7z был дальнейшим развитием Alpha 21364. Это был последний разработанный и представленный микропроцессор Alpha. О EV7z стало известно 23 октября 2003 года, когда HP объявила об отмене Alpha 21364A и замене ее на EV7z.[12] EV7z был представлен 16 августа 2004 года, когда единственный компьютер, использующий микропроцессор, AlphaServer GS1280, был представлен. Он был прекращен 27 апреля 2007 года, когда был снят с производства компьютер, в котором он использовался. Он работал на частоте 1,3 ГГц, поддерживал модули RIMM PC1066 и был изготовлен с использованием того же процесса 0,18 мкм, что и Alpha 21364. По сравнению с Alpha 21364, EV7z был на 14–16 процентов быстрее, но все же был медленнее, чем Alpha 21364A, который он заменил, который По оценкам, он превосходит Alpha 21364 на 25 процентов на частоте 1,5 ГГц.

Примечания

  1. ^ «Alpha 21364 для облегчения узких мест в памяти», стр. 2.
  2. ^ а б «Альфа 21364 (EV7)», стр. 2.
  3. ^ а б «Compaq выбирает SMT для Alpha»
  4. ^ «Компромиссы дизайна для условного предсказателя переходов Alpha EV8», стр. 1.
  5. ^ Сайты, Ричард (5 августа 1996 г.). «Это память, тупица!». Отчет микропроцессора. 10 (10). S2CID  6293956.
  6. ^ Руководство разработчика компилятора для 21264/21364, п. 1-4.
  7. ^ а б Руководство разработчика компилятора для 21264/21364, п. 1-5
  8. ^ а б «Рекомендации по питанию и САПР для кэш-памяти второго уровня 1,75 МБ, 1,2 ГГц на процессоре Alpha 21364»
  9. ^ «Alpha 21364 для облегчения узких мест в памяти», стр. 3.
  10. ^ «Альфа 21364 (EV7)»
  11. ^ «Мур, Мур и другие в ISSCC», стр. 3.
  12. ^ «Компания HP задерживает выпуск своей операционной системы HP-UX и дорожной карты процессоров Alpha»

Рекомендации

дальнейшее чтение