DEC Alpha

DEC Alpha

Mikroprosessori DEC Alpha AXP 21064
Kehittäjä Digital Equipment Corporation
Esitetty 1992
Tavujärjestys vanhimmasta nuorimpaan [d]
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

DEC Alpha (tunnetaan myös nimellä Alpha AXP ) on 64-bittinen RISC - luokan mikroprosessori , jonka alun perin suunnitteli ja valmistaa DEC , joka käytti sitä työasemissa ja palvelimissa . Mikroprosessori luotiin tietokoneille , jotka suunniteltiin korvaamaan VAX -sarja, ja sitä tukivat alun perin VMS- ja DEC OSF / 1 AXP -käyttöjärjestelmät (nimettiin uudelleen Digital UNIXiksi vuonna 1995 Compaqin ostettua DEC :n , nimeltään Tru64 UNIX ). Myöhemmin se siirrettiin ilmaisiin Linux- ja BSD UNIX -käyttöjärjestelmiin . Microsoft tuotti Windows NT :tä Alpha-tuella Windows NT 4.0 SP6:een asti, mutta tuki lopetettiin Windows 2000 Release Candidate 2:n jälkeen.

Historia

Alpha-arkkitehtuurin välitön esi-isä on varhainen DEC PRISM RISC -prosessorisuunnittelu on useiden aikaisempien mallien tulos DEC markkinoi sarjaa DECstation-työasemia, joissa käytettiin MIPS -arkkitehtuuriprosessoreja , ja PRISM-prosessorilla oli monia yhtäläisyyksiä MIPS:n kanssa, mutta niissä oli useita merkittäviä eroja: PRISM-tuki käyttäjän ohjelmoitavaa mikrokoodia (tunnetaan myös nimellä Epicode ). PRISM suunniteltiin aikomuksena ottaa käyttöön uusi käyttöjärjestelmä, nimeltään Emerald , joka mahdollistaisi sekä prosessorin kaikkia ominaisuuksia käyttävien alkuperäisten PRISM-ohjelmien suorittamisen että pienten muutosten jälkeen olemassa olevien VMS -käyttöjärjestelmäohjelmien suorittamisen VAX :lle. arkkitehtuuri . DEC:n johto epäili tarvetta kehittää uusi tietokonearkkitehtuuri korvaamaan nykyiset VAX- ja DECstation-perheet, ja vuonna 1988 PRISM-projekti lopetettiin.

Mutta kun projekti päättyi, toisen sukupolven RISC-prosessorit (esimerkiksi SPARC-arkkitehtuurilla ) saavuttivat paljon paremman hinta/suorituskykysuhteen kuin VAX-sarja. Oli selvää, että kolmas sukupolvi ohittaisi VAX:n täysin suorituskyvyn, ei vain hinnan, suhteen. Aloitettiin tutkimus sen selvittämiseksi, voitaisiinko VMS -käyttöjärjestelmän ajamiseen käyttää RISC-arkkitehtuuria . Uudessa kehityksessä käytettiin suurinta osaa PRISM:n peruskonsepteista, mutta sitä jalostettiin siten, että OS VMS:ää ja sen ohjelmia voitaisiin ajaa ilman muutoksia hyväksyttävällä nopeudella. Päätettiin kehittää täysin 64-bittinen arkkitehtuuri (PRISM-arkkitehtuuri oli 32-bittinen). Ajan myötä uusi arkkitehtuuri kehittyi nykyään Alfaksi. Alpha-prosessorin ohjesarjan suunnittelijat olivat Dick Sites ja Rich Witek.

Alpha-prosessorien suurin panos mikroprosessoriteollisuuteen (ja tärkein syy niiden korkeaan suorituskykyyn) ei ole niinkään itse arkkitehtuurissa, vaan sen erinomaisessa toteutuksessa. Tuohon aikaan (kuten nytkin) tietokoneavusteinen suunnittelu hallitsi mikroelektroniikkateollisuutta, ja johdotuspiireihin käytettiin erityisiä ohjelmistoja, jotka toteuttivat nerokkaita algoritmeja. DEC:n sirusuunnittelijat olivat aikaavievän manuaalisen suunnittelun kannattajia, erityisesti näin syntyi tietokoneita, joissa oli erittäin monimutkainen VAX-arkkitehtuuri. Alfa-prosessorit ovat osoittaneet esimerkillään, että manuaalinen suunnittelu, jota käytetään yksinkertaisen ja läpinäkyvän arkkitehtuurin parissa, mahdollistaa paljon suurempien toimintataajuuksien saavuttamisen kuin tietokoneavusteisten suunnittelujärjestelmien käyttö. Tämä johti manuaalisen piirisuunnittelun uudelleensyntymiseen mikroprosessorisuunnittelijoiden keskuudessa.

Alfa-prosessorit nimettiin virallisesti DECchip 21x64 -sarjaksi , jossa "21" edustaa 2000-lukua ja "64" tarkoittaa, että prosessori oli 64-bittinen, keskimmäinen numero ilmaisee Alpha-arkkitehtuurin sukupolven. Yrityksen sisällä Alpha-prosessorit nimettiin EV -numeroilla, joissa EV oli virallisesti tulkittu "Extended VAX" (extended VAX), mutta oli toinen, humoristinen dekoodaus - "Electric Vlasic " ("sähkökurkku") [ 1] perustuu sarjakuvaan pseudotieteelliseen julkaisuun vihannesten elektroluminesenssista [2] .

Alfa-prosessorien ensimmäiset sukupolvet olivat aikansa innovatiivisimpia.

Ensimmäinen versio, 21064 tai EV4 , oli ensimmäinen CMOS - mikroprosessori, jonka toimintataajuus teki siitä kilpailijan minitietokoneille ja keskuskoneille, jotka käyttivät paljon enemmän tehoa kuluttavaa ESL -kennopohjaa .

Toinen sukupolvi, 21164 tai EV5 , oli ensimmäinen mikroprosessori, jossa oli suuri L2-välimuisti.

21264 ( EV6 ) -prosessori oli ensimmäinen mikroprosessori, joka yhdisti sekä korkean toimintataajuuden että monimutkaisen epäkunnossa suoritetun mikroarkkitehtuurin .

DEC:n sisällä olevien lähteiden mukaan AXP - tavaramerkin valinnan prosessoreille teki DEC:n lakiosasto, joka pelkäsi samanlaisia ​​ongelmia kuin VAX -tavaramerkki . Pitkän etsinnän jälkeen nimi AXP valittiin , koska kukaan ei käyttänyt sitä. Tietokoneteollisuudessa on kuuluisa vitsi, että AXP tarkoittaa "Almost Exactly PRISM" - melkein tarkkaa PRISM.

DEC Alpha -arkkitehtuuriprosessorien julkaisu lopetettiin 27. lokakuuta 2007. [3]

Sukupolvet ja versiot

Prosessorin ilmoituksen yhteydessä kerrottiin, että sen arkkitehtuuria käytettäisiin seuraavat 25 vuotta. Vaikka tämän ei ollut tarkoitus toteutua, Alpha-prosessorien käyttöikä oli kuitenkin melko pitkä. Ensimmäinen versio, Alpha 21064 (tunnetaan myös nimellä EV4 ), esiteltiin vuonna 1992 ja toimi jopa 192 MHz:n taajuudella, ja muutamaa kuukautta myöhemmin luotiin hieman edistyneempään tekniseen prosessiin (0,75 mikronista 0,675 mikroniin) siirtymisen jälkeen. EV4S- versio , joka pystyy toimimaan 200 MHz:n taajuudella. 64-bittinen prosessori oli liukuhihna ja superskalaarinen kuten muut RISC-prosessorit, mutta suoritti silti ne kaikki, joten DEC voi kutsua sitä maailman nopeimmaksi prosessoriksi. Prosessoripiirien huolellinen suunnittelu (mikä oli Hudsonin suunnittelutiimin ansio) ja keskitetyt kellosyöttöpiirit mahdollistivat prosessorin toiminnan korkeilla taajuuksilla huolimatta siitä, että prosessorin mikroarkkitehtuuri oli monin tavoin samanlainen kuin muiden RISC-prosessorien. Vertailun vuoksi halvempi Intel Pentium toimi 66 MHz:n taajuudella, vaikka se julkaistiin seuraavan vuoden keväällä.

Alpha 21164 ( EV5 ) -prosessori tuli saataville vuonna 1995 ja se toimi 333 MHz:n taajuuksilla. Heinäkuussa 1996 taajuus nostettiin 500 MHz:iin ja maaliskuussa 1998 666 MHz:iin. Lisäksi vuonna 1998 julkaistiin 21264 ( EV6 ), jonka alkuperäinen kellotaajuus oli 450 MHz; ajan myötä se nousi 1,25 GHz:iin (tämä tehtiin vuoden 2001 malleissa 21264C / EV68CB ). Vuonna 2003 julkaistiin EV7 Marvel , joka toimii taajuudella 1-1,15 GHz ja edustaa EV68:n ydintä, joka on varustettu neljällä prosessorien välisellä kanavalla; kunkin kanavan kaistanleveys oli 1,6 Gt / s, mikä mahdollisti huomattavasti moniprosessorijärjestelmien suorituskyvyn lisäämisen. Vuoden 2000 loppuun mennessä myytiin noin 500 000 Alpha-prosessoripohjaista järjestelmää.

Vuonna 1999 Samsung lisensoi Alpha-prosessorien valmistuksen . Compaqin myöhempi Digitalin osto johti siihen, että API NetWorks, Inc. , entinen Alpha Processor Inc., siirtyi suuren osan Alphaa käyttävien tuotteiden tuotannosta, Samsungin ja Compaqin perustama yksityinen yritys. Lokakuussa 2001 Microwaysta tuli Alpha-pohjaisten NetWorks API -tuotteiden yksinoikeustoimittaja.

25. kesäkuuta 2001 Compaq ilmoitti, että Alpha-tuotanto lopetetaan vuoteen 2004 mennessä ja Alpha korvataan Intelin Itanium - prosessoreilla . Tämä johtaa EV8 -prosessorin asteittaiseen käytöstä poistamiseen ja kaiken Alphaan liittyvän immateriaaliomaisuuden myyntiin Intelille . Muutamaa kuukautta myöhemmin HP, Compaqin uusi omistaja, ilmoittaa, että Alpha-sarjan kehitys jatkuu vielä useita vuosia, mukaan lukien 1,3 GHz:n EV7- variantin , nimeltään EV7z , julkaisu . Tämä versio, samoin kuin versio, jonka piti olla viimeinen Alpha-perheessä - EV79 , jonka valmistusprosessi on 0,13 mikronia, poistettiin myös vaiheittain. HP jatkoi AlphaServerien myyntiä OpenVMS- ja Tru64 UNIX -käyttöjärjestelmillä 27. lokakuuta 2006 asti ja tarjosi niille tukea vuoden 2013 loppuun asti [4] .

Vuoden 2003 puolivälissä, kun Alphaa poistettiin käytöstä, Alpha-prosessoreihin perustuva ASCI Q -klusteri [5] sijoittui toiseksi nopeimpien tietokoneiden luettelossa .

Mallit

Malli AKA vuosi Taajuus,
MHz		 Nuo. prosessi,
µm		 Transistorit,
milj		 Kiteen koko,
mm²		 Yhteystietojen määrä Virrankulutus,
W		 Syöttöjännite
, V		 Kulkea.
muistikapasiteetti
, MB/s		 Tietovälimuisti,
KB		 Komentovälimuisti,
KB		 Scache Bcache Komentojärjestelmä
EV4 21064 1992 100-200 0,75 1.68 234 290 kolmekymmentä 3.3 80 kahdeksan kahdeksan —
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 kolmekymmentä kahdeksan kahdeksan —
LCA45 21066A 1994 166-233 0.5 1.75 161 23 3.3 kolmekymmentä kahdeksan kahdeksan —
EV5 21164 1995 266-500 0.5 9.7 299 296 56 3,3/2,5 150 kahdeksan kahdeksan 96 kt yksi R
EV56 21164A 1996 400-767 0,35 9.3 209 46 3,3/2,0 300 kahdeksan kahdeksan 96 kt 1-2 Mt R,B
PCA56 21164PC 1997 400-533 0,35 3.5 141 264 40 3,3/2,5 kahdeksan 16 — 1 Mt R, B, M
PCA57 21164PC 600-666 0,28 5.7 101 283 kaksikymmentä 2,5/2,0 16 16 — 1 Mt R, B, M
EV6 21264 1998 450-600 0,35 15.2 314 389 73 2.0 1600 64 64 — 2-8 Mt R,B,M,F
EV67 21264A 1999 667-750 0,25 15.2 210 389 2.0 64 64 — 2-8 Mt R,B,M,F,C
EV68AL 21264B 2001 800-833 0,18 15.2 125 1.7 64 64 — 2-8 Mt R,B,M,F,C,T
EV68CB 21264C 2001 1000-1250 0,18 15.2 125 65-75 1.65 64 64 — 2-8 Mt R,B,M,F,C,T
EV68CX 21264D 1.65 64 64 — 2-8 Mt R,B,M,F,C,T
EV7/EV7z 21364 2003 800-1300 0,18 130 397 125 1.5 64 64 1,75 Mt — R,B,M,F,C,T
EV79 21364A(?) (romahtanut) 1700 0.13 152 300 120 1.2 64 64 1,75 Mt? — R,B,M,F,C,T

Komentojärjestelmän laajennukset:

Alfaa käyttävät järjestelmät

Alfa-pohjaisten järjestelmien ensimmäinen sukupolvi sisälsi DEC 3000 AXP -sarjan työasemat ja lähtötason palvelimet, keskitason 4000 AXP -palvelimet ja huippuluokan palvelinsarjat: DEC 7000 AXP ja DEC 10000 AXP.

3000 AXP - sarjassa käytettiin samaa TURBOchannel - väylää kuin edellisen sukupolven DEC - työasemat , joissa käytettiin MIPS - arkkitehtuuria sisältäviä mikroprosessoreita . 4000 AXP -sarjassa käytettiin FutureBus+ -väylää , kun taas 7000 AXP- ja 10000 AXP -sarjassa 7000- ja 10000-sarjan VAX -tietokonearkkitehtuuria .

Lisäksi DEC tuotti Alpha-pohjaisia ​​työasemia, jotka muistuttivat henkilökohtaisia ​​tietokoneita ja käyttivät EISA -väylää : DECpc 150 AXP (tämä malli tunnetaan myös nimellä DEC 2000 AXP). Nämä olivat ensimmäiset alfa-pohjaiset järjestelmät, jotka tukevat Windows NT :tä . DEC julkaisi myöhemmin Alpha-versiot Celebris XL- ja Personal Workstation PC -sarjoistaan ​​varustaen ne 21164 prosessorilla.

DEC Multia VX40/41/42 kompakteissa työasemissa käytettiin 21066- ja 21068-prosessoreja.

Vuonna 1994 DEC julkaisi uuden sarjan AlphaStation- ja AlphaServer -järjestelmiä , joissa käytettiin 21064- ja 21164-suorittimia, PCI-väylää , VGA -yhteensopivaa kehyspuskuria sekä PS/2-yhteensopivaa näppäimistöä ja hiirtä . AlphaServer 8000 -palvelinsarja, joka korvasi DEC 7000/10000 AXP:n, käytti XMI- ja FutureBus+-väyliä.

AlphaStation XP1000 -työasemat käyttivät ensimmäisenä 21264-prosessoria. Myöhemmin AlphaServer/Station-mallit, joissa käytettiin 21264-prosessoria, jaettiin seuraaviin perheisiin:

21364-prosessoria käytettiin AlphaServer ES47-, ES80- ja GS1280-malleissa.

DEC, Samsung ja Alpha Processor Inc ovat valmistaneet useita OEM-emolevyjä Alphalle. , mukaan lukien EB64+, EB164, API UP1000 ja UP2000.

Cray Research käytti 21064- ja 21164-prosessoreja Cray T3D- ja Cray T3E massiivisesti rinnakkaisissa supertietokoneissaan .

Network Appliance käytti prosessoreita 21164 ja 21264 verkkoon liitetyissä tallennusjärjestelmissä .

Vaikutus toimialaan

Alpha-prosessori ja sen konseptit vaikuttivat suoraan tai välillisesti muiden prosessorien suunnitteluun ja koko alan kehitykseen.

Alkuperäinen AMD Athlon -prosessori käytti alun perin Alphaa varten kehitettyä väylää. AMD Opteron -prosessori käyttää nopeaa HyperTransport prosessorien välistä väylää ja integroitua muistiohjainta  , jotka ovat samankaltaisia ​​kuin Alphan pioneerit. Dirk Meyer, AMD:n prosessoriinsinööri, työskenteli Alphan parissa.

Nykyaikaisissa Intel-palvelin- ja työpöytäprosessoreissa käytetty HyperThreading -tekniikka , jonka avulla prosessori pystyy ratkaisemaan useita tehtäviä samanaikaisesti, on saanut inspiraationsa DEC:n Alpha-tiimin 1990-luvulla tekemästä monisäikeistyksen tutkimuksesta. Yli 300 Alpha-insinööriä siirtyi HP:lta Inteliin, suurin osa heistä työskentelee nyt Itanium 2 -prosessorin parissa .

Prosessorissa käytetty muistimalli oli pehmein kaikista olemassa olevista: ilman lisäesteitä toisen säikeen komentojen suorittamisen näkyvyyden järjestystä rikottiin. Käytännössä tämä osoittautui erittäin valitettavaksi ratkaisuksi, koska toimintojen uudelleenjärjestäminen ja välimuistiin liittyvät vaikutukset johtivat intuitiiviseen käyttäytymiseen moniprosessorijärjestelmissä. [6] Vaikka oli mahdollista kirjoittaa oikeita ohjelmia [7] , se vaati huomattavaa lisäponnistusta kääntäjien ja monisäikeisten ohjelmien kirjoittamisessa. Tästä syystä myöhemmin tällaisesta arkkitehtonisesta ratkaisusta luovuttiin, eikä sitä käytetty missään muualla.

Muistiinpanot

  1. ↑ EV-4 (1992)  (englanniksi)  (pääsemätön linkki) . Tietokonehistorian simulaatioprojekti. - EV-4:n ominaisuudet ja historia - ensimmäinen virallisesti julkaistu Alpha-prosessori. Haettu 11. huhtikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 14. helmikuuta 2012.
  2. ↑ Orgaanisten valaistusjärjestelmien karakterisointi  (englanniksi) (PDF)  (linkkiä ei saatavilla) (huhtikuu 1989). — Koominen pseudotieteellinen julkaisu vihannesten elektroluminesenssista. Haettu 11. huhtikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 14. helmikuuta 2012.
  3. ↑ AlphaServer-ympäristön muuttaminen Arkistoitu 8. helmikuuta 2007.
  4. ↑ HP tarjoaa nyt palvelua (huoltoa, korjausta ja neuvontaa) kaikille tällä hetkellä myyville Alpha-järjestelmille vähintään viiden vuoden ajan viimeisestä uuden järjestelmän toimituksesta (tai ainakin vuoteen 2013 asti) Arkistoitu 18. heinäkuuta 2007.
  5. ↑ Kesäkuun 2003 TOP 10 -sivustoa . Haettu 14. lokakuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 16. lokakuuta 2013.
  6. ↑ Uudelleentilaus Alpha-prosessorilla . Haettu 31. maaliskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 15. maaliskuuta 2016.
  7. ↑ LINUXIN YDINMUISTIN ESTEET (katso TIETOJEN RIIPPUVUUSESTEET -osio) . Käyttöpäivä: 31. maaliskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 22. maaliskuuta 2016.

Kirjallisuus

Linkit

AlphaServer-uutissivustot

Tekninen perusdokumentaatio

Tarina

Käyttöjärjestelmän BSD-portit DEC/Compaq Alpha -perheen prosessoreille

GNU/Linux-jakelut

 RISC - teknologioihin perustuvat prosessoriarkkitehtuurit