Szerkesztő:Pkunk/tmp

Az Alpha 21364, avagy a „Marvel” kódnéven ill. az EV7 jelölés alatt is ismert csip, egy a Digital Equipment Corporation (DEC), majd később a Compaq Computer Corporation által fejlesztett, az Alpha utasításkészlet-architektúrát (ISA) implementáló, elődjéhez hasonlóan 64 bites RISC típusú mikroprocesszor.

Történet

Az Alpha 21364-et 1998 októberében mutatta be a Compaq a 11. Éves Mikroprocesszor Fórumon, ahol úgy írták le azt, mint egy csipre integrált 1,5 MiB méretű 6 utas csoport-asszociatív másodlagos gyorsítótárral, egy integrált Direct Rambus DRAM memóriavezérlővel és egy, a processzorok egymáshoz kapcsolását szolgáló integrált hálózati vezérlővel kiegészített Alpha 21264-es mikroprocesszort.

A victim buffer (VB) egy kicsi, általában 4 bejegyzéses, ezáltal nagyon gyors, teljesen asszociatív gyorsítótár, az elsődleges (L1) utasítás/adat-gyorsítótár mellett. Az U/A-gyorsítótárból kilökött bejegyzések kerülnek ide, azaz a legutoljára kilakoltatott adatok. Cache miss esetén az adatot először a VB-ben keresi a logika, és ha megtalálja, akkor visszateszi az U/A-gyorsítótárba, vagy megcseréli az U/A-gyorsítótárban lévő adatot a VB adatával.

Az Alpha 21264 magjában több változtatást eszközöltek, pl. nagyobb victim buffer került a magba: ennek méretét megnégyszerezték, így az összesen 32 bejegyzésű tár 16 bejegyzése szolgál a Dcache (adat-gyorsítótár) és 16 bejegyzés az Scache (másodlagos gyorsítótár) gyorsítására. A Microprocessor Report jelentése szerint a Compaq kisebb változtatásokat tervezett az elágazásjósló logikában a jóslás pontosságának növelése céljából és a tévesztőpuffer méretét 16 bejegyzésre növelte a korábbi, az Alpha 21264 magjában kialakított 8 bejegyzés helyébe.

A gyártás indítását (a tape-out fázist) 1999 végére, az első minták elkészítését a 2000-es év elejére, a nagy mennyiségű szállítást 2000 végére tervezték. Ezt a menetrendet azonban nem tudták tartani, így a tervek gyártásba kerülése (a tape-out) csak több hónapos késéssel, 2001 áprilisában történt meg. Az elkészült Alpha 21364 processzort 2002 január 20-án mutatták be, a processzort felhasználó rendszerek bemutatkozásával egyidőben. A bemutatott modell 1,25 GHz-es órajelen működött, de a termelésbe került, AlphaServer ES47, ES80 és GS1280 modellekbe épített egységek 1,0 GHz-en vagy 1,15 GHz-en működtek. Az előző Alpha mikroprocesszoroktól eltérően az Alpha 21364-es nem került kereskedelmi forgalomba.

Az eredeti elképzelés szerint az Alpha 21364 processzort később az EV8 kódnevű Alpha 21464 processzor váltotta volna fel, amely az Alpha ISA egy újabb verzióját alkalmazza, négyutas szimultán többszálas végrehajtással (simultaneous multithreading, SMT). Ezt először 1999 októberében, a 12. Éves Microprocesszor Fórumon mutatták be, de fejlesztését 2001 június 25-án leállították, a fejlesztés egy igen előrehaladott fázisában.

Fejlesztés

Az Alpha 21364 fejlesztésénél a legnagyobb hangsúlyt a memória teljesítményét növelő jellemzők kifejlesztése kapta és a skálázhatóság növelése a multiprocesszoros rendszerekben. A memória teljesítményére való fókuszálás egy a Microprocessor Report-ban publikált "It's the Memory, Stupid!" című cikk eredménye volt, Richard L. Sites, az Alpha Architektúra vezető tervezőjének tollából. A cikkben azt írta, hogy a következő évtizedben a memória-alrendszer tervezése lesz a mikroprocesszortervezés egyetlen fontos területe ("Over the coming decade, memory subsystem design will be the only important design issue for mikroprocesszor.").

Leírás

Az Alpha 21364 egy továbbfejlesztett Alpha 21264, 1,75 MiB-os csipre integrált másodlagos gyorsítótárral, két integrált memóriavezérlővel és egy integrált hálózati vezérlővel.

A mag

Az Alpha 21364 magja is based on the EV68CB, a derivative of the Alpha 21264. The only modification was a larger victim buffer, now quadrupled in capacity to 32 entries. The 32 entries of victim buffer is divided equally into 16 entries each for the Dcache and Scache. Although the Alpha 21364 is a fourth-generation implementation of the Alpha Architecture, aside from this modification, the core is otherwise identical to the EV68CB derivative of the Alpha 21264.

Az Scache

A másodlagos gyorsítótár (termed "Scache") is a unified cache with a capacity of 1,75 MiB. It is 7-way set associative, uses a 64-byte line size, and has a write-back policy. The cache is protected by single-bit error correction, double-bit error detection (SECDED) error-correcting code (ECC). It is connected a gyorsítótár-vezérlőhöz by a 128 bites data path. Access to the cache is fully pipelined, yielding a sustainable bandwidth of 16 GB/s 1,0 GHz-en.

The time required for data requested from the cache to when it can be used is 12 cycles. A 12 ciklusos latencia was considered by observers, such as the Microprocessor Report, to be significant. A latencia of the Scache was not reduced further as it would have not improved performance. Az Alpha 21264 mag upon which the Alpha 21364 was based on was designed to use an external cache built from commodity SRAM, which has a significantly higher latency than the on-die Scache of the Alpha 21364. Thus, it could only accept data at a limited rate. Once improving latency saw no further gains, the designers focused on reducing the power consumed by the Scache. Compaq was not willing to remedy this deficiency as it would have required the Alpha 21264 core to be modified significantly. The high latency of the Scache permitted the cache tags be looked up first to determine if the Scache contained the requested data and in which bank it was located in before powering up the Scache bank and accessing it. This avoided unproductive Scache accesses, reducing power consumption.

The tag store consisted 5,75 millió tranzisztort and data store 108 millió tranzisztort.

A memóriavezérlő

Az Alpha 21364 has two integrated memóriavezérlős that support Rambus DRAM (RDRAM) that operate at two thirds a mikroprocesszor órajelfrekvenciájának, or 800 MHz 1,2 GHz-en. Compaq designed custom memory controllers for the Alpha 21364, giving them capabilities not found in standard RDRAM memory controllers such as having all the 128 pages open, reducing the access latency to those pages; and proprietary fault-tolerant features.

Mindegyik memóriavezérlő provides five RDRAM channels that support PC800 Rambus inline memory modules (RIMMs). Four of the channels are used to provide memory, while the fifth is used to provide RAID-like redundancy. Minden csatorna 16 bites széles, operates 400 MHz-en and transfers data on both the rising and falling edges of the clock signal (double data rate) for a transfer rate of 800 MT/s, yielding 1,6 GB/s of bandwidth. The total memory bandwidth of the eight channels is 12,8 GB/s.

Cache coherence is provided by the memory controllers. Mindegyik memóriavezérlő has a cache coherence engine. Az Alpha 21364 uses a directory cache coherence scheme where part of the memory is used to store Modified, Exclusive, Shared, Invalid (MESI) coherency data.

Az R-box

The R-box contains the network router. The network router connected the mikroprocesszor to other mikroprocesszor using four ports named North, South, East and West. Each port consisted of two 39 bites unidirectional links operating 800 MHz-en. 32 bit were for data and 7 bit were for ECC. The network router also has a fifth port, used for I/O. This port connects to an IO7 alkalmazásspecifikus integrált áramkör (ASIC), which was a bridge to an AGP 4x channel and two PCI-X buses. The I/O port consisted of two unidirectional 32 bites links operating 200 MHz-en, yielding a peak bandwidth of 3,2 GB/s. The I/O port link operated az órajelfrekvencia egynegyedén to simplify the design of the I/O ASIC.

Az Alpha 21364 can connect to as many as 127 other mikroprocesszor using two network topologies: shuffle and an 2D torus. The shuffle topology had more direct paths to other mikroprocesszor, reducing latency and therefore improving performance, but was limited to connecting up to eight mikroprocesszor as a result of its nature. The 2D torus topology enabled the network to feature up to 128 mikroprocesszor.

In multiprocessing systems, each mikroprocesszor is a node with its own memory. Accessing the memory of other nodes is possible, but with a latency. A latencia a távolság arányában növekszik, thus the Alpha 21364 implements non-uniform memory access (NUMA) multiprocessing. I/O is also distributed in an identical fashion. An Alpha 21364 mikroprocesszor in a multiprocessing system did not have to have its RIMM slots populated with memory or its I/O port populated with devices. It could use another mikroprocesszor's memory and I/O.

Hibatűrő képesség

Az Alpha 21364 could operate in lock-step for fault-tolerant computers. This feature was a result in Compaq's decision to migrate Tandem's Himalaya fault-tolerant servers from the MIPS architektúra to Alpha. The machines however never used the mikroprocesszor as the decision to phase out the Alpha in favor of the Itanium was made before the availability of the Alpha 21364.

Gyártás

Az Alpha 21364 152 millió tranzisztort tartalmaz. The die measured 21,1 mm × 18,8 mm for an area of 397 mm². It was fabricated by International Business Machines (IBM) in their 0,18 µm-es, seven-level copper complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) process. It was packaged in a 1,443-land flip-chip land grid array (LGA). It used 1,65 V power supply and 1,5 V external interfész for a maximum power dissipation of 155 W 1,25 GHz-en.

Alpha 21364A

The Alpha 21364A, code-named EV79, previously EV78, was a further development of the Alpha 21364. It was intended to be the last Alpha mikroprocesszor developed. Scheduled to be introduced in 2004, it was cancelled 2003 október 23-án, with HP cited performance and schedule issues as reasons. A replacement, the EV7z was announced on the same day.

A prototype of the mikroprocesszor was presented by Hewlett-Packard at the International Solid State Circuits Conference 2003 februárjában. It operated 1,45 GHz-en, had a die area of 251 mm², used 1,2 V power supply, and dissipated 100 W (estimated).

The Alpha 21364A was to improved upon the Alpha 21364 by featuring higher clock frequencies in the range of ~1.6 to ~1.7 GHz and support for 1066 Mbit/s RDRAM memory. It was to be fabricated by IBM in their 0,13 µm-es silicon on insulator (SOI) process. As a result of the more advanced process, there were reductions in die size, power supply voltage (1,2 V compared to 1,65 V), and in power consumption and dissipation.

EV7z

The EV7z was a further development of the Alpha 21364. Ez volt az utolsó Alpha mikroprocesszor developed and introduced. The EV7z became known 2003 október 23-án when HP announced they had cancelled the Alpha 21364A and would be replacing it with the EV7z. The EV7z was introduced 2004 augusztus 16-án when the only computer using the mikroprocesszor, AlphaServer GS1280, was introduced. It was discontinued 2007 április 27-án when the computer it was featured in was discontinued. It operated 1,3 GHz-en, supported PC1066 RIMMs and was fabricated in the same 0,18 µm-es process as the Alpha 21364. Compared to the Alpha 21364, the EV7z was 14 to 16 percent faster, but was still slower than the Alpha 21364A it replaced, which was estimated to outperform the Alpha 21364 25 százalékkal 1,5 GHz-en.

---

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben az Alpha 21364 című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

• "EV7 AlphaServers unleashed as chip line heads into sunset". (21 January 2003). The Register.
• Bannon, Peter (4 January 2002). "Alpha 21364 (EV7)".
• Compaq Computer Corporation. Compiler Writer’s Guide for the 21264/21364, Revision 2.0, January 2002.
• Computergram (3 February 1998). "DEC Double Speed Alpha RISC Chip Future Uncertain". Computer Business Review.
• Diefendorff, Keith (6 December 1999). "Compaq Chooses SMT for Alpha". Microprocessor Report, Volume 13, Number 16.
• Glaskowsky, Peter N. (24 March 2003). "Moore, Moore and More at ISSCC". Microprocessor Report.
• Grodstein, Joel; et al. (2002). "Power and CAD considerations for the 1,75 MiB, 1.2GHz L2 cache on the Alpha 21364 CPU". GLVLSI '02.
• Gwenapp, Linley (26 October 1998). "Alpha 21364 to Ease Memory Bottleneck". Microprocessor Report.
• Hewlett-Packard Development Company, L.P. (20 January 2004). HP Introduces Most Powerful Generation of AlphaServer Systems. Press release.
• Hewlett-Packard Development Company, L.P. (16 August 2004). HP Expands UNIX Server and StorageWorks Portfolios to Offer Customers Greater Value and Flexibility on Standards-based Platforms. Press release.
• Jain, A. et al. (2001). "A 1.2 GHz Alpha mikroprocesszor with 44,8 GB/s chip pin bandwidth". ISSCC Digest of Technical Papers.
• Krewell, Kevin (24 March 2003). "EV7 Stresses Memory Bandwidth". Microprocessor Report.
• Mukherjee, Shubhendu S.; Bannon, Peter; Lang, Steve; Spink, Aaron; Webb, David (2002). "Az Alpha 21364 Network Architecture". IEEE Micro. pp. 26–35.
• Seznec, Andre; et al. (25–29 May 2002). "Design Tradeoffs for the Alpha EV8 Conditional Branch Predictor". Proceedings of the 29th IEEE-ACM International Symposium on Computer Architecture.
• Shannon, Terry (24 October 2003). "HP is Dealt a Delay in its HP-UX OS and Alpha Processor Roadmap". Shannon Knows HPC, Volume 10, Number 51.

További információk

• Kowaleski, J.A., Jr. et al. (2003). "Implementation of an Alpha mikroprocesszor in SOI". ISSCC Digest of Technical Papers. pp. 248–249, 491.
• Tsuk, M. et al. (2001). "Modeling and measurement of the Alpha 21364 package". Elektromos Performance of Elektromos Packaging. pp. 283–286.
• Xanthopoulos, T. et al. (2001). "The design and analysis of the clock distribution network for a 1.2GHz Alpha mikroprocesszor". ISSCC Digest of Technical Papers. pp. 402–403.

Kapcsolódó szócikkek

• AlphaVM: A full DEC Alpha system emulator running on Windows or Linux. It contains a high-performance emulator of the Alpha CPU.