Альфа 21364

Alpha 21364 под кодовым названием «Marvel», также известный как EV7 , представляет собой микропроцессор , разработанный Digital Equipment Corporation (DEC), позже Compaq Computer Corporation , который реализовал Alpha архитектуру набора команд (ISA).

История

Alpha 21364 был представлен в октябре 1998 года компанией Compaq на 11-м ежегодном форуме микропроцессоров, где он был описан как Alpha 21264 с 1,5 МБ 6-канальной встроенной ассоциативной вторичной кэш-памятью, встроенным Direct Rambus DRAM контроллером памяти и встроенный сетевой контроллер для подключения к другим микропроцессорам. Изменения в ядре Alpha 21264 включали увеличенный буфер жертвы , емкость которого была увеличена в четыре раза до 32 записей: 16 для Dcache и 16 для Scache. сообщается В отчете Microprocessor Report , что Compaq рассматривала возможность внесения незначительных изменений в предсказатель ветвей для повышения точности предсказания ветвей и удвоения емкости буфера промахов до 16 записей вместо 8 в Alpha 21264.

Ожидалось, что он будет записан на пленку в конце 1999 года, образцы будут доступны в начале 2000 года, а массовые поставки - в конце 2000 года. Однако первоначальный график был отложен: запись на пленку состоялась в апреле 2001 года, а не в конце 1999 года. Alpha 21364 был представлен 20 января 2002 года, когда дебютировали системы, использующие микропроцессор. Он работал на частоте 1,25 ГГц, но серийные модели 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.

Первоначально предполагалось, что на смену Alpha 21364 придет Alpha 21464 под кодовым названием EV8, новая реализация Alpha ISA с четырехсторонней одновременной многопоточностью (SMT). Впервые он был представлен в октябре 1999 года на 12-м ежегодном форуме микропроцессоров. но был отменен 25 июня 2001 г. на поздней стадии разработки.

Разработка

При разработке Alpha 21364 основное внимание уделялось функциям, которые позволили бы улучшить производительность памяти и многопроцессорную масштабируемость. Акцент на производительности памяти стал результатом перспективной статьи, опубликованной в журнале Microprocessor Report под названием «Это память, дурак!» написан Ричардом Л. Сайтсом, который был одним из авторов определения архитектуры Alpha. В статье делается вывод: «В ближайшее десятилетие проектирование подсистемы памяти станет единственной важной проблемой проектирования микропроцессоров».

Описание

Alpha 21364 представлял собой Alpha 21264 со встроенной вторичной кэш-памятью объемом 1,75 МБ, двумя встроенными контроллерами памяти и встроенным сетевым контроллером.

Основной

Ядро Alpha 21364 основано на EV68CB, производном от Alpha 21264 . Единственной модификацией стал увеличенный буфер жертвы, емкость которого теперь увеличена в четыре раза до 32 записей. 32 записи буфера жертвы разделены поровну на 16 записей для Dcache и Scache. Хотя Alpha 21364 представляет собой реализацию архитектуры Alpha четвертого поколения, за исключением этой модификации, ядро ​​в остальном идентично производной Alpha 21264 EV68CB.

Скеш

Вторичный кеш (называемый «Scache») представляет собой унифицированный кеш емкостью 1,75 МБ. Это семиканальная ассоциативная установка , размер строки составляет 64 байта и имеется политика обратной записи. Кэш защищен однобитным кодом исправления ошибок, двухбитовым кодом исправления ошибок (ECC). Он подключен к контроллеру кэша 128-битным каналом передачи данных. Доступ к кэшу полностью конвейерный, что обеспечивает устойчивую пропускную способность 16 ГБ/с на частоте 1,0 ГГц.

Время, необходимое для данных, запрошенных из кэша, до момента, когда их можно будет использовать, составляет 12 тактов. Наблюдатели, такие как Microprocessor Report , считали задержку в 12 циклов значительной. Задержка Scache не была дополнительно уменьшена, поскольку это не улучшило бы производительность. Ядро Alpha 21264, на котором базировалась Alpha 21364, было разработано для использования внешнего кэша, созданного на основе стандартного SRAM, который имеет значительно более высокую задержку, чем встроенный Scache Alpha 21364. Таким образом, оно могло принимать данные только с частотой ограниченная ставка. Поскольку улучшение задержки не привело к дальнейшему улучшению, разработчики сосредоточились на снижении энергопотребления Scache. Compaq не хотела устранять этот недостаток, поскольку это потребовало бы существенной модификации ядра Alpha 21264. Высокая задержка Scache позволила сначала просмотреть теги кеша, чтобы определить, содержит ли Scache запрошенные данные и в каком банке они расположены, прежде чем включать банк Scache и получать к нему доступ. Это позволило избежать непроизводительного доступа к Scache и снизить энергопотребление.

Хранилище тегов состояло из 5,75 миллионов транзисторов, а хранилище данных — из 108 миллионов транзисторов.

Контроллер памяти

Alpha 21364 имеет два встроенных контроллера памяти , поддерживающих Rambus DRAM (RDRAM), которые работают на двух третях тактовой частоты микропроцессора, или 800 МГц при частоте 1,2 ГГц. Compaq разработала специальные контроллеры памяти для Alpha 21364, предоставив им возможности, отсутствующие в стандартных контроллерах памяти RDRAM, например, открытие всех 128 страниц, что снижает задержку доступа к этим страницам; и собственные отказоустойчивые функции.

Каждый контроллер памяти предоставляет пять каналов RDRAM, которые поддерживают встроенные модули памяти PC800 Rambus (RIMM). Четыре канала используются для предоставления памяти, а пятый — для обеспечения резервирования по принципу RAID . Каждый канал имеет ширину 16 бит, работает на частоте 400 МГц и передает данные как по нарастающему, так и по спадающему фронту тактового сигнала ( двойная скорость передачи данных ) со скоростью передачи 800 МТ/с, что обеспечивает пропускную способность 1,6 ГБ/с. Суммарная пропускная способность памяти восьми каналов составляет 12,8 ГБ/с.

Согласованность кэша обеспечивается контроллерами памяти. Каждый контроллер памяти имеет механизм когерентности кэша. Alpha 21364 использует схему когерентности кэша каталогов, в которой часть памяти используется для хранения данных измененной, эксклюзивной, общей и недействительной (MESI) когерентности.

R-бокс

R-box содержит сетевой маршрутизатор. Сетевой маршрутизатор соединял микропроцессор с другими микропроцессорами 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 предназначались для данных, а 7 бит — для ECC. Сетевой маршрутизатор также имеет пятый порт, используемый для ввода-вывода. Этот порт подключается к специализированной интегральной схеме (ASIC) IO7, которая была мостом к каналу AGP 4x и двум PCI-X шинам . Порт ввода-вывода состоял из двух однонаправленных 32-битных каналов, работающих на частоте 200 МГц, что обеспечивало пиковую пропускную способность 3,2 ГБ/с. Канал порта ввода-вывода работал на четверти тактовой частоты, чтобы упростить конструкцию ASIC ввода-вывода.

Alpha 21364 может подключаться к 127 другим микропроцессорам, используя две топологии сети: перемешивание и двумерный тор. Топология перемешивания имела более прямые пути к другим микропроцессорам, что уменьшало задержку и, следовательно, повышало производительность, но в силу своей природы ограничивалось подключением до восьми микропроцессоров. Топология 2D-тора позволила сети содержать до 128 микропроцессоров.

В многопроцессорных системах каждый микропроцессор представляет собой узел со своей памятью. Доступ к памяти других узлов возможен, но с задержкой. Задержка увеличивается с расстоянием, поэтому Alpha 21364 реализует многопроцессорную обработку с неоднородным доступом к памяти (NUMA). Ввод-вывод также распределяется аналогичным образом. Микропроцессор Alpha 21364 в многопроцессорной системе не должен был заполнять слоты RIMM памятью или порт ввода-вывода, заполненный устройствами. Он может использовать память и ввод-вывод другого микропроцессора.

Отказоустойчивость

Alpha 21364 может работать параллельно с отказоустойчивыми компьютерами. Эта функция стала результатом решения Compaq перевести Tandem отказоустойчивые серверы Himalaya с архитектуры MIPS на Alpha. Однако машины никогда не использовали микропроцессор, поскольку решение о постепенном отказе от Alpha в пользу Itanium было принято до появления Alpha 21364.

Изготовление

Alpha 21364 содержал 152 миллиона транзисторов. составлял Размер матрицы 21,1 на 18,8 мм, а площадь 397 мм. ² . Он был изготовлен компанией International Business Machines (IBM) по семиуровневой комплементарного металла -оксида-полупроводника (КМОП) технологии толщиной 0,18 мкм . на 1443 земли . перевернутой микросхемой Он был упакован в массив с (LGA) Он использовал источник питания 1,65 В и внешний интерфейс 1,5 В для максимальной рассеиваемой мощности 155 Вт на частоте 1,25 ГГц.

Альфа 21364А

Alpha 21364A под кодовым названием EV79 , ранее EV78 , был дальнейшим развитием Alpha 21364. Он должен был стать последним разработанным микропроцессором Alpha. Планируемый к выпуску в 2004 году, он был отменен 23 октября 2003 года, по причине чего HP указала на проблемы с производительностью и графиком работы. В тот же день было объявлено о замене EV7z.

Прототип микропроцессора был представлен компанией Hewlett-Packard на Международной конференции по твердотельным схемам в феврале 2003 года. Он работал на частоте 1,45 ГГц, имел площадь кристалла 251 мм. ² , использовал источник питания 1,2 В и рассеивал 100 Вт (приблизительно).

Alpha 21364A должна была стать усовершенствованной версией Alpha 21364 за счет более высоких тактовых частот в диапазоне от ~ 1,6 до ~ 1,7 ГГц и поддержки памяти RDRAM со скоростью 1066 Мбит / с. Его должна была изготовить компания IBM по технологии кремния на изоляторе (SOI) толщиной 0,13 мкм. В результате более совершенного процесса были уменьшены размеры кристалла, напряжение источника питания (1,2 В по сравнению с 1,65 В), а также энергопотребление и рассеивание.

EV7z

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, что отменила выпуск Alpha 21364A и заменит его на EV7z. EV7z был представлен 16 августа 2004 года, когда был представлен единственный компьютер, использующий микропроцессор AlphaServer GS1280 . Его производство было прекращено 27 апреля 2007 года, когда был снят с производства компьютер, на котором он был представлен. Он работал на частоте 1,3 ГГц, поддерживал модули RIMM PC1066 и был изготовлен по той же технологии 0,18 мкм, что и Alpha 21364. По сравнению с Alpha 21364, EV7z был на 14–16 процентов быстрее, но все же медленнее, чем Alpha 21364A, который он заменил, который По оценкам, он превосходил Alpha 21364 на 25 процентов на частоте 1,5 ГГц.

Ссылки

• «Выпуск AlphaServer EV7 по мере того, как линейка чипов подходит к закату» . (21 января 2003 г.). Регистр .
• Бэннон, Питер (4 января 2002 г.). «Альфа 21364 (EV7)».
• Компьютерная корпорация Compaq . Руководство автора компилятора для 21264/21364 , версия 2.0, январь 2002 г.
• Дифендорф, Кейт (6 декабря 1999 г.). «Compaq выбирает SMT для альфа». Отчет о микропроцессоре , Том 13, Номер 16.
• Глазковски, Питер Н. (24 марта 2003 г.). «Мур, Мур и многое другое в ISSCC». Отчет микропроцессора .
• Гродштейн, Джоэл; и др. (2002). «Аспекты энергопотребления и САПР для кэша L2 объемом 1,75 МБ, 1,2 ГГц на процессоре Alpha 21364». ГЛВЛСИ '02 .
• Гвенапп, Линли (26 октября 1998 г.). «Альфа 21364 для устранения узких мест в памяти». Отчет микропроцессора .
• Hewlett-Packard Development Company, LP (20 января 2004 г.). HP представляет самое мощное поколение систем AlphaServer . Пресс-релиз .
• Hewlett-Packard Development Company, LP (16 августа 2004 г.). HP расширяет портфолио серверов UNIX и StorageWorks, чтобы предложить клиентам большую ценность и гибкость на платформах, основанных на стандартах . Пресс-релиз .
• Джайн, А. и др. (2001). «Микропроцессор Alpha с частотой 1,2 ГГц и пропускной способностью выводов чипа 44,8 ГБ/с». Сборник технических документов ISSCC .
• Кревелл, Кевин (24 марта 2003 г.). «EV7 уделяет особое внимание пропускной способности памяти». Отчет микропроцессора .
• Мукерджи, Шубхенду С.; Бэннон, Питер; Лэнг, Стив; Спинк, Аарон; Уэбб, Дэвид (2002). «Сетевая архитектура Alpha 21364». IEEE микро . стр. 26–35.
• Сезнец, Андре; и др. (25–29 мая 2002 г.). «Компромиссы при проектировании предсказателя условного перехода Alpha EV8». Материалы 29-го Международного симпозиума IEEE-ACM по компьютерной архитектуре .
• Шеннон, Терри (24 октября 2003 г.). «HP получила задержку в разработке дорожной карты ОС HP-UX и процессоров Alpha». Шеннон знает HPC , Том 10, номер 51.

Дальнейшее чтение

• Ковалески, Дж. А., младший и др. (2003). «Внедрение микропроцессора Alpha в СОИ» . Сборник технических документов ISSCC . стр. 248–249, 491.
• Цук, М. и др. (2001). «Моделирование и измерение пакета Альфа 21364» . Электрические характеристики электрооборудования . стр. 283–286.
• Ксантопулос Т. и др. (2001). «Проектирование и анализ сети распределения тактовой частоты для микропроцессора Alpha 1,2 ГГц» . Сборник технических документов ISSCC . стр. 402–403.