`

Schneider Electric - Узнайте все про энергоэффективность ЦОД


СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Что для вас является метрикой простоя серверной инфраструктуры?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Alpha — первая буква...

+44
голоса

В рамках публикации архивных материалов предлагаем вашему вниманию статью из №21 (190) «Компьютерного Обозрения» от 2 июня 1999 г. Статья про процессоры Alpha, история которых к тому моменту, уже к сожалению шла к закату. Но эти процессоры оставили большой след в истории всей индустрии.

Общеизвестно, что микропроцессоры сегодня развиваются стремительнее каких-либо других устройств в компьютерном мире. Только недавно мы увидели первые серийные образцы Pentium III, как AMD уже грозится выпустить на рынок свой К7, a Samsung обещает к концу года Alpha 21264 с частотой 1 GHz. А там не за горами и Merced...

Как это ни парадоксально, но в настоящее время за собственный кусок рыночного пирога на процессорном рынке борется довольно много компаний. И все же как об основных конкурентах говорят только о Merced и Alpha. Почему? В этом, собственно, мы и попробуем разобраться.

Но сначала попытаемся составить общую картину данного рынка. О своих достижениях и планах чуть ли ни ежемесячно сообщают ведущие игроки, среди которых Intel, IBM, AMD, Compaq, Sun, HP, Motorola, при этом практически все они решают одни и те же проблемы и предлагают похожие решения — распараллеливание вычислений, увеличение объема и оптимизацию работы кэш-памяти, дополнительные мультимедиа-инструкции и переход на технологию 0,25 мкм, а в наиболее передовых чипах — на 0,18-микронную.

Alpha — первая буква...

Итак, на звание самых производительных сегодня претендуют следующие микропроцессорные архитектуры:

  • Alpha Processor — Alpha 21264.

  • Intel — Xeon.

  • Sun — Ultrasparc.

  • IBM/Motorola — PowerPC.

  • IBM — Power.

  • HP — PA-RISC.

В таблице представлены показатели эталонных тестов производительности SPEC, которая достаточно наглядно показывает нынешнее распределение процессоров по быстродействию.

Если ввести такие понятия, как эффективность и сбалансированность архитектуры, то на основании приведенной таблицы можно получить достаточно интересные результаты. В дальнейшем под эффективностью архитектуры будем понимать отношения SPECint (или SPECfp) к тактовой частоте (очевидно, что высокие показатели SPEC-тестов при более низкой тактовой частоте «сигнализируют» об удачных архитектурных решениях процессора и о существовании экстенсивного пути повышения производительности за счет перехода на новые технологические нормы с сопутствующим увеличением тактовой частоты), под сбалансированностью — отношение эффективностей для целочисленных и вычислений с плавающей точкой (его близость к единице указывает на тщательную проработку всех подсистем CPU).

Элементарные расчеты подтверждают, что «хоронить» удачные процессоры PA-RISC, PowerPC и UltraSPARC слишком рано — их показатели очень высоки.

Однако большинство аналитиков сходятся во мнении, что в предстоящем «великом противостоянии процессоров» основными игроками будут Intel Merced и Compaq Alpha. Причины подобного единодушия достаточно очевидны. Во-первых, Intel, постоянный лидер рынка «массовых вычислений», сформировала стандарт де-факто на архитектуру х86. Во-вторых, Alpha, подкрепленный финансовой мощью Compaq, -единственный из семейства сверхмощных микропроцессоров, характеризующийся достаточно либеральной схемой лицензирования и отлично отработанной технологией. Более того, показатели производительности уже существующих Alpha настолько высоки, что уже сейчас составляют серьезнейшую конкуренцию еще не «родившемуся» Merced. Если добавить к этим сведениям ожидающийся ценовой диапазон Merced (3~4 тыс. долл.), то можно смело утверждать -битва за рынок мощных вычислительных систем будет очень серьезной.

ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРЫ ПРОЦЕССОРОВ ALPHA

Начать, пожалуй, стоит с того, что Alpha — это 64-битовая RISC-архитектура, спроектированная специалистами фирмы DEC (Digital Equipment Corporation) с учетом трех основных особенностей, которые оказывают наиболее существенное влияние на производительность. Это — высокая тактовая частота, возможность множественной обработки инструкций и поддержка многопроцессорности. В результате исследования и анализа основных особенностей RISC-архитектуры был создан новый высокопроизводительный процессор, положивший начало целому «клану».

Alpha — первая буква...

Первой в семействе Alpha появилась модель 21064, выпущенная в 1992 г. При максимальной частоте в 200 MHz это был достаточно мощный чип. Он представлял собой 64-раз-рядный однокристальный RISC-микропроцессор с кэш-памятью 64 КВ и очень производительным блоком обработки чисел с плавающей запятой, имел конвейерную архитектуру и эффективные средства организации SMP (Symmetric Multy-Processing). Через некоторое время после выпуска 200-мегагер-цевой версии 21064 вышел модернизированный вариант процессора — 21064А с частотой 275 MHz.

При этом его производительность достигала 4,24 единицы по SPECint95 и 6,29 по SPECfр95 — совершенно потрясающие результаты для 1993 г.

В 1994 г. фирмой DEC был представлен новый микропроцессор семейства Alpha — модель 21164. Первые чипы производились по 0,5-микронной технологии и при частоте L 266 MHz имели быстродействие 7,7 по тестам SPECint95 и 9,9 — по SPECfр95. Сегодня Samsung Electronics выпускает «альфы» по технологии 0,35 мкм с частотой до 667 MHz, и их производительность является одной из наиболее высоких среди современных чипов.

Alpha 21164 — это процессор с суперскалярной архитектурой, способный обрабатывать до четырех инструкций за цикл. Он объединяет в себе кэш данных и кэш команд первого уровня, а также высокопроизводительную и объемную кэш-память второго уровня. Микропроцессор 21164 использует скоростной 128-битовый интерфейс для доступа к памяти, а также имеет возможность подключения кэша третьего уровня.

Alpha 21164 состоит из пяти независимых функциональных блоков:

  • блок выборки, декодирования инструкций и предсказания ветвлений;

  • блок обработки целочисленных данных;

  • блок управления памятью;

  • блок шинного интерфейса и управления кэш-памятью;

  • блок обработки данных с плавающей запятой.

На кристалле находятся три блока кэш-памяти: команд, данных и второго уровня. При частоте 366 MHz DEC Alpha 21164 потребляет мощность 28 Вт, вариант от Samsung с частотой 667 MHz — 54 Вт.

Для того чтобы расширить свое влияние, фирма DEC совместно с Mitsubishi Electronics разработала новую модификацию микропроцессора Alpha ~ 21164РС. Он спроектирован для приложений Windows NT как альтернатива высокопроизводительным PC. Это первый чип, который содержит набор инструкций Digital Semiconductor MVI (Motion Video Instructions). DEC Alpha 21164PC базируется на архитектуре Alpha 21164 и ориентирован на работу с мультимедиа-приложениями и обработку 30-графики. При частоте 400 MHz он потребляет 23 Вт.

Alpha — первая буква...

Главное, чем отличается DEC Alpha 21164РС от Alpha 21164, — это отсутствие внутреннего кэша L2, и, таким образом, внешний кэш становится не L3, a L2. Еще одной особенностью, как отмечалось выше, является использование инструкций MVI. Есть также и другие отличия, унаследованные от упомянутого выше семейства 2106х. Кроме того, PC-семейство Alpha смещает нижнюю «планку» ценового диапазона 64-битовых систем в весьма привлекательную для любого производителя область массовых настольных компьютеров.

Процессор 21264 имеет ряд заметных усовершенствований по сравнению с моделью 21164, которые делают его вдвое производительней своего предшественника при эквивалентной тактовой частоте.

Alpha 21264 — это очень мощный 64-битовый микропроцессор с шестиконвейерной суперскалярной архитектурой. Он обладает значительно большей кэш-памятью L1, которая, как и в предыдущей модели, встроена в чип. Процессор содержит 6 конвейеров для обработки данных и поддерживает 256-битовый интерфейс с памятью, что дает ему возможность осуществлять выборку до четырех команд за один такт. Модель 21264 обладает усовершенствованными средствами предсказания ветвлений (вероятность правильного предсказания 95%), а также свойством Out-of-Order. Эта особенность предполагает способность процессора выполнять команды вне их очередности, что иногда может значительно увеличивать быстродействие. Alpha 21264 использует 160 целочисленных регистров и 72 — плавающей точки и способен одновременно работать с 80 командами, чего пока не может делать ни один другой процессор.

Достаточно интересно в новом микропроцессоре Alpha реализован блок работы с целочисленными данными. Он обладает дополнительными возможностями обработки динамичных изображений (MPEG) — набором инструкций MVI, который впервые был воплощен в 21164РС. Это позволяет процессору 21264 в реальном времени декодировать MPEG-2 без внешних специализированных устройств. По заявлениям фирмы DEC, с помощью такого микропроцессора можно не только декодировать, но и кодировать MPEG-2 в режиме реального времени, что представляет собой более сложную задачу.

 

Alpha — первая буква...

Существенному повышению производительности 21264, несомненно, способствуют также многочисленные усовершенствования кэш-памяти и внутренней шины процессора. Отказ от кэш-памяти третьего уровня при увеличении L1- и 12-кэша, соответственно упростив логику процессора, совершенно не сказался на производительности — высокая пропускная способность системной шины обеспечивает достаточную скорость обмена командами и данными. Кэш L2 вынесен за пределы кристалла, что позволило значительно увеличить его объем. Доступ к нему обеспечивается через специализированную 128-битовую шину. Пока что 1_2-кэш производится на основе модулей памяти SRAM с частотой 200 MHz, что обеспечивает пропускную способность 3,2 GBps. С целью увеличения производительности в ближайшем будущем для кэш-памяти будут использоваться микросхемы Dual Data Rate SRAM с частотой 133 MHz, что позволит получить скорость обмена с кэшем 5,3 GBps, а чуть позже при использовании микросхем с частотой 250 MHz — 8 Gbps.

Системная шина Alpha 21264 работает на частоте 333 MHz при разрядности 64 бита (эту шину под кодовым названием EV-6 лицензировала фирма AMD для своего процессора К7).

На сегодняшний день большинство систем на процессорах Alpha основаны на чипсете 21272. Возможности этого чипсета обеспечивают создание достаточно мощных вычислительных машин общего назначения: ф до двух микропроцессоров Alpha 21264; ф до двух 64-битовых разъемов PCI (33 MHz); ф до двух 256-битовых шинных интерфейсов оперативной памяти с пропускной способностью по 2,6 GBps, работающих на частоте 83 MHz.

В 1992 г. финансовые потери DEC составили около 2 млрд. долл, (трудно сказать, почему, вероятнее всего, из-за массовой переориентации корпоративного рынка на Unix, что, соответственно, привело к стагнации продаж VMS/VAX-систем), и основная ставка в компании делалась на увеличение объемов реализации Alpha-машин.

Первые 21064-компьютеры (рабочая станция Turbochannel и сервер 7000) были очень удачными для своего времени, и специалисты DEC, вдохновленные успехами, серьезно «замахнулись» на настольные платформы, сформировав концепцию LCA (Low Cost Alpha -дешевый Alpha).

В результате появилась серия 2106х (21066, 21066а, 21068) — не столько удачная по показателям производительности, сколько по воплощенным конструктивным идеям. Отправные точки при проектировании семейства 2106х сильно напоминают модные ныне идеи о «системе на чипе»: интеграция контроллера PCI-шины (сокращает количество необходимых для реализации полноценной системы чипов), уменьшение числа выводов за счет «суженных» шин команд и данных (снижает как стоимость процессора, так и всей системы в целом: проще печатная плата, легче использовать «стандартные» не 64-битовые микросхемы).

Несмотря на все усилия DEC, семейство 2106х не блистало ни производительностью (в те времена по причине низкой скорости микросхем ОЗУ реализация идеи быстрой узкой шины чипсета i810 была обречена на провал), ни низкой стоимостью (благодаря «удачной» идеологии PCI-шины и сложности интегрированного контроллера размер кристаллов 2106х оказался слишком большим). В конце 1995 г. DEC была вынуждена прекратить дальнейшие разработки 2106х.

К этой истории замечательно «привязывается» одна судьбоносная для DEC дата — именно в 1993 г. DEC и Microsoft образовали альянс по распространению Windows NT на платформе Alpha. DEC хотела заполучить часть огромного массового рынка десктопов, Microsoft — ударить 64-битовым NT по очень прибыльному рынку мощных рабочих станций... Концепция LCA — как раз и есть детище этого альянса...

Если вспомнить качество NT 1994-1995 гг., печальные итоги дележа шкуры неубитого медведя вполне закономерны: DEC пошла с молотка (и, можно сказать, за бесценок).

Единственное дошедшее до сегодняшних дней детище «плодотворного» сотрудничества DEC и Microsoft — симпатичную машинку Multia — можно приобрести в США за более чем скромную сумму — $80-90 (грандиозные планы альянса за период затянувшейся атаки рынка породили несметное количество 64-битовых Multia). К слову. Multia стала и практически первым гибридом, охарактеризовать который можно лучше всего неформальным термином «неписишная писишка» (RISC-процессор + периферия PCI/ISA).


Вы можете подписаться на наш Telegram-канал для получения наиболее интересной информации

+44
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Пофапали?
А теперь идите и ломайте мозг, на тему переезда с Соляриса на Линукс, если у кого такой еще остался :-))))

Лафа через 20 лет. Эпики, Зионы - всё под один набор инструкций.

Ну что? Можно поздравить с грядущим стартом продаж новых ЦПУ АМД, которые , как впрочем и Интел, всё произошедшее анализировали, упрощали, улучшали - Уряяяя! :-)

В магазин за 16ядерным РязанемЪ для дома, для учьобы, для игорей!

^^^^^ если шо, то всё это пишу с легким юмором и тяжелым сарказмом ^^^

Денег на такие игрушки есть только в золотом мильярде... Как мы докатились до жизни такой?

 
 
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT