| DEC Alfa | |
|---|---|
| Microprocesador DEC Alfa AXP 21064 | |
| Desarrollador | Corporación de equipos digitales |
| presentado | 1992 |
| Orden de bytes | de mayor a menor [d] |
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DEC Alpha (también conocido como Alpha AXP ) es un microprocesador de clase RISC de 64 bits diseñado y fabricado originalmente por DEC , que lo utilizó en su línea de estaciones de trabajo y servidores . El microprocesador fue creado para computadoras que fueron planeadas para reemplazar la serie VAX y fue soportado inicialmente por los sistemas operativos VMS y DEC OSF/1 AXP (renombrado Digital UNIX en 1995 , luego de la compra de DEC por Compaq , renombrado Tru64 UNIX ). Más tarde fue portado a los sistemas operativos gratuitos Linux y BSD UNIX . Microsoft produjo Windows NT con soporte Alpha hasta Windows NT 4.0 SP6, pero el soporte se eliminó después de Windows 2000 Release Candidate 2.
El antepasado directo de la arquitectura Alpha es el primer diseño del procesador DEC PRISM , de varios diseños anteriores DEC comercializó una serie de estaciones de trabajo DECstation que usaban procesadores de arquitectura MIPS , y el procesador PRISM tenía muchas similitudes con MIPS, pero había una serie de diferencias significativas: PRISM admitía microcódigo programable por el usuario (también conocido como Epicode ). PRISM se diseñó con la intención de implementar un nuevo sistema operativo para él, conocido como Emerald , que permitiría ejecutar programas PRISM nativos que usaban todas las capacidades del procesador y, después de una modificación menor, los programas del sistema operativo VMS existentes para el VAX . arquitectura _ La gerencia de DEC dudaba de la necesidad de desarrollar una nueva arquitectura informática para reemplazar las familias VAX y DECstation existentes, y en 1988 se cerró el proyecto PRISM.
Pero cuando se cerró el proyecto, la segunda generación de procesadores RISC (por ejemplo, con la arquitectura SPARC ) logró una relación precio/rendimiento mucho mejor que la serie VAX. Estaba claro que la tercera generación superaría por completo al VAX en términos de rendimiento, no solo de precio. Se lanzó un estudio para determinar si se podía crear una arquitectura RISC que pudiera utilizarse para ejecutar el sistema operativo VMS . El nuevo desarrollo usó la mayoría de los conceptos básicos de PRISM, pero se perfeccionó para ejecutar OS VMS y programas sin modificaciones a una velocidad aceptable. Se tomó la decisión de desarrollar una arquitectura completamente de 64 bits (la arquitectura PRISM era de 32 bits). Con el tiempo, la nueva arquitectura evolucionó a lo que ahora se llama Alpha. Los arquitectos del conjunto de instrucciones del procesador Alpha fueron Dick Sites y Rich Witek.
La mayor contribución de los procesadores Alpha a la industria de los microprocesadores (y la razón principal de su alto rendimiento) radica no tanto en la arquitectura en sí, sino en su excelente implementación. En ese momento (como, de hecho, ahora), el diseño asistido por computadora dominaba la industria de la microelectrónica, y se usaba un software especial para conectar circuitos que implementaban ingeniosos algoritmos. Los diseñadores de chips en DEC eran defensores del diseño manual que requería mucho tiempo, en particular, así es como se crearon las computadoras con una arquitectura VAX muy compleja. Los procesadores Alpha han demostrado con el ejemplo que el diseño manual, utilizado cuando se trabaja en una arquitectura simple y transparente, le permite alcanzar frecuencias operativas mucho más altas que el uso de sistemas de diseño asistidos por computadora. Esto condujo a un resurgimiento en el diseño de circuitos manuales entre los diseñadores de microprocesadores.
Los procesadores Alpha se designaron oficialmente como la serie DECchip 21x64 , con "21" que representa el siglo XXI y "64" que indica que el procesador era de 64 bits, el número del medio indica la generación de la arquitectura Alpha. Dentro de la empresa, los procesadores Alpha fueron designados por números EV , donde EV se descifró oficialmente como "Extended VAX" (VAX extendido), pero había otra descodificación humorística: "Electric Vlasic " ("pepino eléctrico") [ 1] basado en una publicación cómica pseudocientífica sobre la electroluminiscencia de los vegetales [2] .
Las primeras generaciones de procesadores Alpha fueron las más innovadoras de su época.
La primera versión, 21064 o EV4 , fue el primer microprocesador CMOS cuya frecuencia operativa lo convirtió en un competidor de las minicomputadoras y mainframes que utilizan la base de celda ESL , que consume mucha más energía .
La segunda generación, 21164 o EV5 , fue el primer microprocesador en tener un gran caché L2 en el chip.
El procesador 21264 ( EV6 ) fue el primer microprocesador en combinar una alta frecuencia operativa y una compleja microarquitectura de ejecución fuera de servicio .
Según fuentes internas de DEC, la elección de la marca comercial AXP para los procesadores fue realizada por el departamento legal de DEC, que temía problemas similares a los de la marca comercial VAX . Después de una larga búsqueda, se eligió el nombre AXP , ya que no estaba ocupado por nadie. Hay un chiste famoso en la industria informática que dice que AXP significa "casi exactamente PRISM", casi el PRISM exacto.
El lanzamiento de los procesadores de arquitectura DEC Alpha se suspendió el 27 de octubre de 2007. [3]
En el momento del anuncio del procesador, se afirmó que su arquitectura se utilizaría durante los próximos 25 años. Aunque esto no estaba destinado a hacerse realidad, sin embargo, los procesadores Alpha tuvieron una vida bastante larga. La primera versión, Alpha 21064 (también conocida como EV4 ), se introdujo en 1992 y funcionó hasta 192 MHz, unos meses después, después de cambiar a un proceso tecnológico un poco más avanzado (de 0,75 micras a 0,675 micras), se creó versión de EV4S , capaz de operar a 200 MHz. El procesador de 64 bits fue canalizado y superescalar como otros procesadores RISC, pero los superó a todos, lo que permitió a DEC llamarlo el procesador más rápido del mundo. La elaboración cuidadosa de los circuitos del procesador (que fue mérito del equipo de diseño de Hudson) y los circuitos de suministro de reloj centralizados permitieron que el procesador funcionara a altas frecuencias, a pesar de que la microarquitectura del procesador era en muchos aspectos similar a la de otros procesadores RISC. A modo de comparación, el Intel Pentium más económico funcionaba a 66 MHz, aunque se lanzó en la primavera del año siguiente.
El procesador Alpha 21164 ( EV5 ) estuvo disponible en 1995 y funcionaba a frecuencias de hasta 333 MHz. En julio de 1996 se aumentó la frecuencia a 500 MHz y en marzo de 1998 a 666 MHz. Además, 21264 ( EV6 ) fue lanzado en 1998, con una velocidad de reloj original de 450 MHz; con el tiempo aumentó a 1,25 GHz (esto se hizo en los modelos de 2001 21264C / EV68CB ). En 2003, se lanzó EV7 Marvel , que opera en una frecuencia de 1 a 1,15 GHz y representa el núcleo EV68, equipado con cuatro canales de intercambio entre procesadores; el ancho de banda de cada canal era de 1,6 GB / s, lo que permitió aumentar significativamente el rendimiento de los sistemas multiprocesador. Alrededor de 500.000 sistemas basados en procesadores Alpha se vendieron a finales de 2000.
En 1999, Samsung autorizó la producción de los procesadores Alpha . La posterior compra de Digital por parte de Compaq resultó en que API NetWorks, Inc , anteriormente Alpha Processor Inc., una empresa privada fundada por Samsung y Compaq, se hiciera cargo de gran parte de la producción de productos que utilizan Alpha. En octubre de 2001, Microway se convirtió en el proveedor exclusivo de productos NetWorks API basados en Alpha.
El 25 de junio de 2001, Compaq anunció que la producción de Alpha se eliminaría gradualmente para 2004 y Alpha sería reemplazada por los procesadores Itanium de Intel . Esto conduce a la eliminación gradual del procesador EV8 y la venta de toda la propiedad intelectual relacionada con Alpha a Intel . Unos meses más tarde, HP, el nuevo propietario de Compaq, anuncia que el desarrollo de la serie Alpha continuará durante varios años más, incluido el lanzamiento de una variante EV7 de 1,3 GHz , llamada EV7z . Esta versión, así como la versión que se suponía sería la última de la familia Alpha, la EV79 , con un proceso de fabricación de 0,13 micras, también fue eliminada. HP continuó vendiendo AlphaServers con sistemas operativos OpenVMS y Tru64 UNIX hasta el 27 de octubre de 2006 y brindó soporte para ellos hasta finales de 2013 [4] .
A mediados de 2003, cuando Alpha estaba siendo eliminada, el clúster ASCI Q basado en procesadores Alpha [5] ocupó el segundo lugar en la lista de las computadoras más rápidas .
| Modelo | alias | Año | Frecuencia, MHz |
Aquellos. proceso, micras |
transistores, millones |
Tamaño del cristal, mm² |
Número de contactos | Consumo de energía, W |
Tensión de alimentación , V |
Pasar. capacidad de memoria , MB/s |
Caché de datos, KB |
Caché de comandos, KB |
caché | Bcaché | sistema de mando |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| EV4 | 21064 | 1992 | 100-200 | 0.75 | 1.68 | 234 | 290 | treinta | 3.3 | 80 | ocho | ocho | — | ||
| EV45 | 21064A | 1994 | 200-300 | 0.5 | 2.85 | 164 | 33 | 3.3 | 80 | dieciséis | dieciséis | — | |||
| LCA4 | 21066 | 1993 | 100-166 | 0,68 | 1.75 | 209 | 21 | 3.3 | treinta | ocho | ocho | — | |||
| LCA45 | 21066A | 1994 | 166-233 | 0.5 | 1.75 | 161 | 23 | 3.3 | treinta | ocho | ocho | — | |||
| EV5 | 21164 | 1995 | 266-500 | 0.5 | 9.7 | 299 | 296 | 56 | 3.3/2.5 | 150 | ocho | ocho | 96 KB | una | R |
| EV56 | 21164A | 1996 | 400-767 | 0.35 | 9.3 | 209 | 46 | 3.3/2.0 | 300 | ocho | ocho | 96 KB | 1-2 MB | R,B | |
| PCA56 | 21164PC | 1997 | 400-533 | 0.35 | 3.5 | 141 | 264 | 40 | 3.3/2.5 | ocho | dieciséis | — | 1 MB | R,B,M | |
| PCA57 | 21164PC | 600-666 | 0.28 | 5.7 | 101 | 283 | veinte | 2.5/2.0 | dieciséis | dieciséis | — | 1 MB | R,B,M | ||
| EV6 | 21264 | 1998 | 450-600 | 0.35 | 15.2 | 314 | 389 | 73 | 2.0 | 1600 | 64 | 64 | — | 2-8 MB | R,B,M,F |
| EV67 | 21264A | 1999 | 667-750 | 0.25 | 15.2 | 210 | 389 | 2.0 | 64 | 64 | — | 2-8 MB | R,B,M,F,C | ||
| EV68AL | 21264B | 2001 | 800-833 | 0.18 | 15.2 | 125 | 1.7 | 64 | 64 | — | 2-8 MB | R, B, M, F, C, T | |||
| EV68CB | 21264C | 2001 | 1000-1250 | 0.18 | 15.2 | 125 | 65-75 | 1,65 | 64 | 64 | — | 2-8 MB | R, B, M, F, C, T | ||
| EV68CX | 21264D | 1,65 | 64 | 64 | — | 2-8 MB | R, B, M, F, C, T | ||||||||
| EV7/EV7z | 21364 | 2003 | 800-1300 | 0.18 | 130 | 397 | 125 | 1.5 | 64 | 64 | 1,75 MB | — | R, B, M, F, C, T | ||
| EV79 | 21364A(?) | (colapsado) | 1700 | 0.13 | 152 | 300 | 120 | 1.2 | 64 | 64 | 1.75 MB? | — | R, B, M, F, C, T |
Extensiones del sistema de comando:
La primera generación de sistemas basados en Alpha incluía la serie de estaciones de trabajo y servidores básicos DEC 3000 AXP , la serie de servidores 4000 AXP de gama media y la serie de servidores de gama alta: DEC 7000 AXP y DEC 10000 AXP.
La serie 3000 AXP usaba el mismo bus TURBOchannel que la generación anterior de estaciones de trabajo DEC que usaban microprocesadores de arquitectura MIPS . La serie 4000 AXP utilizó el bus FutureBus+ , mientras que las series 7000 AXP y 10000 AXP utilizaron la arquitectura informática VAX de las series 7000 y 10000 , respectivamente.
Además, DEC produjo estaciones de trabajo basadas en Alpha que eran similares a computadoras personales y usaban el bus EISA : DECpc 150 AXP (este modelo también se conoce como DEC 2000 AXP). Estos fueron los primeros sistemas basados en Alpha compatibles con Windows NT . Más tarde, DEC lanzó versiones Alpha de su serie de PC Celebris XL y Personal Workstation, equipándolas con procesadores 21164.
Los procesadores 21066 y 21068 se utilizaron en las estaciones de trabajo compactas DEC Multia VX40/41/42.
En 1994, DEC lanzó una nueva línea de sistemas AlphaStation y AlphaServer que usaban los procesadores 21064 y 21164, un bus PCI , un framebuffer compatible con VGA y un teclado y mouse compatibles con PS/2 . La serie de servidores AlphaServer 8000, que reemplazó al DEC 7000/10000 AXP, usaba buses XMI y FutureBus+.
Las estaciones de trabajo AlphaStation XP1000 fueron las primeras en utilizar el procesador 21264. Los modelos AlphaServer/Station posteriores que utilizaron el procesador 21264 se dividieron en las siguientes familias:
El procesador 21364 se utilizó en los modelos AlphaServer ES47, ES80 y GS1280.
DEC, Samsung y Alpha Processor Inc. fabricaron varias placas base OEM para Alpha. , incluidos EB64+, EB164, API UP1000 y UP2000.
Cray Research utilizó los procesadores 21064 y 21164 en sus supercomputadoras masivamente paralelas Cray T3D y Cray T3E , respectivamente.
Network Appliance utilizó los procesadores 21164 y 21264 en los sistemas de almacenamiento conectado a la red .
El procesador Alpha y sus conceptos influyeron directa o indirectamente en el diseño de otros procesadores y en el desarrollo de la industria en su conjunto.
El procesador AMD Athlon original usaba un bus desarrollado originalmente para Alpha. El procesador AMD Opteron utiliza el bus entre procesadores HyperTransport de alta velocidad y el controlador de memoria integrado , tecnologías similares a las iniciadas por Alpha. Dirk Meyer, ingeniero jefe de procesadores de AMD, solía trabajar en Alpha.
La tecnología HyperThreading utilizada en los procesadores Intel modernos para servidores y computadoras de escritorio , que permite que el procesador resuelva varias tareas al mismo tiempo, se inspiró en la investigación en el campo de los subprocesos múltiples realizada por el equipo Alpha de DEC en la década de 1990. Más de 300 ingenieros Alpha se trasladaron de HP a Intel, la mayoría de ellos trabajando ahora en el procesador Itanium 2 .
El modelo de memoria utilizado en el procesador fue el más suave de todos los existentes: sin barreras adicionales, se violó el orden de visibilidad de ejecución de comandos por parte de otro hilo. En la práctica, esta resultó ser una solución muy desafortunada, ya que el reordenamiento de las operaciones y los efectos asociados con el almacenamiento en caché llevaron a un comportamiento intuitivo en los sistemas multiprocesador. [6] Aunque fue posible escribir programas correctos [7] , requirió un esfuerzo adicional significativo para escribir compiladores y programas multiproceso. Por esta razón, posteriormente, se abandonó tal solución arquitectónica y no se utilizó en ningún otro lugar.
Sitios de noticias de AlphaServer
Documentación técnica básica
Historia
Puertos BSD del sistema operativo para procesadores de la familia DEC/Compaq Alpha
Distribuciones GNU/Linux
| Arquitecturas de procesador basadas en tecnologías RISC | |
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