Alpha 21464 — это незавершенный микропроцессор , реализующий архитектуру набора команд Alpha (ISA), разработанную Digital Equipment Corporation , а затем Compaq после приобретения Digital. Микропроцессор был также известен как EV8 (кодовое название Araña ). Выпуск планировался на 2004 год, но был отменен 25 июня 2001 года, когда Compaq объявила, что к 2004 году Alpha будет заменена Itanium . Когда он был отменен, Alpha 21464 находился на поздней стадии разработки, но еще не был снят с производства . . [1] [2]
Истоки 21464 начались в середине 1990-х годов, когда ученый-компьютерщик Джоэл Эмер был вдохновлен исследованиями Дина Таллсена в области одновременной многопоточности (SMT) в Вашингтонском университете . Эмер исследовал эту технологию в конце 1990-х годов и начал продвигать ее, когда убедился в ее ценности. Compaq объявила о том, что следующий микропроцессор Alpha будет использовать SMT в октябре 1999 года на Microprocessor Forum 1999. [3] В то время ожидалось, что системы, использующие Alpha 21464, поступят в продажу в 2003 году. [3]
Микропроцессор представлял собой восьмипроцессорную суперскалярную конструкцию с внеочередным исполнением , четырехсторонним SMT и глубоким конвейером . Он извлекает 16 инструкций из двустороннего кэша ассоциативных инструкций объемом 64 КБ. Затем предсказатель ветвления выбрал «хорошие» инструкции и ввел их в сжимающийся буфер. (Это позволяло обеспечить пропускную способность выборки до 16 инструкций за цикл, в зависимости от плотности выбранных ветвей.) Интерфейсная часть имела значительно больше этапов, чем предыдущая реализация Alpha, и в результате 21464 имел значительный минимальный штраф за неправильное предсказание ветвления , равный 14 циклов. [1] Микропроцессор использовал усовершенствованный алгоритм прогнозирования ветвлений , чтобы минимизировать эти дорогостоящие штрафы.
Реализация SMT потребовала репликации определенных ресурсов, таких как счетчик программ . Вместо одного счетчика программ было четыре счетчика программ, по одному на каждый поток. Однако для поддержки SMT потребовалось расширить очень небольшую логику после внешнего интерфейса. Регистровый файл содержал 512 записей, но его размер определялся максимальным количеством выполняемых инструкций, а не SMT. Для доступа к файлу регистров потребовалось три этапа конвейера из-за физического размера схемы. До восьми инструкций из четырех потоков можно было отправлять в восемь целочисленных и четыре исполнительных блока с плавающей запятой за каждый цикл. 21464 имел кэш данных объемом 64 КБ (Dcache), организованный в виде восьми банков для поддержки двухпортовой передачи. Это было поддержано встроенным шестиканальным ассоциативным вторичным кэшем объемом 3 МБ ( Scache).
Целочисленный исполнительный блок использовал новую структуру: кэш регистров. Кэш регистров предназначался не для уменьшения задержки файла регистра в три тика (как утверждается в некоторых отчетах), а для уменьшения сложности управления обходом операндов. Кэш регистров хранил все результаты, полученные каналами ALU и Load за предыдущие N циклов. (N было примерно 8.) Структура кэша регистров представляла собой архитектурную перемаркировку того, что предыдущие процессоры реализовывали как распределенный мультиплексор.
Интерфейс системы был аналогичен интерфейсу Alpha 21364 . Существовали интегрированные контроллеры памяти , обеспечивающие десять каналов RDRAM . Многопроцессорность облегчалась маршрутизатором , который обеспечивал связи с другими 21464 и архитектурно поддерживал 512-поточную многопроцессорность без связующей логики .
Он должен был быть реализован с использованием технологии комплементарного металл-оксид-полупроводник (КМОП) толщиной 0,125 мкм (иногда называемой 0,13 мкм) с семью слоями медного межсоединения , частично обедненным кремнием на изоляторе (PD-SOI) и низкоуглеродистым материалом . К диэлектрик . Количество транзисторов оценивалось в 250 миллионов, а размер кристалла - в 420 мм 2 . [2] [4]
Tarantula было кодовым названием рассматриваемого расширения архитектуры Alpha и производной от Alpha 21464, в которой реализовано вышеупомянутое расширение. Он был отменен, когда он еще находился в разработке, до того, как начались какие-либо работы по реализации, и до того, как 21464 был завершен. Расширение должно было предоставить Alpha возможность векторной обработки. Он определял тридцать два векторных регистра размером 64 на 128 бит (8192 бит или 1 КБ), примерно 50 векторных инструкций и неопределенное количество инструкций для перемещения данных в векторные регистры и из них. Другие кандидаты на замену EV8 включали многоядерную конструкцию с двумя ядрами EV8 и рабочей частотой 4,0 ГГц. [ нужна цитата ]