Процессоры

AMD K6

2 апреля 1997 г. был официально представлен новый процессор AMD-K6. Процессор выпускается по технологии 0.35мкр, затем предполагается перейти к 0.25мкр, но уже с более высокими частотами. Первые три типа процессора К6 имеют соответственно частоты 166, 200 и 233MHz. (сейчас есть модификации на 266MHz и 300MHz, производимые по 0.25мкр технологии). Процессоры полностью поддерживаю технологию MMX, имеют кэш первого уровня 64Кб (32Кб на данные и 32Кб на команды), для установки в системную плату требуется наличие Socket 7, двойного питания 2.9V/3.2V, и поддержка биосом хотя бы процессора AMD-K5PR133. Процессор К6 предлагается в качестве альтернативы Pentium II, по имеющимся результатам тестирования под Windows95 K6-233MHz — вполне достойная альтернатива младшим моделям нового интеловского процессора. Под Windows NT K6/233 находится примерно на одном уровне с PentiumPro/200. По тесту на MMX производительность процессор показал сравнимые результаты с Pentium II, при этом, прокрутку видео он делает лучше. Огромным преимуществом К6 является его привлекательная цена, так например К6/166 — $245.00 при партии в 1000 штук.

Немаловажным является тот факт, что у К6 устранена досадная неприятность, связанная с К5, когда некоторые программы типа NDiags, 3DStudioMax, Clipper не запускались, либо выдавали ошибку деления на 0. Поддержка производителями биосов процессора К6 уже реализована. К6 прекрасно разгоняется и умеет умножать на 3.5, это реализуется при установке на системной плате умножения на 1.5. Кроме того, AMD анонсировал собственный чипсета, который они собираются выпускать совместно с VIA, под наименованием Am640, ожидается что в итоге этот чипсет предоставит такие возможности, как 100 MHz по шине, AGP (Accelerated Graphics Port), кэшируемую память до 256Мб (или больше), ECC (четность), т.е. то что Intel не реализовала в своем последнем (в прямом смысле этого слова, т.к. для систем на базе Pentium поддержки больше не будет) чипсете i430TX.

Alpha процессор

В конце 1995 года на рынке высокопроизводительных процессоров произошло значительное событие. Выпущенный компанией Intel процессор Pentium Pro, работающий на частоте 200 MHz, обогнал (на операциях с фиксированной точкой) все существовавшие на тот момент RISC-процессоры (Alpha, PowerPC, SPARC, MIPS, PA-RISC).

Лидерство Intel, однако, было недолгим: спустя всего несколько месяцев фирма Digital вернула себе пальму первенства, которая принадлежала ей с 1992 года. Это стало возможным благодаря выпуску процессора Alpha AXP 21164A с тактовой частотой 333 MHz. Сейчас ещё трудно делать какие-либо серьёзные прогнозы, но похоже, что Intel вряд ли снова сможет вырваться вперёд в ближайшее время.

В марте прошлого года тактовая частота процессора 21164A достигла 600MHz; примерно в это же время был анонсирован процессор 21264 с частотой 600MHz и более, по производительности превосходящий своего предшественника почти в два раза (при равной тактовой частоте).

Процессор

Alpha AXP — 64-разрядный RISC-процессор (Digital постоянно подчёркивает, что это не просто 32–разрядная архитектура, расширенная до шестидесяти четырёх бит, а именно «истинная» 64-разрядность), на кристалле которого размещаются более девяти миллионов транзисторов (из которых почти 2 миллиона приходятся на ядро, остальные — на кэш–память). Среди особенностей стоит отметить девятиступенчатый конвейер для операций с плавающей точкой, семиступенчатый конвейер для операций с фиксированной точкой; 16-килобайтный кэш первого уровня с прямым отображением (по 8 килобайт для команд и данных); 96-килобайтный трёхканальный частично ассоциативный кэш второго уровня (также размещён на кристалле); поддержка кэш-памяти третьего уровня (от одного до шестидесяти четырёх мегабайт); 128-битная шина доступа к памяти; 32 целочисленных регистра и 32 регистра с плавающей точкой. Все операции над данными производятся в регистрах; команды процессора — 32–битные, достаточно простые и имеют унифицированный формат.

Время доступа к кэш–памяти первого уровня составляет всего один такт; второго уровня — как минимум два такта. За один такт, кстати, процессор может выполнять до четырёх команд. Кроме того, некоторые оригинальные решения позволили очень эффективно использовать конвейеры, практически убрав простои из-за отсутствия операндов.

Процессор Alpha имеет ряд отличий от других RISC–процессоров. У него достаточно «сильный» блок операций с фиксированной точкой, что не слишком характерно для архитектуры RISC (это связано с обработкой исключительных состояний при арифметических операциях; фирме Digital удалось обойти это ограничение). На самом деле, целочисленных блоков два — один отвечает за операции сдвига и умножения, другой обрабатывает команды ветвления. Устройство для работы с плавающей точкой тоже состоит из двух блоков: один занимается умножениями, другой выполняет команды сложения, деления и ветвления. Есть и другие интересные особенности: например, наличие удобных инструкций работы со строками; за одну команду может обрабатываться сразу 8 байт.

Первые процессоры серии 21164 производились по 0.5–микронной технологии (сейчас — 0.35 микрон) и работали на частотах 266 и 300MHz (сейчас — до 600MHz). Кстати, такие высокие частоты неизбежно вызывают проблемы с отводом тепла: рассеиваемая мощность у процессора с частотой 366MHz достигает 28 Ватт (для больших частот — дополнительные 5 Ватт на 66MHz, т.е. 38 Ватт для 500MHz и т.д.). Однако Digital не останавливается на достигнутом, и в настоящее время разрабатывает новые системы охлаждения, которые позволят поднять тактовую частоту процессора до 700–800MHz даже при существующей технологии производства БИС. Для сравнения: PentiumPro с кэш–памятью 1Mb рассеивает до 47 Ватт (и это при тактовой частоте всего 200MHz); Pentium II при частоте 300MHz — 43 Ватта.

Спустя некоторое время после выпуска 21164, фирма Digital (совместно с Mitsubishi) разработала процессор 21164PC. С целью снижения себестоимости из него убрали кэш второго уровня (96 килобайт), компенсировав это увеличением кэша команд с восьми до шестнадцати килобайт; при этом имеется возможность подключения внешнего кэша второго уровня: от 512Kb до 4Mb. Количество транзисторов на кристалле уменьшилось до трёх с половиной миллионов. За меньшую цену, естественно, вы получаете и меньшую производительность: до 14.3 SPECint95 и 17.0 SPECfp95; тем не менее, это всё равно значительно больше, чем может дать PentiumPro…

21164PC предназначен для «массового» рынка недорогих рабочих станций ($2000 – $5000). Спектр возможных применений достаточно обширен: мультимедиа в реальном времени, web–серверы, организация видеоконференций, CAD/CAM, 3D-графика, нелинейный видеомонтаж. При разработке этого процессора Digital последовала «по стопам» Intel и ввела дополнительные инструкции для работы с видеоданными, что позволяет достичь прекрасную производительность на декомпрессии видео (MPEG-2): частота 30 кадров в секунду достигается без дополнительного сопроцессора или специализированной видеоплаты.

Больше года назад Digital подписала соглашение с фирмой Samsung, согласно которому последняя получила права на производство процессора Alpha 21164A на собственных заводах и под собственной торговой маркой. Хотя компания Samsung пока только разворачивает производство (в 1997 году планировалось выпустить всего четыре тысячи, а в 1998 — около ста тысяч процессоров), она тем не менее уже начала проводить массированную рекламу в прессе, рассылку образцов микросхем своим партнерам и даже образовала подразделение, которое будет заниматься выпуском дешевых компьютеров на базе процессоров Alpha собственного производства. Samsung установила на свои процессоры цены существенно более низкие, чем Digital и начала выпуск собственных материнских плат PC 164LX, копий плат от Digital.

Имеется аналогичное соглашение и с фирмой Mitsubishi, которая, однако, массовое производство процессоров пока не начала, ожидая окончательного формирования рынка.

Материнские платы

В отличие от Intel, Digital придерживается более «закрытой» политики в распространении своей платформы. Информация о комплектах микросхем, поддерживающих процессор Alpha, хотя и размещена на сайте Digital, но, по данным из независимых источников, содержит ряд неточностей и (возможно, внесенных специально) ошибок, что делает достаточно проблематичным разработку материнских плат третьими фирмами. Полную информацию получить достаточно сложно даже для партнеров Digital. OEM–партнеры также весьма ограничены в своем выборе — мощные платы для рабочих станций и серверов им не поставляются.

Итак, какие платы сможет использовать, скажем, российская фирма, если она захочет заняться «отверточной» сборкой компьютеров на базе процессора Alpha?

Плата AlphaPC164 фирмы Digital. Выпускается в ставшем в последнее время популярным формате ATX, но не полностью соответствует этому стандарту. Во–первых, на разъеме питания отсутствует сигнал «Power Good»; из-за этого на источнике питания срабатывает защита, и он автоматически выключается немедленно после включения. Вдобавок, на плате отсутствует разъем для подсоединения выключателя питания, что также не слишком хорошо, так как на многих ATX–корпусах отсутствует общий выключатель питания. И последний — совсем мелкий по сравнению с предыдущими — недостаток: разъёмы портов, мыши и клавиатуры расположены не так, как у стандартных ATX–плат.

В остальном же плата на редкость стандартна и совместима с «миром персоналок». Два разъема IDE, разъем для подключения флоппи-дисковода, два последовательных и один параллельный порт, PS/2–совместимые клавиатура и мышь — что, в общем–то, не удивительно, так как используется микросхемы производства Intel и SMC. Четыре разъема стандарта PCI, два из них 64–разрядных (фирма Intel о поддержке PCI64 пока не заявила, и пока единственная персоналка с такой шиной — Micron Powerdigm XSU на базе набора микросхем Samurai). Кэш-память 1 или 2 мегабайта для PC — редкость, а для RISC–платформ совсем немного. Кстати, «для себя» Digital производит платы с восемью и даже с шестнадцатью мегабайтами кэш–памяти (а может и больше — поддерживается–то до 64MB) — но их не продает. И, самое главное — 8 разъемов для 72–контактных SIMM–модулей. Для увеличения скорости обмена между оперативной и кэш–памятью используется 256-разрядная шина, так что для получения максимальной производительности придется установить в плату все восемь модулей памяти. Можно ограничиться «всего лишь» 128–разрядной шиной и установить 4 модуля, но скупиться тут не стоит — память поддерживается только «обычная», со страничным доступом (так называемая fast page, FPM), в отличие от стандартной для Pentium-компьютеров памяти с «расширенным выводом данных» (EDO) или синхронной (SDRAM).

С видеоадаптерами, SCSI–платами и прочими устройствами, скорее всего, серьёзных проблем не возникнет: в состав Windows NT 4.0 входит большинство необходимых драйверов. Проблемы могут возникнуть разве что с совсем новыми платами — пока лишь немногие производители плат выпускают драйверы для версии NT/Alpha.

Плата AlphaPC 164LX, появившаяся в сентябре 1997 года, использует новый набор микросхем, который поддерживает синхронную динамическую память (SDRAM) и процессор с частотой до 600MHz, но главное — она гораздо больше соответствует стандарту ATX, так что описанных выше проблем не возникает. Производительность при тестировании на однопоточных приложениях и «счетных» задачах существенно возросла. Правда «старая» плата быстрее на серверных приложениях благодаря описанной выше 256–разрядной памяти (на LX–плате она 128–разрядная).

Планируется также выпуск платы AlphaPC164UX — больше разъемов для расширения памяти, выше поддерживаемые тактовые частоты (до 800 МГц), и интегрированные на плате Ethernet 10/100 и UltraWideSCSI адаптеры.

Есть еще несколько небольших фирм, выпускающих платы для процессора Alpha — Alta Technology, Aspen, Polywell — но при ближайшем рассмотрении они все оказались «копиями» плат Digital. Судя по тому, что расположение компонент на плате совпадает, изготовлены они все по документации, полученной от Digital, а то и просто — фирмы закупают саму плату, микросхемы, «распаивают» их и дают «свое» название. Несмотря на то, что многие фирмы анонсировали «оригинальные» платы еще полгода назад, ни одна так и не приступила к их коммерческому выпуску — сказываются, по-видимому, сложность технологии, высокие тактовые частоты и высокие требования Digital к сертифицируемой продукции.

Производительность

Оценка производительности — дело достаточно сложное. Собственно, вывести некую «абсолютную» величину скорости работы процессора вообще практически невозможно; слишком многое зависит от операционной системы, специфики приложений и т.д. Для сравнения систем, работающих под Windows 95 и Windows NT, обычно используют тесты от Ziff-Davis: ZD WinBench и ZD WinStone. Они позволяют протестировать весь комплекс в целом, создавая условия, максимально приближенные к «реальным», т.е. тем, в которых работает «средний пользователь».

Однако, такие тесты совершенно непригодны для сравнения разных процессоров, работающих в разных операционных системах. Здесь больше подходит набор неких «усреднённых» тестов, легко переносимых на любую платформу; таковыми являются SPECint95 (для операций с фиксированной точкой) и SPECfp95 (для операций с плавающей точкой).

Цифры впечатляют: 18 SPECint95 и 27 SPECfp95 для 21164–600; 40 SPECint95 и 60 SPECfp95 для 21264–600. Для сравнения: процессор Pentium II с частотой 333MHz и кэш-памятью 512Kb показывает около 13 на тесте SPECint и 9 на SPECfp.

Фирма Aspen Systems, Inc., поставляющая рабочие станции на базе Alpha, приводит следующие данные:

* Ориентировочно

** Ещё не поставляется

Кроме того, интересны результаты следующих тестов:

– Тест 1 — медианная фильтрация картинки размером 512x512 (маска размером 7x7).

– Тест 2 — быстрое преобразование Фурье (2048x2048).

– Тест 3 и Тест 4 — набор функций обработки сигналов, довольно часто встречающийся в системах реального времени (много операций с плавающей точкой, в том числе вызовы тригонометрических функций).

Все времена даны в миллисекундах.

Тестирование для Pentium MMX проходило на компьютере с материнской платой ASUS TX97E, процессор Pentium-200 MMX, 64Mb SDRAM, 512Kb cache, Windows 95 OSR2; компилятор: Intel Optimizing compiler, входящий в состав Borland C++ 5.01.

Процессор Pentium II был установлен на материнской плате Intel AL440LX с 64Mb SDRAM, 512Kb cache; компилятор: Intel C/C++ Compiler 2.4.

Alpha: материнская плата AlphaPC164, процессор 21164A-500, 1024Kb cache, 128Mb FP DRAM; компилятор: Visual C++ 5.0 (RISC Edition).

Справедливости ради надо отметить, что вариант для Intel довольно тщательно оптимизировался с помощью пакета VTune с целью максимально загрузить конвейер Pentium (инструкции MMX, правда, не использовались). Вариант для процессора Alpha был получен простой перекомпиляцией (не считая небольших изменений, связанных с замерами времени), так что резервы для оптимизации имеются (применение даже довольно старых математических библиотек от Digital, разработанных в 1993 году ещё для Windows NT 3.1, даёт дополнительный выигрыш до 15%).

Последний столбец в таблице показывает время выполнения на Alpha тестов, скомпилированных для процессора Intel, т.е. в режиме эмуляции. Результаты достаточно приличные; несколько портит картину только первый тест — дело в том, что используемые в нём массивы данных не умещаются во внутреннюю кэш–память).

В лаборатории журнала BYTE (см. «Low-Cost Alpha Offers Cheap Power», February 1998) был проведён сравнительный анализ последних моделей от Micron (Powerdigm XSU) и Hewlett-Packard (Kayak XU), построенных на базе двух процессоров Pentium II, и рабочей станции «начального уровня» от Microway (Scream'n Demon-SX 533) на базе Alpha 21164PC. При том, что последняя дешевле своих конкурентов более чем в два раза, она с легкостью оставила их позади, выполнив тест Lightwave 3D за 683 секунды, в то время как Micron и HP потратили на него 833 и 842 секунды, соответственно. И для сравнения — результаты, полученные на процессоре Alpha 21164A: 511 секунд при частоте 600MHz и 594 секунды при частоте 533MHz.

С выпуском компанией Intel процессора Merced ситуация вряд ли изменится. Этот процессор и так уже опаздывает на два года; ожидается, что он будет иметь производительность порядка 40 SPECint. Alpha пересекут этот барьер уже летом нынешнего года; а к моменту выхода Merced (примерно через год) Digital и Samsung будут иметь процессор Alpha 21364, с производительностью порядка 130–160 SPECint.

Кстати, почти все кадры последнего голливудского блокбастера «Титаник» обрабатывались на Alpha–станциях — 200 компьютеров от Digital работали 24 часа в сутки в течение двух месяцев под управлением ОС Linux64. Великолепные спецэффекты в последних эпизодах широко известного сериала «Вавилон-5» тоже стали возможными только благодаря мощности процессора Alpha.

Программное обеспечение

На сегодняшний день существует более трёх тысяч «родных» приложений для компьютеров на базе процессоров Alpha, работающих под операционной системой Windows NT (Softimage, AutoCad, Lotus Notes, LightWave 3D), и их число постоянно увеличивается. На web–сервере Digital можно с лёгкостью проверить, перенесена ли та или иная программа на платформу Alpha; полный список приложений можно получить от DIGITAL Partner Applications Catalog

Некоторой неожиданностью стал недавний отказ фирмы Autodesk от выпуска новых версий AutoCad (начиная с версии 14) для этой платформы; по словам представителей фирмы, 240000 Alpha–систем (а именно столько было продано Digital за последний год) — это слишком мало.

Однако расстраиваться не стоит. Digital выпустила продукт FX!32 (распространяется бесплатно), позволяющий запускать на Alpha–станциях (работающих под Windows NT) приложения для DOS, Win16 и Win32 (Intel).

FX!32 — это не просто эмулятор. Будучи проинсталлированным, он отслеживает запуск «чужих» приложений и эмулирует процессор Intel только при первом их запуске, одновременно переводя команды для Intel в «родной» код Alpha. После того, как программа заканчивает выполнение, код довольно тщательно оптимизируется. При дальнейших запусках выполняется уже «родной» Alpha–код. Digital утверждает, что такой подход позволяет на 21164 достичь производительности, сравнимой с PentiumPro–200, что совсем неплохо. С совместимостью, кстати, проблем почти нет: скажем, Microsoft Office 97, работает под Windows NT (Alpha) даже надёжнее, чем под Windows 95 (в скором времени, кстати, Microsoft планирует выпустить если не полный Office, то как минимум Word 97 и Excel 97 для платформы Alpha). Даже такие «монстры», как 3D Studio Max и Adobe Photoshop 4.0, работают под FX!32 исключительно хорошо. Проблемы, конечно же есть, но их немного и они в принципе решаемы. Ожидается, что эта технология будет встроена в финальную версию Windows NT 5.0.

Разработчики приложений для Windows NT тоже не испытывают трудностей при переносе своих программ на Alpha: Microsoft недавно выпустила Visual C++ v.5.0 и даже Visual Basic v.5.0 (RISC edition). Вышел также и Digital Visual Fortran, ранее известный как Microsoft Fortran PowerStation — Microsoft полностью передала его фирме Digital (включая Intel–версию). Опыт показывает, что простой перекомпиляции исходных текстов обычно бывает достаточно (плюс некоторые «мелочи» — например, разные размеры страниц памяти у процессоров Intel и Alpha); определённые сложности вызывает только перенос kernel–mode драйверов, но и эта проблема решаема (можно, например, воспользоваться услугами Microsoft Porting Lab или DEC Migration Lab).

Тем не менее «родной» операционной системой для процессора Alpha является всё–таки UNIX. В отличие от NT, UNIX — полностью 64-разрядная система, а это немаловажно для некоторых приложений (32–разрядная адресация в Windows NT позволяет держать в памяти «всего» 4Gb данных, и это достаточно серьёзное ограничение для систем управления базами данных и ряда других приложений). Следующая версия NT будет поддерживать 64–разрядные адреса (VLM — Very Large Memory), но истинно 64–разрядной будет только NT 6.0. Впрочем, большинство пользователей могут об этом не беспокоиться; нижеприведённые данные показывают, что существенной разницы в скорости работы под Digital UNIX и Windows NT не наблюдается (тестировались рабочие станции Digital Personal Workstation; модели 433a, 433au, 500a, 500au, 600a, и 600au — первые три цифры означают тактовую частоту процессора, "а" - Alpha, "u" - Unix):

Будущее

Во втором квартале текущего года должно начаться производство процессора 21264 (EV6) — по той же 0.35–микронной технологии, что и 21164; количество транзисторов на площади 302 мм² — более пятнадцати миллионов; внутренняя кэш–память будет расширена до 128 килобайт (2x64), а частота обращения к ней достигнет 333MHz (пропускная способность — до 5.2GBps). Анонсирован и новый набор микросхем 21272 «Tsunami», который поддерживает один или два процессора 21264, одну или две шины памяти (256-бит, 83MHz, SDRAM) и две параллельных 64–разрядных шины PCI (пропускная способность — до 2.6 GBps).