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Alpha 21264 : prenez des RISC

Tech - Par iTPro.fr - Publié le 24 juin 2010
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Alors que tout le monde attend la puce Merced 64 bits d’Intel et la version 64 bits de Windows NT, Digital Equipment offre un avant-goût de la prochaine génération de l’informatique NT. L’Alpha 21264 est un processeur 64 bits supportant NT. C’est l’une des puces les plus rapides du monde. Et, qui plus est, déjà disponible aujourd’hui.Le 21264 est la toute dernière génération de l’architecture de microprocesseur Alpha. Selon Digital, il devrait dépasser des vitesses d’horloge supérieures à 700 MHz dès cette année, reprenant le leadership de la vitesse au 21164, déjà un Alpha.Alpha est la dernière architecture RISC pour laquelle Microsoft développe encore des versions futures de NT, alors qu’il cesse progressivement de supporter les puces MIPS Rx000 et que le PowerPC NT n’a jamais décollé. La seule autre architecture de CPU supportée par NT est, bien entendu, Intel x86. Malgré la domination du marché par ce dernier, l’Alpha possède un grand avantage sur le x86 : des performances supérieures, en particulier pour les calculs en virgule flottante.

Les systèmes Alpha sont plus rapides et excellent dans les applications d’ingénierie à forte proportion de calculs et les applications scientifiques.Pour dépasser les limites des performances de l’architecture x86, qui a déjà vingt ans, Intel a conclu un partenariat avec HP en 1994, afin de développer une nouvelle architecture de CPU : IA-64 (Intel Architecture-64). Selon Intel, les systèmes utilisant le processeur Merced, le premier processeur à implémenter IA-64, devraient sortir vers la mi 2000. Mais Merced pourrait ne pas être la puce la plus rapide du marché NT en 2000. Car à en croire Digital, au moment où Merced fera son apparition, le 21264 tournera à 1000 MHz (1 gigahertz, GHz). A cette vitesse, il sera nettement plus rapide que Merced, selon des estimations benchmarks de CPU.

Les premiers systèmes 21264 tournent et sont disponibles sous forme d’échantillons. La production en volume devrait commencer mi 99. Il n’y aura donc pas à attendre deux ans les performances 64 bits. Cependant, le 21264 n’atteindra son plein potentiel qu’à la sortie par Microsoft d’une version 64 bits à la fois pour les puces IA-64 et Alpha. (Microsoft espère sortir la version 64 bits de NT en 2000).

Le 21264 n’atteindra son plein potentiel qu’à la sortie par Microsoft d’une version 64 bits à la fois pour les puces IA-64 et AlphaOù est le RISC ?

La course que se livrent les processeurs 21264 et IA-64 n’est pas un simple sujet de bavardage stérile. L’enjeu est ni plus ni moins l’avenir du RISC - pour NT et tous les autres systèmes d’exploitation.En dehors du marché des applications intégrées très spécialisées, le RISC est en recul. Actuellement l’architecture RISC pour PC la plus répandue est la puce PowerPC développée conjointement par IBM, Apple et Motorola. Mais le plus gros client informatique des PowerPC est Apple dont le Macintosh n’a plus désormais que 4 % environ de part de marché des PC selon IDC.

En juin dernier, IBM et Motorola ont annoncé qu’ils mettaient un terme à leur partenariat de sept années et allaient développer séparément les futures puces PowerPC.L’autre architecture RISC d’IBM, la série Power, va fusionner avec le PowerPC. IBM retire progressivement la puce Power en tant qu’architecture distincte. La prochaine puce 64 bits, Power3, est le premier processeur qui unifiera les technologies Power et PowerPC.Pour stopper ses pertes récentes, Silicon Graphics abandonne ses processeurs RISC de la série MIPS Rx000. Le fabricant a annulé les projets de prochaines générations et MIPS Technologies, la structure de conception de Puces de SGI a récemment été &q

Alpha 21264 : prenez des RISC

Les deux unités de nombres entiers de chaque cluster ne sont pas identiques. L’une
a un multiplicateur et l’autre une logique spéciale pour traiter cinq nouvelles
instructions pour le traitement de la vidéo animée. La nouvelle instruction la
plus intéressante (une instruction PERR) remplace neuf instructions pour estimer
le mouvement, qui est un élément crucial de la compression et de la décompression
MPEG. Résultat, le 21264 traite facilement le décodage MPEG-2 et le décodage audio
AC-3 en lecture des DVD sans nécessiter de matériel spécial.Le 21264 possède deux
FPU pipelinées qui partagent les 72 registres en virgule flottante. Les FPU exécutent
jusqu’à  deux instructions par cycle d’horloge.

Un 21264 à  600 MHz peut soutenir 1,2 gigaflops, car les unités de nombres entiers
peuvent traiter deux chargements ou stockages par cycle d’horloge pour les FPU.Digital
a réorganisé la hiérarchie des caches dans le 21264. La puce est équipée d’un
cache d’instructions et d’un cache de données. Ce sont tous deux des caches de
Niveau 1 associatifs bidirectionnels de 64 Ko. Le cache de Niveau 2 est hors puce
; le 21264 y accède par un bus arrière de 128 bits.

En revanche, le 21164 est dotée de caches de Niveau 1 beaucoup plus petits (8
Ko chacun pour instructions et données) et un cache de Niveau 2 de 96 Ko intégré.
Alors que Digital déplace le cache de Niveau 2 hors puce, les fabricants comme
Intel et AMD lancent leurs premières CPU avec caches de Niveau 2 intégrés. Digital
a constaté que les grands programmes manquaient fréquemment de cache de Niveau
1 avec les 8 Ko du 21164, et que l’ancienne puce accédait par conséquent plus
qu’il ne fallait au Cache de Niveau 2. Le 21164 met six cycles d’horloge pour
accéder au cache de Niveau 2 et a besoin d’un cache externe de Niveau 3 pour atteindre
des performances élevées.Digital revient à  une approche plus conventionnelle avec
le 21264.

Les grands caches de Niveau 1 de la puce augmentent leur taux de présence. L’accès
aux caches demande deux cycles d’horloge, mais cette situation est pratiquement
inévitable, en raison de la taille importante des caches et de la grande vitesse
d’horloge. Lorsqu’elle manque de cache sur puce, la puce accède au cache de Niveau
2 via le bus arrière à  128 bits. Cet Alpha n’a pas besoin de cache de Niveau 3.
Le premier cache de Niveau 2 du 21264 utilisera des puces SRAM (Static RAM) à 
écriture différée à  200 MHz et offrira un débit de pointe de 3,2 Go par seconde
(GBps) de bande passante de bus.

Ces statistiques sont comparables au débit de pointe de 3,6 GBps de bande passante
de bus que produira le Pentium II double slots à  450 MHz, doté d’un un bus arrière
de 64 bits pour le cache de Niveau 2. Dans les systèmes Xeon à  deux slots récemment
lancés par Intel, le bus tourne à  la même vitesse que la mémoire centrale de la
CPU. Pour contrer cette avancée d’Intel, Digital passera aux puces DDR-SRAM (Dual
Data Rate SRAM), qui tournent à  166 MHz mais transfèrent les données deux fois
par cycles d’horloge pour donner un taux de données de 333 MHz et une bande de
passante de pointe de 5,3 GBps.

Finalement, le bus de cache du 21264 tournera à  250 MHz (soit en réalité 500 MHz
avec le double cadencement) pour 8 GBps de bande passante de pointe. A ces vitesses,
le cache de Niveau 2 pourra suivre la cadence infernale (même à  1 GHz) du 212645.

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