Alpha AXP

Der Alpha-Prozessor wurde von der Computerfirma DEC entwickelt und 1992 unter der Bezeichnung „Alpha AXP“ auf den Markt gebracht. Es handelt sich um einen 64-Bit-RISC-Prozessor.

Geschichte und Verbreitung

DEC Alpha AXP 21064 CPU

Die einer DEC Alpha AXP 21064 CPU

Konzipiert wurde der Alpha für die Betriebssysteme OpenVMS, OSF/1 (heute Tru64) und Windows NT. Aber auch Linux-Distributionen wie z. B. Gentoo Linux, Debian GNU/Linux, Slackware oder Red Hat und BSD-Betriebssysteme, wie NetBSD, OpenBSD oder FreeBSD unterstützen Systeme mit Alpha-Prozessor.

Bei seiner Vorstellung 1992 nahm DEC an, dass dieser Prozessor technisch in den nächsten 25 Jahren führend sein werde. Gleichzeitig wurde eine Roadmap bezüglich der Steigerung der Taktraten vorgestellt, bei der von einem 1 GHz-Takt im Jahre 2015 ausgegangen wurde. Tatsächlich wurde aber schon 1999 ein Alpha-Prozessor vorgestellt, der ohne spezielle Kühlvorrichtung bei Zimmertemperatur mit 1 GHz Taktrate lief. In der zweiten Hälfte der 1990er Jahre waren in der Top-500-Liste der Supercomputer immer Systeme mit Alpha-Prozessoren gut vertreten. Noch im Jahr 2003 war mit dem ASCI Q ein Supercomputer basierend auf Alpha-Chips auf Platz 2 der Liste. Cray verbaute Alpha-Chips sowohl im Modell Cray T3D (EV4) als auch im Modell Cray T3E (EV5).

Auch PCs sollten mit dem Alpha-Prozessor (21164PC) ausgestattet werden. Diese wurden vom Markt allerdings nicht angenommen; nur wenige Alpha-PCs wurden verkauft. In Deutschland fiel dabei v. a. die Computerhandelskette Vobis auf, die zweimal Alpha-PCs verkaufte:

1. Alpha DECpc AXP/150 ^[1]
2. Vobis Highscreen Alpha 5000 ^[2]

1998 wurde DEC von Compaq übernommen, und damit auch die Alpha-Reihe.

Marketing-Versäumnisse seitens DEC und später Compaq verhinderten eine hohe Stückzahl der Alpha-Server. Als Folge – wegen seiner geringen Verbreitung – beendeten wichtige Softwarehersteller die Unterstützung des Alpha-Prozessorsystems. Compaq stellte 1999 den Support und die Weiterentwicklung von Windows für Alpha-Systeme ein.

Daher wird die Alpha-Technik auslaufen bzw. mit Intels Itanium zusammengeführt; die gesamte Alpha-Prozessor-Produktion wurde einschließlich der Entwicklerabteilung und vieler von DEC gehaltener Patente im Bereich der Halbleiterfertigung 1997 komplett von Intel übernommen. Das DEC-Know-How ist dann in viele neuere Intel-Entwicklungen eingeflossen. Softwareseitig plant HP, der neue Eigentümer von Compaq, Alpha-Server bis 2007 zu verkaufen und bis mindestens 2012 zu unterstützen.

Benennung

Alpha 21164 (EV56), 500 MHz.

Die Prozessoren haben alle einen Namen nach dem Schema „21x64 EVy“. Die 21 soll für das 21. Jahrhundert stehen, die Technologie sollte nach Vorstellungen der Designer auch noch bis in das 21. Jahrhundert maßgeblich sein. Das x gibt die Generation an. Es gab vier Generationen, die Nummern von 0 bis 3 erhielten. Die 64 soll auf die 64-Bit-Architektur der Alpha-Prozessoren hindeuten. „EV“ steht für „Extended VAX“. Das Alpha-CPU-Design war aber keine Weiterentwicklung der sehr populären VAX-Reihe, sondern eine komplette Neuentwicklung. Das y unterscheidet die Prozessoren im einzelnen.

Generation	Prozessor	Jahr	Taktfrequenzen	Fertigungsprozeß	Transistoren
ALPHA 21064	EV4	1992	125, 150, 175, 200 und 233 MHz	0,75 µm	ca. 1.7 Mio.
ALPHA 21164	EV5	1995	250, 266, 300, 333 und 366 MHz	0,35 µm	ca. 9,7 Mio.
	EV56 (21164a)	1996	366, 433, 466, 500, 533, 600, 633 und 667 MHz
ALPHA 21264	EV6	1998	450, 500, 525, 575 und 600 MHz	0,25 µm	ca. 15,9 Mio.
	EV67	1999	667, 733 und 750 MHz
	EV68	2001	833, 1.001 und 1.250 MHz
ALPHA 21364	EV7	2003	1.150 und 1.300 MHz	0,18 µm	ca. 100 Mio.
	EV79*	(2004)	(1,6 GHz)

^* geplant, wurde aber nie ausgeliefert

Der Alpha AXP 21066A mit 166 MHz oder 233 MHz war eine leistungsschwächere Version des 21064-Prozessors und hatte eine niedrigere Bus-Geschwindigkeit (er wurde u. a. im Lowcost-Computer „DEC Multia“ verbaut).

Am 16. August 2004 kündigte HP einen EV7z mit 1,3 GHz an, welches das letzte von HP produzierte Alpha-Modell war.

Architektur

Der Alpha-Prozessor war ein grundsätzlicher Neuentwurf, es wurde keine Kompatibilität zu bestehenden Architekturen aufgenommen. Damit war der Weg frei für ein konsequent durchgezogenes Design.

Alpha-Prozessoren sind RISC-Prozessoren. Als wesentliche Punkte der RISC-Architektur werden drei Merkmale realisiert: alle Befehlscodes sind gleichmäßig 32 Bit breit, der Zugriff auf den Speicher erfolgt ausschließlich über Load/Store-Befehle (die außer dem Speicherzugriff auch keine weitere Funktion haben) und verschiedene Befehle sind nur dann voneinander abhängig, wenn sie auf dieselben Register oder dieselben Speicheradressen zugreifen.

Der Alpha-Prozessor ist eine echte 64-Bit-Architektur, die Nutzung von 64 Bit muss nicht erst durch einen Modus aktiviert werden. Die Alphas verfügen über jeweils 32 Integer- und Gleitkommaregister mit 64 Bit. Alpha-Chips sind auf Arbeit in Multiprozessorsystemen ausgelegt und bieten hierfür vielfache Unterstützung. Im Befehlssatz des Prozessors sind auch Hinweise zur Optimierung der Arbeit vorgesehen, so kann man als Programmierer durch Hinweise die Sprungvorhersage und das Cache-Management unterstützen.

Zudem waren Alpha-Prozessoren von Anfang an superskalar. Die erste Generation „Alpha 21064“ konnte zwei Befehle parallel in verschiedenen Einheiten ausführen, spätere Generationen waren sogar vierfach superskalar. Die Verarbeitung erfolgt in 7-13-stufigen Pipelines, die genaue Anzahl hängt von der verarbeitenden Einheit und von der Generation des Prozessors ab.

Hervorstechendes Merkmal der Alpha-Prozessoren war die relativ hohe Taktrate, die ersten Alpha-Prozessoren liefen bereits 1992 mit 150 oder 200 MHz Takt. Intels Pentium dagegen lief bei seiner Vorstellung im Frühling 1993 nur mit 60 MHz.

Architektur des Alpha 21264.

Mit der Generation „Alpha 21264“ wurde Out-of-order execution für den Alpha eingeführt. Dieser konnte daraufhin die Reihenfolge der letzten 80 Befehle verändern, um die Ausführung zu optimieren. Dazu waren zahlreiche Erweiterungen in der Architektur notwendig, so wurden eine große Anzahl temporärer Register eingeführt und Register renaming löst entstehende Datenkonflikte auf.

Weblinks

• http://www.glossar.de/glossar/z_alphachip.htm
• http://www.weblearn.hs-bremen.de/risse/RST/assign02/ALPHA/alpha.html
• http://h18002.www1.hp.com/alphaserver/technology/chip-docs.html

Referenzen

1. ↑ DECpc AXP/150
2. ↑ c't 4/97, S. 16: Alpha-Workstation