Alpha AXP
Alpha adalah nama famili dari mikroprosesor buatan Digital Equipment Corporation (DEC). Arsitektur itu mulai dikembangkan oleh DEC pada tahun 1989 dan dirilis pada tahun 1992, sebagai pengganti famili VAX 32-bit. DEC Alpha digunakan pada jajaran komputer workstation dan server buatan DEC sendiri. Jika famili prosesor Intel disebut sebagai x86 karena memiliki anggota yang berakhiran -86, maka famili ini memiliki nomor kode prosesor 21x64, sebab prosesor-prosesor anggota keluarga ini adalah 21064, 21164, 21264, dan 21364 (dengan berbagai variasinya), dengan angka x sebagai generasi prosesor tersebut. Alpha juga kadang disebut sebagai Alpha AXP.
Alpha didukung oleh beberapa sistem operasi, mulai dari DEC VMS, versi UNIX dari DEC, GNU/Linux, beberapa BSD UNIX, dan Windows NT (dari versi 3.1 hingga versi 4.0 Service Pack 6).
Arsitektur Alpha merupakan sebuah desain RISC dengan 64-bit alamat dan ukuran data. Di dalamnya terdapat 32 buah register general purpose dan 32 buah register floating-point. Prosesor ini juga termasuk sebagai sebuah prosesor superskalar, karena memiliki beberapa pipeline di dalamnya. Arsitektur ini juga memiliki cache level-1 yang dipisah menjadi data cache dan instruction cache.
Arsitektur Alpha dapat diklasifikasikan menjadi EV4, EV5, EV6, dan EV7. Mengapa dimulai dari angka 4, dikarenakan pada awalnya Alpha didesain untuk diimplementasikan dalam teknologi manufaktur CMOS4 (750 nanometer). EV sendiri menurut beberapa pengamat disebut sebagai singkatan dari Electro Vlassic. DEC juga membuat pengembangan EV4 dengan menjadikan EV4 dibuat di atas proses manufaktur CMOS5 (500 nanometer). EV5 juga menggunakan proses manufaktur CMOS5, dan EV6 menggunakan proses manufaktur CMOS6 (350 nanometer), sedangkan EV7 menggunakan 180 nanometer.
Implementasi dari arsitektur Alpha adalah Alpha 21064 yang dirilis pada bulan Maret 1992 yang menggunakan teknologi EV4. Chip ini berkecepatan 200 MHz dengan 1700000 transistor di dalamnya, yang maksimum menggunakan daya sebesar 30 Watt. Chip ini adalah chip tercepat pada zamannya, karena memiliki rancang bangun yang benar-benar bagus (superskalar). Sebagai perbandingan, prosesor Intel Pentium yang dirilis pada musim semi 1992, hanya berjalan pada kecepatan 66 MHz.
Chip ini memiliki cache Level-1 yang bersifat write-through sebesar 16 KB yang dipisah menjadi 8 KB instruction cache dan 8 KB data cache. Kedua cache tersebut dipetakan secara langsung dan menggunakan ukuran block sebesar 32 byte. Cache level-2 dapat dikonfigurasikan dengan kapasitas antara 128 KB hingga 8 MB, yang berupa cache write-back. Bus antarmuka yang digunakan oleh prosesor ini adalah 128-bit, yang digunakan untuk mengoneksikan cache level-2 yang berada di luar chip prosesor, dengan ukuran block sebesar 256-bit (sehingga untuk mentransfer 1 block, dibutuhkan dua buah siklus). Selain itu, prosesor ini juga memiliki unit manajemen memori (Memory Management Unit/MMU) yang memikiki translation lookaside buffer (TLB) yang terpisah untuk akses instruksi (12 entri) dan data (32 entri).
Setiap siklus detaknya, prosesor ini dapat melakukan dua instruksi. Untuk melakukan hal itu, digunakanlah empat unit pengolahan mandiri, yakni satu buah unit integer, satu buah unit floating-point, satu buah branch unit, dan satu buah unit memory load/store. Setiap unit ini masing-masing memiliki kedalaman pipeline 7-stage, 10-stage, 6-stage, dan 7-stage. Empat stage pertama adalah biasa terdapat dalam prosesor RISC dan dapat menangani dua arus instruksi secara paralel.
Prosesor Alpha 21164 diperkenalkan pertama kali pada tahun 1994 yang menggunakan teknologi EV5. Prosesor ini menawarkan peningkatan kinerja dibandingkan dengan prosesor Alpha 21064 hampir sebesar dua kali lipat. Jumlah transistor yang digunakannya adalah 9300000 transistor. Prosesor ini berjalan pada kecepatan 300 MHz dan menggunakan maksimum daya sebesar 50 Watt. Chip ini dilengkapi dengan set instruksi yang baru yang khusus untuk melakukan pengolahan multimedia, yang disebut dengan Motion Video Instruction (MVI), yang setara dengan set instruksi MMX buatan Intel untuk x86.
Cache level-1 masih tidak berubah (sama seperti Alpha 21064), tetapi prosesor ini telah mengintegrasikan cache level-2 ke dalam inti prosesor sebesar 96 Kbyte, yang bersifat 3-way set associative dan memiliki ukuran block 64 byte. Selain dua level cache tersebut, cache prosesor ini juga dapat dikonfigurasikan menjadi tiga level, dengan cache level-3 berasal dari tambahan SRAM yang berkapasitas mulai dari 1024 Kbyte hingga 65536 Kbyte.
Prosesor ini mampu melakukan empat instruksi setiap siklus detaknya (ini berarti dua kali kecepatan Alpha 21064). Selain unit-unit yang tersedia di dalam 21064 (jumlah dan pipeline-nya pun sama), prosesor ini juga menambahkan satu unit lagi yang digunakan untuk mengatur cache Level-2 dan Level-3. Perbedaan lainnya adalah unit manajemen memori yang disertakan di dalam 21164 memiliki Translation lookaside buffer 48 entri untuk mengakses instruksi, sementara untuk mengakses data memiliki 64 entri.
Chip ini selanjutnya diteruskan oleh prosesor 21164PC yang dirilis pada bulan Juli 1996 dengan kecepatan yang lebih tinggi (500 MHz), dan bahkan hingga kecepatan 666MHz (dirilis pada bulan Maret 1998).
Prosesor Alpha 21264 diperkenalkan pada tahun 1998. Kecepatan yang digunakannya adalah 500 MHz hingga 850 MHz. Setiap chip prosesor memiliki 15 juta transistor. Arsitektur yang digunakannya adalah EV6.
Prosesor ini memiliki perbedaan signifikan dibandingkan dengan 21064 dan 21164, yakni dari cache level-1 yang digunakan: prosesor ini menggunakan 128 Kilobyte cache level-1 yang terbagi menjadi 64 Kbyte instruction cache dan 64 Kbyte data cache. Cache level-1 yang digunakan adalah cache yang bersifat set associative 2-way. Berbeda dengan cache level-1 yang diperbesar, cache level-2 malahan dipindah dari chip ke motherboard: cache level-2 dapat berkisar dari kapasitas 1024 Kbyte hingga 16386 Kbyte. Tidak seperti 21164 yang memiliki cache level-3, prosesor 21264 tidak memilikinya. Meskipun cache level-2 diletakkan berjauhan dari chip, kinerjanya tidak buruk. Hal ini disebabkan oleh prosesor ini mengimplementasikan cache Level-1 yang cukup besar, dan memiliki kinerja yang baik karena cache tersebut memiliki hit-ratio yang tinggi, yang mengakibatkan turunnya latensi total dari akses memori secara keseluruhan.