DEC Alpha

Alpha AXP (myös DECchip, DEC Alpha tai pelkkä Alpha) on Digital Equipment Corporationin 1990-luvulla kehittämä RISC-suoritinarkkitehtuuri, joka suunniteltiin VAX-arkkitehtuurin seuraajaksi DEC:n työasema- ja palvelinkoneisiin. DEC:n UNIX- ja VMS -koneiden lisäksi Alphaa käytettiin useimmissa Crayn 1990-luvun supertietokoneissa. Alpha kilpaili myös X86-arkkitehtuurin kanssa työasemissa.

Historia 
Alpha suunniteltiin korvaamaan Digitalin käyttämät MIPS-suorittimet ja Digitalin aiempi VAX-arkkitehtuuri. Se suunniteltiin käytettäväksi pitkälle ajalle siinä ei ole erikoiskäyttöisiä rekistereitä.

Alpha-suorittimet olivat ilmestymisensä aikaan vuonna 1992 maailman nopeimpia mikroprosessoreita. Ne olivat alusta alkaen 64-bittisiä ja voimakkaasti käskytasolla rinnakkaistavia, ja ne toimivat suhteellisen korkealla kellotaajuudella: esimerkiksi ensimmäinen Alpha-suoritin, 21064 (joka esiteltiin marraskuussa 1992) oli tarkoitettu käytettäväksi 200 MHz taajuudella, kun Intelin nopein suoritin tuolloin oli 66 MHz:n i486. Alphaa pidettiinkin merkittävimpänä haastajana Intelin suorittimille. Vuonna 1999 Alpha ylitti ensimmäisenä suorittimena 1 GHz:n kellotaajuuden haamurajan.

Alphalle oli saatavilla Digitalin VMS-käyttöjärjestelmä ja Unix-tyyppisiä käyttöjärjestelmiä kuten System V, OSF/1 ja BSD. DEC 3000 -työasemat Alpha-suorittimella maksoivat  ylöspäin.

Windows NT:n ja VMS:n yhtäläisyyksien vuoksi Microsoft maksoi Digitalille 65 – 100 miljoonaa dollaria ja NT:lle lisättiin tuki Alpha-suorittimelle sekä osapuolet tekivät promootio- ja koulutussopimuksia.

Windows NT 4.0 käännettiin Alphalle ja DEC valmisti suorittimen pohjalta halpoja PC:n korvaajaksi tarkoitettuja tietokoneita, kuten DEC Multian. Laitteet eivät kuitenkaan menestyneet, koska suorittimet eivät emuloineet X86-koodia kovin nopeasti.

DEC:n ja Intelin välillä oli myös pitkä oikeudenkäynti patenteista. Syksyllä 1997 yhtiöt päätyivät sopimukseen, jonka mukaan ne ristiinlisensoivat patenttinsa ja Intel ostaa DEC:n Alphoja valmistavan Fab 6 -tehtaan. Yhdysvaltain kilpailuviranomaiset kuitenkin puuttuivat kauppaan ja pakottivat DEC:n lisensoimaan Alphan tekniikan muille yrityksille (esimerkiksi Samsung Electronicsille, AMD:lle ja IBM:lle). DEC:lle jäi Alphan tuotekehitys, lisensointi ja sertifiointi ilman omaa valmistuskapasiteettia.

Compaq osti DEC:n vuonna 1998 ja Hewlett-Packard puolestaan Compaqin vuonna 2002. HP lopetti Alphan kehittämisen ja markkinoinnin kuten se teki myös oman PA-RISC-suorittimensa suhteen, tarkoituksenaan siirtyä HP:n ja Intelin kehittämään IA-64- tai Itanium-prosessoriarkkitehtuuriin. Kaikki Alphan tekniikka ja oikeudet (piireistä ja kääntäjistä suunnitteluryhmään asti) myytiin Intelille. Osa Alphaa kehittäneistä insinööreistä siirtyi AMD:lle Compaqin ostettua DEC:in. Alphan peruja olivat AMD Athlon E6:n väylä sekä monisäikeistys, joka otettiin käyttöön myös Pentium 4:ssa ja AMD Opteronissa.

Viimeiset Alpha-suorittimet julkaistiin vuosina 2003 (21364 eli EV7) ja 2004 (1,3 GHz:n EV7z).

Alpha-prosessorimallit
Suoritinmalleissa ensimmäinen numero on arkkitehtuuriversio ja toinen (jos annettu) koon pienennys (kuten EV4, EV67..).

21064 (EV4), 2 liukuhihnaa, 128-bittinen väylä.
21064A (EV45), 21064 valmistettuna uudemmalla valmistustekniikalla, suurempi kellotaajuus
21066, halvempi versio 21264A-prosessorista. 64-bittinen väylä. Integroitu muistiohjain.
21164 (EV5), toisen sukupolven alpha. 4 liukuhihnaa, 8+8 kiB L1-välimuisti, 96 kiB L2-välimuisti piirillä
21164A (EV56), 21164 valmistettuna uudemmalla valmistustekniikalla, suurempi kellotaajuus
21164PC, halvempi versio 21164-prosessorista. Sisäinen L2-välimuisti poistettu, L1-datavälimuisti suurennettu 16 kibitavuun.
21264 (EV6), kolmannen sukupolven alpha. 4+2 liukuhihnaa, käskyjen uudelleenjärjestely. vain 64+64 kiB L1-välimuisti piirillä, iso ulkoinen L2 prosessorikortilla
21264A (EV67), 21264 valmistettuna uudemmalla valmistustekniikalla, suurempi kellotaajuus
21264B (EV68), 21264 valmistettuna vielä uudemmalla valmistustekniikalla, suurempi kellotaajuus
21264E, 21264B prosessoripiirille integroidulla L2-välimuistilla
21364 (EV7), neljännen sukupolven alpha. Perustuu samaan prosessoriytimeen kuin EV6, mutta uudisti väylärakenteen täysin. Sisältää 8-kanavaisen RDRAM-muistiohjaimen, integroidun L2-välimuistin ja nopeat linkit prosessorin yhteenkytkemiseksi.

21464 (EV8) oli tuleva malli, joka peruttiin Compaqin ostettua Digitalin.

Käskykannan ominaisuuksia 
Alphaa pidetään eleganttina yhdistelmänä ominaisuuksia ilman selkeitä rajoitteita myöhemmälle suorituskyvylle. Siinä ei ole juurikaan käytetty oikoteitä hyvän suorituskyvyn saamiseksi vain suorittimen kullakin versiolla, vaan käskykanta on suunniteltu alusta lähtien myös tulevaisuuden suorittimille hyvin sopivaksi.

Esimerkki Alphasta poisjätetyistä oikoteistä on viivästetty hyppy, joka löytyy kaikista muista saman aikakauden RISC-suorittimista. Tehokkaammilla suorittimilla hyppyä pitää viivästää enemmän, ja viiveen määrä on aina kompromissi, joka hidastaa hitaampia suorittimia ja tekee nopeammista suorittimista vaikeampia toteuttaa. Alphassa osa haarautumisista voidaan välttää hyppykäskyjen tavoin ehdollisella move-käskyllä (cmov).

Alpha suunniteltiin ilman käskyä jakolaskulle koska se on vaikea liukuhihnalla toteutettavaksi.

Alphassa on tuki PALcode (Privileged Architecture Library) kutsuille, jotka ovat joukko makroja Alphan käskykannalla toteututettuna mikrokoodia vastaavalla tavalla.

Alphassa on 32 yleiskäyttöistä sekä 32 liukulukurekisteriä. Liukulukuyksiköllä on VAX-yhteensopivuustila.

Käskykantalaajennukset

Motion Video Instructions (MVI)

Motion Video Instructions (MVI) on SIMD-tyyppinen laajennus käskykantaan.

Käyttöjärjestelmätuki 

Prosessoria tukevat mm. seuraavat käyttöjärjestelmät:
 OpenVMS
 Linux
 Tru64 UNIX
 BSD Unix
 Windows NT

Lähteet

Aiheesta muualla 

 Dokumentaatiota bitsavers.org-palvelussa 
 Alpha AXP Architecture (PDF) 

Suoritinarkkitehtuurit
Digital Equipment Corporationin laitteistot