Alpha 21264 CPU: NTにとって最高のRISC (1998)

Windows NT Magazine / 1998年12月 Alpha 21264 CPU: NTにとって最高のRISC Tom R. Halfhill [編集者注: この記事は当初、BYTE Magazineの1998年9月号に掲載される予定でしたが、1998年6月にBYTEが廃刊になったため中止されました。代わりにWindows NT Magazineとドイツのコンピュータ雑誌C'Tに掲載されました。このテキストはオリジナルの英語版です。] 世界がIntelの64ビットMercedチップとMicrosoftの64ビット版Windows NTを待つ中、Digital EquipmentはNT処理の次世代のプレビューを提供しています。Alpha 21264はNTを実行する64ビットプロセッサです。これは世界で最も高速なチップの1つです。そして、それは今日利用可能です。 21264はAlphaマイクロプロセッサアーキテクチャの最新世代です。Digitalは、21264が今年700MHzを超えるクロックスピードに達すると予想しており、このプロセッサは21164と21064がAlphaチップのために確立したスピードデーモンの評判を維持しています。Alphaは、Microsoftが将来のNTバージョンを開発している最後のRISCアーキテクチャです。MicrosoftはMIPS Rx000チップ向けのNTを段階的に廃止しており、PowerPC NTは実際には軌道に乗っていませんでした。NTを実行する唯一の他のCPUアーキテクチャは、もちろんIntel x86です。 Intelの市場支配にもかかわらず、Alphaはx86に対して1つの大きな利点を持っています。それはパフォーマンスの向上、特に浮動小数点タスクのパフォーマンスです。Alphaシステムは一般的にIntel製のものより高価ですが、Alphaシステムは高速であり、数学集約型のエンジニアリングおよび科学アプリケーションに優れています。 20年前のx86のパフォーマンスの限界を超えるため、Intelは1994年にHPと提携して新しいCPUアーキテクチャ、Intel Architecture-64 (IA-64) を開発しました。Intelは、IA-64を最初に実装するプロセッサであるMercedプロセッサを使用するシステムが2000年半ばに出荷されると予想しています。しかし、Mercedは2000年にNT市場で最速のチップではないかもしれません。Digitalによると、Mercedが登場する頃には、21264は1000MHz (1ギガヘルツ [GHz]) のクロック周波数で動作するようになります。その速度では、推定CPUベンチマークによると、21264はMercedよりも大幅に高速になります。(21264の速度のレビューについては、図1を参照してください。) Digitalによると、最初の21264システムは1998年後半に市場に出回る予定なので、64ビットパフォーマンスのために2年間待つ必要はありません。しかし、MicrosoftがIA-64とAlphaチップの両方で64ビット版NTを出荷するまで、21264はその潜在能力を発揮できません。(Microsoftは64ビットNTを2000年に出荷したいと考えています。) RISCの行方 21264とIA-64プロセッサの競争は、単なる idle gossip の対象ではありません。リスクにさらされているのは、NTおよびその他のすべてのオペレーティングシステム (OS) におけるRISCの未来に他なりません。高度に専門化された組み込みアプリケーション市場を除いて、RISCは後退しています。現在、デスクトップで最も人気のあるRISCアーキテクチャはPowerPCチップですが、これはIBMとMotorolaが共同で製造しています。しかし、デスクトップPowerPCチップの最大の顧客はAppleであり、International Data Corporation (IDC) によると、MacintoshはPC市場シェアの約4パーセントしか持っていません。6月、IBMとMotorolaは、7年間のPowerPCパートナーシップを解消し、将来のPowerPCチップを個別に開発すると発表しました。IBMの他のRISCアーキテクチャであるPowerシリーズは、PowerPCと統合されています。IBMはPowerチップを独立したアーキテクチャとして段階的に廃止しています。新しい64ビットPower3チップは、PowerとPowerPCの技術を統合した最初のプロセッサです。最近の損失と戦うため、Silicon GraphicsはMIPS Rx000シリーズRISCプロセッサから離れています。Silicon Graphicsは次世代Rx000プロジェクトを中止し、最近MIPS Technologiesの組み込みチップ部門を別会社としてスピンオフしました。Silicon GraphicsはNT向けのx86ベースのシステムを開発し、IRIXをIA-64にポートしています。Sun MicrosystemsはSolarisをIA-64にポートしています。この動きは、一部の業界アナリストに、新しいUltraSPARC-IIIがSPARCファミリーの最後の主要世代になると推測させていますが、Sunはこれらの噂は偽りだと主張しています。HPは、Precision Architecture-RISCから離れる戦略の一環として、HP-UXをIA-64にポートしています。PA-RISCはIA-64が登場した後、徐々に市場から撤退するでしょう。IA-64はPA-RISCと下位互換性があります。 Alphaは、ほとんどのCPUベンチマークで最速のRISCチップであり、x86以外の唯一のNT代替です。しかし、Digitalでの最近の再編のため、Alphaの将来は確実ではありません。同社は、マサチューセッツ州ハドソンにあるチップ製造工場をIntelに売却しました。誤解を招く報道にもかかわらず、Digitalは製造工場のみを売却し、Alphaは売却していません。Digitalは引き続きAlphaプロセッサを独立して設計しますが、チップの製造はIntelおよびその他のライセンシーに委託します。現在、Alpha製造ライセンシーはSamsungとMitsubishiの2社です。DigitalはAMDおよびIBM Microelectronicsとの契約も交渉中です。Mitsubishiは現在、21264を製造する計画はありませんが、同社が製造した低コストの21164PCチップの技術サポートを継続しています。Samsungは最も積極的なAlphaライセンシーとして浮上しています。同社は最近、Alphaチップをマーケティングする子会社を設立し、2000年までに21264を1GHzに押し上げると述べています。CompaqによるDigitalの買収は、Alphaの運命をさらに不確実なものにしています。CompaqはCPUアーキテクチャを所有したことがなく、同社はIntelのx86チップの最大の顧客の1つです。AlphaのシニアプロダクトマネージャーであるDavid Jessel氏は、Alphaファンは心配する必要はないと主張しています。「CompaqはAlphaを全面的に支援しており、投資を継続しています」とJessel氏は述べています。Alphaへのコミットメントを強調するため、CompaqはハイエンドのTandemサーバーでAlpha 21264をMIPSプロセッサの代わりに採用する計画です。Alphaがあらゆる移行を乗り越えれば、次の10年間でIA-64チップとパフォーマンスの覇権を争う可能性があります。 21264の技術分析によると、Alphaにはさらに強力になるための十分な余地があります。 21264の内部 21264は、21164のデザインから大きく逸脱した革新的なデザインを持っています。新しいチップは、より大きなプライマリキャッシュ、追加の機能ユニット、より正確な分岐予測、新しい動画命令 (MVI)、および高いバス帯域幅を備えています。これは、クロックサイクルあたり最大6命令を実行し、クロックサイクルあたり4命令を維持します。さらに、21264はアウト・オブ・オーダー実行を提供する最初のAlphaです。アウト・オブ・オーダー実行は、多くのマイクロプロセッサに共通する機能です。Alphaがこの機能を提供するようになった今、SunのSPARCチップは、命令をアウト・オブ・オーダーで実行しない唯一の主要CPUです。アウト・オブ・オーダーで実行されるCPUは、チップのリソースを効率的に使用するために、実行時にプログラムの命令を動的に並べ替えます。例えば、ある命令が整数ユニットを必要とするが、CPUのすべての整数ユニットがビジー状態の場合、アウト・オブ・オーダーCPUは、整数ユニットが利用可能になるまで保留中の整数命令を保持しながら、利用可能な浮動小数点ユニット (FPU) に浮動小数点命令を発行します。整数ユニットが利用可能になると、CPUは保留中の命令を解放します。同じ状況では、従来のイン・オーダーCPUは、整数ユニットが解放されるまですべての命令を停止させます。アウト・オブ・オーダーCPUは常に元のプログラム順序で結果をコミットします。 アウト・オブ・オーダー実行は、かつてはクロックスピードの高さではなく、洗練された命令処理に依存してトップパフォーマンスを達成する「ブレーニャック」プロセッサの特徴でした。古いチップのアウト・オブ・オーダー技術を管理する複雑なロジックは、高いクロックスピードを排除します。以前のAlphaチップは、命令をアウト・オブ・オーダーで処理しなかったため、業界をリードする速度で動作していました。21264はこの伝統を破ります。500MHzと600MHzで利用可能であり、間違いなく高速です。そして、それはさらに速くなるでしょう。Digitalによると、21264は今年733MHz、2年以内に1GHzに達するでしょう。しかし、21264はブレーニャックでもあります。それは命令をアウト・オブ・オーダーで実行し、他のどのプロセッサよりも巧みに行います。21264のアウト・オブ・オーダー効率を評価する最良の方法は、その数を確認することです。