Kleine Kritik wegen diverser Flame-Wars im Prozessor-Brett. Dann ausführliche News/Addendums zum Alpha, R4400 und PowerPC 601.

Hallo Freunde der µP!

Merkwürdig, merkwürdig…was tummeln sich hier plötzlich für seltsame Mails?
Da werden Rechner angepriesen, verglichen und beschrieben. Ist das hier nicht das *Prozessor-Brett* ??? 🙂

( Ich werde diese Mails in einer Woche löschen…also lest sie jetzt oder
lasst es sein, denn ich halte mein Brett hier rein 🙂 )

Also liebe Gemeinde, das wollen wir doch lassen. Nicht, daß es nicht
interessant wäre, aber es ist nun mal das falsche Brett…aber es war ein guter Wink mit dem Pfahl de la Zaun…es gibt zwei (drei) interssante “neue”
Prozessorfamilien, die die Zukunft der Computer nicht unverändert an sich vorbeiziehen lässt. Das sind die Jungs (Alex) Alpha, (Reiner) R4x00 und
(Peter) Power. Ich will nicht genauer auf den eigentlichen Aufbau der Knilche eingehen (es sei denn, es wird gwünscht), denn sie ähneln sich mehr oder
weniger. Ja, ja jeder hat Spezialitäten, die bleiben natürlich nicht ungenannt. Also denn:

DEC ALPHA (21064) hinzufügung zur alten Mail…

Der Alpha entstand eigentlich nur deshalb, weil SGI (Hallo Jurrasic Park)
MIPS gekauft hat. Wer will schon bei der Konkurrenz die CPU kaufen, wenn man sich schon aussrechnen kann, daß die Seckel eh’ schon eine bessere Version auf
der Pfanne haben. Also baun’ wa uns n’eigenen Quadratkäfer. Wenn man schon mal dabei war, schaut man in das Prozessor-Brett im LightNet um aus den Fehlern
anderer zu lernen (naja :-)) und baut einen Zukunftorientierten also offenen Proz. 64 Bit breit, Viel Cache, möglichst dicht bepackt, kurz: Alles was
reingeht! Heraus kam der 21064-AA-Alpha in einem 14x17mm großen Gehäuse mit 1,68 mio. (hey, 1 mio. mehr als der 68000) Transistoren. Auch bei der
Herstellung war klotzen angesagt. Durch Verwendung der sog. CMOS-4 (4.Prozeßgeneration in 0.75 micron) Technik und drei Metallisierungslagen, wobei die obere (20K Angström (das A mit dem Kuller oben drauf)) gegenüber den beiden unteren (7,5K Angs.) einen wesentlich größeren Leistungsquerschnitt aufweist, konnten extrem hohe Ströme (9 A!) bei 200Mhz durch den Käfer gejagt werden (das soll Intel mal machen). Dumm war nur, daß das Ding anfing sich wie eine Herdplatte zu verhalten (30 Watt Verlustleistung!). Also hat man den eigentlichen Chip (die, sprich “dai”) erstmal speziell aufgehängt, thermo Wiederstände dazwischen geknallt, den Sockel als Kühler mißbraucht (431 Beinchen schwitzen ganz schön was weg) und einen fetten Kühlkörper draufgebappt und schon war das Vieh echt cool 🙂
Soviel zur Physik…nun zur Philosophie. Beim Namen DEC klingt eigentlich auch immer VAX mit (Die Mutter des Ur-MIPS). Die VAXen waren immer schon der Geldesel bei DEC und waren nun in die Jahre gekommen. Man hörte bei den VAXern (Verderben dem, der and’res denkt!), daß die UNIX Heinis aus dem gleichen Hause eine CPU löten und beschloß da mal ein Wörtchen mitzureden. Denn die VAX CPU war in die Jahre gekommen und bot mit ihrer 32-Bit Achritektur auch kaum Zukunftsaussichten (z.B. 4GB Adressraum) da sie zudem auch noch CISC-Basierend ist und eine lineare Leistungssteigerung kaum möglich
ist. Aber fallen lassen kann man die VAX-User auch nicht, dafür ist zuviel Kohle im Spiel. VAX = CISC & 32 Bit, DEC-UNIX = RISC & 64 Bit (R4x00) ergo VAX =! UNIX (Das wußten wir auch schon so). Mann besann sich auf ein DEC-Internes Projekt namens PRISM, daß man fallen ließ, als die Entscheidung auf die RISC CPUs von MIPS fiel. Die PRISM Architektur sah einen sog. PALcode vor, eine Art Microcode.

( Kleiner Ausflug in die Geschichte: Vor ca. 10 Jahren ging man daran eine neue
Art von Prozessoren zu entwickeln. Als erstes wurde der Microcode gekillt, der bisdahin komplexere Instruktionssätze realisierte. Die VAX hatte zum Bleistift 480 KILOByte Microcode im ROM. Der Mircocode wurde nämlich zum Bremser, da ein Interpreter auch Zeit zum Übersetzen desselben benötigte. Man ging also dazu
über Funktionen in Softwarebibiotheken zu implementieren un damit die CPU zu entlasten.)

Der PALcode ist sogesehen die Auferstehung des Microcodes (Halleluja!).
Routienen für Interruptbehandlung, Kontextwechsel, Speichermanagment und Fehlerbehandlung finden hier Platz. Vorteil ist, daß der PALcode von Betriebssystem zu Betriebssystem wechseln kann, ganz nach Anforderung. Eine “echte” Vax hat 303 Operatoren (glaube ich zu wissen). Ein Alpha der
unter OpenVMS (Also VMS auf Alpha) kennt davon 242 (der Rest in Software).
Wenn der Alpha seinen Dienst unter OSF/1 (UNIX) verrichtet kennt er nur noch 178 Befehle. Aufgrund der (gewollten) Ähnlichkeit zwischen der Alpha und R4x00 Befehle müssen dem Alpha lediglich 23 Befehle per PALcode zugeführt werden, um OSF/1 “hinüberzuretten”. Das heißt nicht, daß der Alpha nun alle CPUs emulieren kann (so wie das Sir C.Sinclair mit einer CPU mal vorhatte), aber ein Alpha kann sich so gezielt auf ein OS einrichten (lassen).
Bleibt noch zu erwähnen, daß DEC die Alpha-Architektur auch lizensiert, d.h.wenn Vo-com oder Es-bis eine geeignete Herstellung für CPU hätte (konjunktiv), könnten auch die den Alpha bauen 🙂

Jetzt will ich hier noch schnell mal die Highlight runterrattern:

* Unterstützt Symmetrisches Multiprocessing (Die neue Cray z.B.)
* Singlechip bei 3,3V
* Dual Pipeline
* 32 Bittige Instruktionen
* 32 Integer/Fließkommaregister a 64 Bit
* 150Mhz Takt
* 300 MIPS integer Peak
* 120 SPECmarks
* PALcode (Priviliged Architecture Library code)
* Multiinstruktionssequenzen
* 2 x 8K Cache
* Clockgenerator on chip, Systemclock von CPU/2…CPU/8
* Chacheconroller für 2nd level Cache on chip

Mittlerweile gibt es zwei neue Alphas (ALPHA ist nicht die CPU, sondern die Architektur, wie SPARC, die CPUs tragen Ziffern, aber das ist wohl nur Korinthenkackerei, ne :-). Den 21066 und den 21068. Beide haben zusätzlich ein PCI-Interface on chip, können also den PCI-BUS direkt bedienen. Der 21068 läuft mit 66Mhz und ist als Embeddedcontroller gedacht, den 21066/166Mhz wird
man dann hingegen im Vo-com AlphaPCI für 3,50.- finden können.

Der MIPS (jetzt SGI) R4x00

Nachdem Silicon Graphics Inc. (SGI) MIPS während der CeBit 92 gekauft hat, kam die Rxx00 Familie doch deutlich in Bewegung. Mit dem R4000 wurde die erste 64-Bit CPU in einer Workstation präsentiert. Das Design basiert größtenteils
immernoch auf der R3000 (siehe dort) wurde jedoch komplett auf 64 erweitert und mit Dingen wie FPU und 2x8K Cache umgeben. Durch verdichtung des dies auf 0.8 mircometer konnte auch der Takt auf 100Mhz (Doubleclocking) erhöht werden.
Kurz darauf erschien die R4400 CPU die nun als augenfälligstes Merkmal doppelt soviel Cache enthält und bis 150 Mhz getaktet werden kann. Gleichzeitig wurden alle CPUs durch die Endung SC (SCaleable) auch für Multiprocessingaufgaben
befähigt. Das bewies SGI dann auch mit den Dickschiffen Onyx und Challenge die
es mit 24 R4400SC auf 5,4 GFLOPS/4000MIPS bringen. Das macht selbst den totesten Saurier noch mal Beine 🙂
Interssante Stilblüte ist die R4200 CPU, die, für den Lowcostbereich gedacht, ihre erste Anwendung in einer Spielconsole von SGI und NINTENDO finden wird.
Man darf gespannt sein.

PowerPC CPU 601

Genau wie SPARC oder ALPHA ist auch PowerPC eine offene Architektur.
Interessant ist, daß sich hierfür IBM, Apple und Motorola (jea!) zusammengefunden haben. Oberste Ziele war Kosteneinsparung, Geschwindigkeit und
Offenheit (in DER Reihenfolge). Das Wissen der beiden Chiphersteller IBM und Motorala flossen hierbei zusammen. Man nahm 100g RS/6000 CPU Architektur von IBM, 100g 88110 Businterface von Motorola, einen Schuß Cachelogik vom 68040,
rührte kräftig, knallte lieblos 32K Cache hinzu und komprimierte das bei ca. 25 grad Raumtemparatur ungefähr 1 Jahr im IBM Labor. Heraus kam eine CPU die sehr verwirrend ist. Einerseits begeistert sie durch 3 gleichzeitig
ausführbare Befehle pro Takt, andererseits beschleicht einen das kalte Kotzen, wenn man sieht, daß der Cache alles schlucken muß was kommt, egal ob Daten oder Instruktionen. Aus dieser Suppe wiederum fischt eine geniale Logik die einzellnen Brocken wieder blitzgescheit heraus. Wer mehr über das Chaos wissen
will soll sich melden.
Was aber wirklich verwundert ist, das Ding ist Arschschnell, klein und billig!
Hinzu kommt, daß diese CPU gleich mehrere geniale Betriebssysteme sozusagen garantiert. Apple wird über kurz oder lang auf PowerPC umsteigen (die ersten Geräte wurden schon gezeigt), IBM bietet momentan sein AIX UNIX auf der PowerPC Platform an und will OS/2 nachschieben und Motorola ist dabei WindowsNT (naja) zu portieren (Fehlt also nur noch TOS, AmigaOS und 64er BASIC 🙂 ) Aber der 601 ist nicht das Ende, das ist die Einstiegsdroge. Es sollen noch der 603 (für Portables), der 604 (2x so schnell wie 601) und der 620 (64 Bit-Variante)

Und hier sind wir nun angekommen, wo ich eigentlich schon die ganze Zeit hin will (laber,laber,laber). Alle drei CPUs haben einen gemeinsamen Nenner:
WindowsNT und UNIX. Jeder beansprucht für sich der Schnellste zu sein. Zur Zeit ist es der Alpha. Jeder will der Billigste sein. Es ist der PowerPC 601.
Und alle sind sie suuuuper sicher. Das kann wohl nur der R4x00 von sich behaupten (gemessen an Marktpräsenz). Jeder will natürlich den Vergleich… Hier ist er:

   		Alpha 21064 	R4400SC 	PowerPC 601 	Pentium (zum Vergl.)
Mhz 		150 		150 		66 		66
SPECint92 	84.4 		88 		>60 		64.5
SPECfloat92 	 127.7 		97 		>70 		56.9
Ext. Cache 	 512K 		1M 		>256K 		256K
Int. Cache 	 16K 		32K 		32K 		16K
"die" Größe 	 234mm^2 	184mm^2 	121mm^2 	294mm^2
Transistoren  1.68 mio 	1.35 mio 	2.8 mio ! 	3.1 mio !!
prozessdichte 0.75 micron 	0.6 micron 	0.65 micron 	0.8 micron
Preis (1000)  $1096 		$1120 		$375 !!		$995

Betrachtet man nun die Preise und bedenkt wer dahinter steht, dann muß man wohl ohne Umschweife feststellen, daß der PowerPC eine gute Ausgangsposition hat. Aber wie oft sind wir eines Besseren belehrt worden…

mfg AXEL

P.S.: Und ich will hier keinen “Mein Rechner ist besser als Deiner”-Krieg, klar! 🙂