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A arquitetura Alpha

Luıs GuilhermeFernandes Pereira –

RA009206

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Introducao

Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

A arquitetura Alpha

Trabalho de MO401

Luıs Guilherme Fernandes Pereira – RA009206

10 de Novembro de 2005

A arquitetura Alpha

Luıs GuilhermeFernandes Pereira –

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Introducao

Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

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◮ Resumo e Introducao;

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Introducao

Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

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◮ Resumo e Introducao;

◮ Arquitetura Alpha;

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Introducao

Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

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◮ Resumo e Introducao;

◮ Arquitetura Alpha;

◮ Microprocessador Alpha 21264;

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Introducao

Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

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◮ Resumo e Introducao;

◮ Arquitetura Alpha;

◮ Microprocessador Alpha 21264;

◮ Consideracoes Finais;

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Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Resumo

Este trabalho pretende descrever diversascaracterısticas da arquietutra Alpha, bem comoformas de implementacao dessas caracterısticas nomicroprocessador Alpha-21264 atraves de umaprofundado estudo de caso.

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Introducao

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Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Revisao

◮ ILP;

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Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Revisao

◮ ILP;

◮ Exploracao Dinamica;

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Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Revisao

◮ ILP;

◮ Exploracao Dinamica;

◮ Superescalaridade;

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Introducao

Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Revisao

◮ ILP;

◮ Exploracao Dinamica;

◮ Superescalaridade;

◮ Previsao de desvios;

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Introducao

Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Revisao

◮ ILP;

◮ Exploracao Dinamica;

◮ Superescalaridade;

◮ Previsao de desvios;

◮ Vantagens;

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Arquitetura Alpha: geral

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Consideracoes finais

Historico e Caracterısticas comuns

◮ Criada em 1992 (sucessor do VAX);

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Consideracoes finais

Historico e Caracterısticas comuns

◮ Criada em 1992 (sucessor do VAX);

◮ Modelo RISC de desenvolvimento, influencias doMIPS;

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Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Historico e Caracterısticas comuns

◮ Criada em 1992 (sucessor do VAX);

◮ Modelo RISC de desenvolvimento, influencias doMIPS;

◮ 64-bit, Superpipeline, Superescalar;

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Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Historico e Caracterısticas comuns

◮ Criada em 1992 (sucessor do VAX);

◮ Modelo RISC de desenvolvimento, influencias doMIPS;

◮ 64-bit, Superpipeline, Superescalar;

◮ Projeto manual: alta frequencia.

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Consideracoes finais

Conjunto de instrucoes

◮ Desvio (branch)

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Consideracoes finais

Conjunto de instrucoes

◮ Desvio (branch)

◮ Ponto flutuante

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Consideracoes finais

Conjunto de instrucoes

◮ Desvio (branch)

◮ Ponto flutuante

◮ Memoria

◮ Memoria / Funcao

◮ Memoria / Desvio

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Consideracoes finais

Conjunto de instrucoes

◮ Desvio (branch)

◮ Ponto flutuante

◮ Memoria

◮ Memoria / Funcao

◮ Memoria / Desvio

◮ Operacao

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Consideracoes finais

Conjunto de instrucoes

◮ Desvio (branch)

◮ Ponto flutuante

◮ Memoria

◮ Memoria / Funcao

◮ Memoria / Desvio

◮ Operacao

◮ Pre-fetch de cache

◮ MVI (instrucoes de motion-video)

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Consideracoes finais

Recursos, recursos, recursos...

O Alpha-21264 tem:

◮ 4 unidades de execucao inteira

◮ 2 unidades de proposito geral

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Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Recursos, recursos, recursos...

O Alpha-21264 tem:

◮ 4 unidades de execucao inteira

◮ 2 unidades de proposito geral

◮ 2 ULAs de endereco

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Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Recursos, recursos, recursos...

O Alpha-21264 tem:

◮ 4 unidades de execucao inteira

◮ 2 unidades de proposito geral

◮ 2 ULAs de endereco

◮ 32 registradores de inteiros e 31 registradores deponto flutuante.

◮ 48 registradores de reordenacao de inteiros e 40 deponto flutuante.

◮ 80 registradores de inteiros adicionais (copia dosoutros 80)

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Consideracoes finais

Paralelismo Superescalar Especulativo

◮ fetch de ate 4 instrucoes por ciclo;

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Consideracoes finais

Paralelismo Superescalar Especulativo

◮ fetch de ate 4 instrucoes por ciclo;

◮ execucao especulativa e dinamica;

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Consideracoes finais

Paralelismo Superescalar Especulativo

◮ fetch de ate 4 instrucoes por ciclo;

◮ execucao especulativa e dinamica;

◮ predicao de desvios;

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Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Paralelismo Superescalar Especulativo

◮ fetch de ate 4 instrucoes por ciclo;

◮ execucao especulativa e dinamica;

◮ predicao de desvios;

◮ renomeacao de registradores.

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Pipeline

1. Busca;2. Transferencia;3. Renomeacao;4. Delegacao;5. Leitura dos registradores (usa bypassing);6. Execucao;7. Memoria.

Figura: Pipeline do Alpha 21264

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Consideracoes finais

Cache e Fetch

◮ Cache de instrucoes e de dados;

Figura: Busca (fetch) de instrucoes

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Consideracoes finais

Cache e Fetch

◮ Cache de instrucoes e de dados;◮ Cache 2-associativa de 64 bytes;

Figura: Busca (fetch) de instrucoes

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Consideracoes finais

Cache e Fetch

◮ Cache de instrucoes e de dados;◮ Cache 2-associativa de 64 bytes;◮ Quatro instrucoes por ciclo;

Figura: Busca (fetch) de instrucoes

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Consideracoes finais

Cache e Fetch

◮ Cache de instrucoes e de dados;◮ Cache 2-associativa de 64 bytes;◮ Quatro instrucoes por ciclo;◮ Previsao de proxima linha;

Figura: Busca (fetch) de instrucoes

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Cache

◮ 128K de Cache L1 (64K para dados e 64K parainstrucoes);

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Cache

◮ 128K de Cache L1 (64K para dados e 64K parainstrucoes);

◮ Cache L2 controlado pelo processador;

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Consideracoes finais

Cache

◮ 128K de Cache L1 (64K para dados e 64K parainstrucoes);

◮ Cache L2 controlado pelo processador;

◮ Dois loads ou stores por ciclo sem conflito;

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Consideracoes finais

Cache

◮ 128K de Cache L1 (64K para dados e 64K parainstrucoes);

◮ Cache L2 controlado pelo processador;

◮ Dois loads ou stores por ciclo sem conflito;

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Consideracoes finais

Nome diferente, otimizacao transparente

Renomeacao de registradores:

◮ Elimina pseudo-dependencias de dados (semelhante aotimizacao de “variable renaming” de compiladores);

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Consideracoes finais

Nome diferente, otimizacao transparente

Renomeacao de registradores:

◮ Elimina pseudo-dependencias de dados (semelhante aotimizacao de “variable renaming” de compiladores);

◮ Cada instrucao um registrador;

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Consideracoes finais

Nome diferente, otimizacao transparente

Renomeacao de registradores:

◮ Elimina pseudo-dependencias de dados (semelhante aotimizacao de “variable renaming” de compiladores);

◮ Cada instrucao um registrador;

◮ Mapeamento entre registradores visıveis e internos;

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Consideracoes finais

Nome diferente, otimizacao transparente

Renomeacao de registradores:

◮ Elimina pseudo-dependencias de dados (semelhante aotimizacao de “variable renaming” de compiladores);

◮ Cada instrucao um registrador;

◮ Mapeamento entre registradores visıveis e internos;

◮ Mantem estado de mapeamento para possıvelrestauracao;

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Consideracoes finais

Nome diferente, otimizacao transparente

Renomeacao de registradores:

◮ Elimina pseudo-dependencias de dados (semelhante aotimizacao de “variable renaming” de compiladores);

◮ Cada instrucao um registrador;

◮ Mapeamento entre registradores visıveis e internos;

◮ Mantem estado de mapeamento para possıvelrestauracao;

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Consideracoes finais

Para onde vou?

Alocacao de intrucoes para unidades funcionais:

◮ Filas de inteiros e de ponto flutuante separadas;

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Consideracoes finais

Para onde vou?

Alocacao de intrucoes para unidades funcionais:

◮ Filas de inteiros e de ponto flutuante separadas;

◮ Algoritmo de scoreboard;

◮ Ate seis instrucoes despachadas por ciclo;

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Consideracoes finais

Para onde vou?

Alocacao de intrucoes para unidades funcionais:

◮ Filas de inteiros e de ponto flutuante separadas;

◮ Algoritmo de scoreboard;

◮ Ate seis instrucoes despachadas por ciclo;

◮ Dois clusters de inteiros e um de ponto flutuante;

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Consideracoes finais

Para onde vou?

Alocacao de intrucoes para unidades funcionais:

◮ Filas de inteiros e de ponto flutuante separadas;

◮ Algoritmo de scoreboard;

◮ Ate seis instrucoes despachadas por ciclo;

◮ Dois clusters de inteiros e um de ponto flutuante;

◮ Escolha do cluster atraves de um arbitro;

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Consideracoes finais

Para onde vou?

Alocacao de intrucoes para unidades funcionais:

◮ Filas de inteiros e de ponto flutuante separadas;

◮ Algoritmo de scoreboard;

◮ Ate seis instrucoes despachadas por ciclo;

◮ Dois clusters de inteiros e um de ponto flutuante;

◮ Escolha do cluster atraves de um arbitro;

◮ Especulacao em filas.

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Consideracoes finais

Mais sobre os clusters

Figura: Clusters

Cada cluster esta associado a um dos bancos de inteiros;

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Execucao

◮ 2 unidades de inteiros para soma, logica, shift ebranch;

◮ Uma delas com multiplicacao, outra com multimıdia;

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Consideracoes finais

Execucao

◮ 2 unidades de inteiros para soma, logica, shift ebranch;

◮ Uma delas com multiplicacao, outra com multimıdia;

◮ As demais unidades de inteiros tratam soma, logica,loads e stores.

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Consideracoes finais

Execucao

◮ 2 unidades de inteiros para soma, logica, shift ebranch;

◮ Uma delas com multiplicacao, outra com multimıdia;

◮ As demais unidades de inteiros tratam soma, logica,loads e stores.

◮ 2 unidades de ponto flutuante:

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Consideracoes finais

Execucao

◮ 2 unidades de inteiros para soma, logica, shift ebranch;

◮ Uma delas com multiplicacao, outra com multimıdia;

◮ As demais unidades de inteiros tratam soma, logica,loads e stores.

◮ 2 unidades de ponto flutuante:

◮ Uma realiza adicao, divisao e radiciacao;

◮ Outra realiza multiplicacao;

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Latencias

Classe da Instrucao Latencia

Operacoes simples de inteiros 1MVI / PLZ 3Multiplicacao de inteiros 7Carga de inteiros 3Carga de ponto flutuante 4Addicao de ponto flutuante 4Multiplicacao de ponto flutuante 4Divisao de ponto flutuante (precisao simples) 12Divisao de ponto flutuante (precisao dupla) 15Raiz quadrada de ponto flutuante (precisao simples) 15Raiz quadrada de ponto flutuante (precisao dupla) 30

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Consideracoes finais

Memoria

◮ Retirada de instrucoes em ordem – impressao deexecucao em ordem;

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Consideracoes finais

Memoria

◮ Retirada de instrucoes em ordem – impressao deexecucao em ordem;

◮ Buffer de reordenacao – excecoes cancelam assubsequentes;

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Consideracoes finais

Memoria

◮ Retirada de instrucoes em ordem – impressao deexecucao em ordem;

◮ Buffer de reordenacao – excecoes cancelam assubsequentes;

◮ Fila de loads e de stores;

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Previsao de desvios

◮ Previsao local;

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Consideracoes finais

Previsao de desvios

◮ Previsao local;

◮ Previsao global;

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Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Previsao de desvios

◮ Previsao local;

◮ Previsao global;

◮ Mecanismo de decisao;

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Consideracoes finais

Previsao de desvios

◮ Previsao local;

◮ Previsao global;

◮ Mecanismo de decisao;

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Consideracoes finais

Floorplan

Figura: Planta do Alpha 21264

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Consideracoes finais

Conclusoes

◮ Projeto manual, boas implementacoes;

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Consideracoes finais

Conclusoes

◮ Projeto manual, boas implementacoes;

◮ Clock alto para complexidade;

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Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Conclusoes

◮ Projeto manual, boas implementacoes;

◮ Clock alto para complexidade;

◮ Sistemas distribuıdos e barateamento do PC: queda;

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Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Conclusoes

◮ Projeto manual, boas implementacoes;

◮ Clock alto para complexidade;

◮ Sistemas distribuıdos e barateamento do PC: queda;

◮ Diversidade de conceitos de arquitetura utilizados;

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Introducao

Arquitetura Alpha: geral

Arquitetura Alpha:Microprocessador 21264

Consideracoes finais

Conclusoes

◮ Projeto manual, boas implementacoes;

◮ Clock alto para complexidade;

◮ Sistemas distribuıdos e barateamento do PC: queda;

◮ Diversidade de conceitos de arquitetura utilizados;

◮ Como garantir a lei de Moore?

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Consideracoes finais

Duvidas e questionamentos

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