vcldeveloper
جمعه 01 آبان 1383, 03:48 صبح
HyperTransport در سیستم های مبتنی بر پردازنده های AMD K8 یا (Athlon64)
AMD در پردازنده های خانواده K8 خود از تکنولوژی HyperTransport برای اتصال اجزاء سیستم به هم استفاده می کند. در این نوشته به بعضی از نو آوری هایی که در این معماری بوجود آمده و تاثیرات آن بر کارایی سیستم می پردازیم.
نگاهی کوتاه به معماری NorthBridge + SouthBridge:
در این معماری تمامی عملیات سیستم از طریق دو چیپ ست NorthBridge( برای CPU, AGP, RAM) و SouthBridge( برای EIDE, AC 97, Ethernet, PCI و...) کنترل می شود.
همانطور که در شکل 1 مشاهده می کنید در این معماری چندین گلوگاه سرعت وجود دارند که با رفع آنها می توان کارایی سیستم را بهینه تر کرد.
http://img.villagephotos.com/p/2005-8/1070756/bottlenecks.JPG
این گلوگاه ها را می توان به چهار دسته تقسیم کرد:
1- محدودیت سرعت 2.1 GB/s برای اتصال CPU با NorthBridge – یا Front Side Bus (FSB).
2- وجود NorthBridge به عنوان واسطه بین CPU و RAM که باعث تاخیر در دسترسی CPU به حافظه می شود.
3- محدودیت سرعت در ارتباط بین NorthBridge و SouthBridge – این سرعت فعلا بین 266MB/s تا 1 GB/s می باشد که برای سیستمهای دسکتاپ امروزی کافی ست، اما می توان این سرعت را برای سرورها، WorkStation ها و سیستم های دسکتاپی که در آینده عرضه می شوند بهینه سازی کرد.
4- محدودیت امکاناتی که می توان با این روش در سیستم مجتمع کرد – در معماری موجود می توان حداکثر از 2 چیپ ست مرکزی برای کنترل امور استفاده کرد که در این صورت برای اضافه کردن کاربردهای پر سرعت جدید به سیستم سه راه وجود خواهد داشت:
• استفاده از باس های موجود (مثل PCI Bus) – در این حالت این امکان وجود دارد که باس موجود توان پشتیانی از وسیله پر سرعت مورد نظر را نداشته باشد.
• استفاده از یک تکنولوژی اختصاصی برای ایجاد یک Bridge در مسیر SouthBridge به NorthBridge برای رسیدن به سرعت بیشتر – این روش بدلیل استفاده از تکنولوژی های خاص و اختصاصی شرکت ها و نبود یک استاندارد عمومی از پشتیبانی کمی برخوردار خواهد شد.
• مجتمع کردن تمامی قابلیت های مورد نظر در داخل چیپ ست های NorthBridge و SouthBridge – این روش اصلا به صرفه نخواهد بود چون برای هر ترکیب سخت افزاری باید چیپ ست ها را دوباره طراحی و پیاده سازی کرد (مثلا یک طراحی برای سیستم هایی با صوت و شبکه مجتمع شده و یک طراحی برای سیستم هایی که فقط صوت مجتمع شده دارند و...)
HyperTransport
HyperTransport یک تکنولوژی برای اتصال نقطه به نقطه (Peer-To-Peer) بین مدارات مجتمع است.
با استفاده از این تکنولوژی بین هر دو چیپ یک اتصال جداگانه بصورت دوطرفه (Send & Receive) با پهنای باند مجموع 12.8 GB/s(6.4 GB/s برای هر باند( بوجود می آید. حتی از این تکنولوژی برای اتصال پر سرعت چندین CPU در یک سیستم با چند پردازنده هم استفاده می شود. از مزایای این تکنولوژی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- پهنای باند بالا – 12.8GB/s در برابر 1GB/s (البته تمامی چیپ ها لزوما با پهنای باند 12.8GB/s کار نخواهند کرد، بلکه این تکنولوژی این امکان را به چیپ ها می دهد تا بر سر پهنای باند با هم به توافق برسند)
2- افزایش پهنای باند FSB از 2.1GB/s به 6.4GB/s
3- عدم اشتراک یک پهنای باند واحد بین چندین وسیله (در معماری PCI یک پهنای باند بین تمامی وسایلی که از این باس استفاده می کنند به اشتراک گذاشته می شود)
4- اتصال زنجیره ای چیپ ست ها در HyperTransport Tunnel به تعداد نا محدود که موجب از بین رفتن محدودیت "دو چیپ ست" می شود.
5- سازگاری با درایورها و سیستم عامل های موجود. در واقع این تکنولوژی از دید سیستم عامل مخفی بوده و نیازی به اعمال تغییرات خاص در سیستم عامل و بطور کلی نرم افزار ندارد (بر خلاف Intel HyperThreading که به شکل محسوسی به نرم افزار وابسته است. البته مفهوم HyperThreading بطور کامل با HyperTransport متفاوت است و این دو تکنولوژی به عنوان رقیب هم محسوب نمی شوند! )
6- در این تکنولوژی امکانات Power Management برای دستگاههای موبایل بصورت تو کار وجود دارد.
AMD ابتدا از این تکنولوژی فقط در سیستم های سرور مبتنی بر پردازنده های خود استفاده می کرد، اما اکنون سیاست این شرکت در جهت استفاده از این تکنولوژی در وسیله های مختلف مثل کامپیوتر های رومیزی، تجیهزات شبکه و تجهیزات موبایل تغییر کرده است.
بر اساس همین استراتژی AMD یک کنسرسیوم بنام HyperTransport Consortium"" تاسیس کرده است و تا کنون قراردادهایی با شرکت های Cisco, Sun Microsystems, NVIDIA و ATi برای استفاده از این تکنولوژی در محصولات شان امضاء کرده است. این شرکت بشدت تلاش می کند تا این تکنولوژی را بصورت یک استاندارد همه گیر درآورد.
معماری سیستم های AMD مبتنی بر HyperTransport
در این معماری کنترل کننده حافظه در داخل CPU قرار دارد، در نتیجه تاخیر حافظه (Memory atency) به شدت کاهش پیدا کرده است (سرعت ارتباط با حافظه تا قبل از این همیشه به عنوان یکی از نقاط قوت CPUهای اینتل نسبت به AMD به حساب می آمد). این کنترل کننده حافظه با سرعت CPU کار می کند و افزایش سرعت CPU یا افزایش تعداد هسته های CPU موجب افزایش سرعت آن خواهد شد.
البته نکته منفی این نوع از کنترلرها وابستگی آنها به نوع معماری RAM می باشد، یعنی تغییر در تکنولوژی RAM باعث طراحی مجدد CPU خواهد شد!
همچنین در این معماری از یک HyperTransport Tunnel برای اتصال CPU به مادربرد استفاده می شود که پهنای باند بیشتری دارد. AGP از طریق AMD 8151 Chipset Component به این تونل متصل می شود. برای اتصال وسایل جانبی از AMD HyperTransport 8111 I/O Hub استفاده می شود. البته تعداد این هاب ها محدودیتی ندارد. در واقع در این طرح تمامی کامپوننت های HyperTransport علاوه بر اتصالاتی که می توانند با هم داشته باشند از طریق هاب های HyperTransport به یک شاهراه یا همان HyperTransport Tunnel متصل می شوند.
به شکل 2 توجه کنید:
http://img.villagephotos.com/p/2005-8/1070756/hypertransportIO.JPG
این هم یک نمودار از ساختار داخلی پردازنده های AMD Athlon64™:
http://img.villagephotos.com/p/2005-8/1070756/athlon64Arch.JPG
منابع
www.AMD.com (http://www.amd.com/)
www.zdnet.com (http://www.zdnet.com/)
www.hypertransport.org (http://www.hypertransport.org/)
www.vanshardware.com (http://www.vanshardware.com/)
www.cpuid.com/K8/ (http://www.cpuid.com/K8/)
پی نوشت:
1- مطالب فوق درک شخصی من از مطالب و مقالاتی ست که در این زمینه مطالعه کردم. امیدوارم هر یک از دوستان که نظری در این باره دارند یا با صحت برخی از این مطالب مخالفت اند، بنده را در جریان بگذارند تا اطلاعات غلط من هم تصحیح شود.
2- تمامی نمودارها از سایت AMD برداشته شده است.
موفق باشید،
علی کشاورز
AMD در پردازنده های خانواده K8 خود از تکنولوژی HyperTransport برای اتصال اجزاء سیستم به هم استفاده می کند. در این نوشته به بعضی از نو آوری هایی که در این معماری بوجود آمده و تاثیرات آن بر کارایی سیستم می پردازیم.
نگاهی کوتاه به معماری NorthBridge + SouthBridge:
در این معماری تمامی عملیات سیستم از طریق دو چیپ ست NorthBridge( برای CPU, AGP, RAM) و SouthBridge( برای EIDE, AC 97, Ethernet, PCI و...) کنترل می شود.
همانطور که در شکل 1 مشاهده می کنید در این معماری چندین گلوگاه سرعت وجود دارند که با رفع آنها می توان کارایی سیستم را بهینه تر کرد.
http://img.villagephotos.com/p/2005-8/1070756/bottlenecks.JPG
این گلوگاه ها را می توان به چهار دسته تقسیم کرد:
1- محدودیت سرعت 2.1 GB/s برای اتصال CPU با NorthBridge – یا Front Side Bus (FSB).
2- وجود NorthBridge به عنوان واسطه بین CPU و RAM که باعث تاخیر در دسترسی CPU به حافظه می شود.
3- محدودیت سرعت در ارتباط بین NorthBridge و SouthBridge – این سرعت فعلا بین 266MB/s تا 1 GB/s می باشد که برای سیستمهای دسکتاپ امروزی کافی ست، اما می توان این سرعت را برای سرورها، WorkStation ها و سیستم های دسکتاپی که در آینده عرضه می شوند بهینه سازی کرد.
4- محدودیت امکاناتی که می توان با این روش در سیستم مجتمع کرد – در معماری موجود می توان حداکثر از 2 چیپ ست مرکزی برای کنترل امور استفاده کرد که در این صورت برای اضافه کردن کاربردهای پر سرعت جدید به سیستم سه راه وجود خواهد داشت:
• استفاده از باس های موجود (مثل PCI Bus) – در این حالت این امکان وجود دارد که باس موجود توان پشتیانی از وسیله پر سرعت مورد نظر را نداشته باشد.
• استفاده از یک تکنولوژی اختصاصی برای ایجاد یک Bridge در مسیر SouthBridge به NorthBridge برای رسیدن به سرعت بیشتر – این روش بدلیل استفاده از تکنولوژی های خاص و اختصاصی شرکت ها و نبود یک استاندارد عمومی از پشتیبانی کمی برخوردار خواهد شد.
• مجتمع کردن تمامی قابلیت های مورد نظر در داخل چیپ ست های NorthBridge و SouthBridge – این روش اصلا به صرفه نخواهد بود چون برای هر ترکیب سخت افزاری باید چیپ ست ها را دوباره طراحی و پیاده سازی کرد (مثلا یک طراحی برای سیستم هایی با صوت و شبکه مجتمع شده و یک طراحی برای سیستم هایی که فقط صوت مجتمع شده دارند و...)
HyperTransport
HyperTransport یک تکنولوژی برای اتصال نقطه به نقطه (Peer-To-Peer) بین مدارات مجتمع است.
با استفاده از این تکنولوژی بین هر دو چیپ یک اتصال جداگانه بصورت دوطرفه (Send & Receive) با پهنای باند مجموع 12.8 GB/s(6.4 GB/s برای هر باند( بوجود می آید. حتی از این تکنولوژی برای اتصال پر سرعت چندین CPU در یک سیستم با چند پردازنده هم استفاده می شود. از مزایای این تکنولوژی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- پهنای باند بالا – 12.8GB/s در برابر 1GB/s (البته تمامی چیپ ها لزوما با پهنای باند 12.8GB/s کار نخواهند کرد، بلکه این تکنولوژی این امکان را به چیپ ها می دهد تا بر سر پهنای باند با هم به توافق برسند)
2- افزایش پهنای باند FSB از 2.1GB/s به 6.4GB/s
3- عدم اشتراک یک پهنای باند واحد بین چندین وسیله (در معماری PCI یک پهنای باند بین تمامی وسایلی که از این باس استفاده می کنند به اشتراک گذاشته می شود)
4- اتصال زنجیره ای چیپ ست ها در HyperTransport Tunnel به تعداد نا محدود که موجب از بین رفتن محدودیت "دو چیپ ست" می شود.
5- سازگاری با درایورها و سیستم عامل های موجود. در واقع این تکنولوژی از دید سیستم عامل مخفی بوده و نیازی به اعمال تغییرات خاص در سیستم عامل و بطور کلی نرم افزار ندارد (بر خلاف Intel HyperThreading که به شکل محسوسی به نرم افزار وابسته است. البته مفهوم HyperThreading بطور کامل با HyperTransport متفاوت است و این دو تکنولوژی به عنوان رقیب هم محسوب نمی شوند! )
6- در این تکنولوژی امکانات Power Management برای دستگاههای موبایل بصورت تو کار وجود دارد.
AMD ابتدا از این تکنولوژی فقط در سیستم های سرور مبتنی بر پردازنده های خود استفاده می کرد، اما اکنون سیاست این شرکت در جهت استفاده از این تکنولوژی در وسیله های مختلف مثل کامپیوتر های رومیزی، تجیهزات شبکه و تجهیزات موبایل تغییر کرده است.
بر اساس همین استراتژی AMD یک کنسرسیوم بنام HyperTransport Consortium"" تاسیس کرده است و تا کنون قراردادهایی با شرکت های Cisco, Sun Microsystems, NVIDIA و ATi برای استفاده از این تکنولوژی در محصولات شان امضاء کرده است. این شرکت بشدت تلاش می کند تا این تکنولوژی را بصورت یک استاندارد همه گیر درآورد.
معماری سیستم های AMD مبتنی بر HyperTransport
در این معماری کنترل کننده حافظه در داخل CPU قرار دارد، در نتیجه تاخیر حافظه (Memory atency) به شدت کاهش پیدا کرده است (سرعت ارتباط با حافظه تا قبل از این همیشه به عنوان یکی از نقاط قوت CPUهای اینتل نسبت به AMD به حساب می آمد). این کنترل کننده حافظه با سرعت CPU کار می کند و افزایش سرعت CPU یا افزایش تعداد هسته های CPU موجب افزایش سرعت آن خواهد شد.
البته نکته منفی این نوع از کنترلرها وابستگی آنها به نوع معماری RAM می باشد، یعنی تغییر در تکنولوژی RAM باعث طراحی مجدد CPU خواهد شد!
همچنین در این معماری از یک HyperTransport Tunnel برای اتصال CPU به مادربرد استفاده می شود که پهنای باند بیشتری دارد. AGP از طریق AMD 8151 Chipset Component به این تونل متصل می شود. برای اتصال وسایل جانبی از AMD HyperTransport 8111 I/O Hub استفاده می شود. البته تعداد این هاب ها محدودیتی ندارد. در واقع در این طرح تمامی کامپوننت های HyperTransport علاوه بر اتصالاتی که می توانند با هم داشته باشند از طریق هاب های HyperTransport به یک شاهراه یا همان HyperTransport Tunnel متصل می شوند.
به شکل 2 توجه کنید:
http://img.villagephotos.com/p/2005-8/1070756/hypertransportIO.JPG
این هم یک نمودار از ساختار داخلی پردازنده های AMD Athlon64™:
http://img.villagephotos.com/p/2005-8/1070756/athlon64Arch.JPG
منابع
www.AMD.com (http://www.amd.com/)
www.zdnet.com (http://www.zdnet.com/)
www.hypertransport.org (http://www.hypertransport.org/)
www.vanshardware.com (http://www.vanshardware.com/)
www.cpuid.com/K8/ (http://www.cpuid.com/K8/)
پی نوشت:
1- مطالب فوق درک شخصی من از مطالب و مقالاتی ست که در این زمینه مطالعه کردم. امیدوارم هر یک از دوستان که نظری در این باره دارند یا با صحت برخی از این مطالب مخالفت اند، بنده را در جریان بگذارند تا اطلاعات غلط من هم تصحیح شود.
2- تمامی نمودارها از سایت AMD برداشته شده است.
موفق باشید،
علی کشاورز