HyperTransport: AMD-ova tehnologija brzih veza

Informatec Digital » Resursi » HyperTransport: AMD-ova tehnologija brzih veza

Danas vam HyperTransport možda zvuči poznato. tehnologija prošlostiAli godinama je to bila jedna od ključnih komponenti koja je omogućavala AMD-u da se takmiči (a u mnogim slučajevima i nadmaši) Intelove ponude. Ova brza veza promijenila je način na koji su čipovi u sistemu međusobno komunicirali, stvarajući neku vrstu autoput podataka s ultra niskom latencijom uključujući procesore, čipove, memoriju i druge ključne komponente.

Iako se trenutno smatra zastarjela i nasleđena tehnologija U modernim računarima, razumijevanje HyperTransporta je fundamentalno za razumijevanje evolucije AMD arhitektura, kraja legendarne Front Side Bus (FSB) i dolaska novijih tehnologija poput AMD Infinity Fabric-a. Detaljno ćemo pregledati njegovo porijeklo, kako funkcioniše, njegove verzije i trenutni status, ali koristeći jasan i jednostavan jezik.

Šta je HyperTransport i zašto je bio toliko važan za AMD?

HiperTransport je brza, point-to-point veza s niskom latencijom Dizajniran za povezivanje integrisanih kola unutar jednog sistema. Umjesto jedne, zajedničke i spore magistrale poput tradicionalne FSB, HyperTransport nudi direktne veze između ključnih komponenti, minimizirajući uska grla i značajno poboljšavajući ukupne performanse.

U svojim ranim danima bio je poznat kao Prijenos podataka Lightning (LDT)Prilično opisno ime: njegov cilj je bio premještanje podataka "brzinom munje" unutar računara ili komunikacijske opreme. Ta filozofija je ostala i kada je preimenovan u HyperTransport, postajući standard dizajniran za... biti univerzalan i skalabilan kako na desktop računarima tako i na serverima i ugrađenim sistemima.

Tehnologija omogućava da informacije putuju veoma brzo između procesor, memorija, čipset i ulazno/izlazni uređajisa propusnim opsegom daleko većim od onog tradicionalnih magistrala i dizajnom koji ima za cilj minimiziranje latencije. Ovo je bilo posebno kritično u okruženjima serveri, umrežavanje i računarstvo visokih performansigdje je svaka mikrosekunda važna.

Njegov značaj nije ograničen samo na AMD: od samog početka, više od 100 kompanija u tehnološkom sektoru Udružili su se oko HyperTransporta kako bi potaknuli njegov razvoj i usvajanje, integrirajući ga u ruteri i prekidačisistemi za pohranu podataka, ugrađene platforme i visoko skalabilni višeprocesorski serveri.

Porijeklo, konzorcij i historijska evolucija HyperTransporta

HiperTransport je bio izumio AMD u saradnji s nekoliko industrijskih partnera. Da bi upravljao svojim razvojem i licenciranjem, Konzorcij za tehnologiju HyperTransport, organizacija sa sjedištem u Teksasu (Sjedinjene Američke Države) odgovorna za definiranje specifikacija, promoviranje usvajanja standarda i koordinaciju uključenih kompanija.

Prva specifikacija HyperTransporta, verzija Verzija 1.0 je objavljena 2001. godine.Od tada, tehnologija je evoluirala kroz nekoliko revizija, povećavajući svoju maksimalnu brzinu, proširujući svoje funkcionalnosti i zadržavajući svoju definirajuću karakteristiku: a izuzetno niska latencija za komunikaciju između čipova.

HyperTransport je stigao ubrzo nakon toga. 1.1 i 2002, nakon čega slijedi verzija 2.0 i 2004što je već predstavljalo značajan skok u frekvenciji i propusnom opsegu. Prekretnica je bila verzija 3.0, objavljena 2006. godineOvo je bio trenutak kada je nekoliko proizvođača čipsetova i procesora počelo koristiti HyperTransport kako bi definitivno zamijenili stari Front Side Bus na velikom dijelu AMD platformi.

Posljednji veliki remont bio je HyperTransport 3.1, 2008. godine, komercijalno poznat i kao HTX3. Ova verzija je dovela tehnologiju do njenih granica, sa frekvencijama do 3,2 GHz i propusnim opsegom koji je direktno konkurirao najnaprednijim Intelovim ponudama tog doba, kao što su QuickPath Interconnect (QPI) a kasnije i UPI.

Tokom tih godina, HyperTransport se razvio od rješenja dizajniranog za visokoperformansni računari i serveri Proširila se u svijet umrežavanja, komunikacija i ugrađenih uređaja. Kompanije poput Broadcoma, Cisca, NVIDIA-e i Sun Microsystemsa javno su podržale tehnologiju i integrirale HyperTransport veze u mnoge svoje proizvode.

HyperTransport u odnosu na prednju sabirnicu (FSB)

Da bismo razumjeli zašto je HyperTransport predstavljao tako veliki skok naprijed, moramo uporediti njegov pristup sa Tradicionalni autobus s prednje straneFSB je bila glavna magistrala koja je povezivala CPU sa čipsetom (obično sjevernim mostom) i, preko njega, sa glavnom memorijom i drugim uređajima.

FSB je putovao podaci, adrese, kontrolni signali i taktni signali što je sinhronizovalo svu komunikaciju. Ova shema, koju je Intel godinama koristio u mnogim svojim procesorima, radila je prilično dobro dok su frekvencije bile skromne, a broj jezgara ili uređaja nije bio jako visok. Problem je nastao kada su performanse CPU-a rasle brže od kapaciteta same magistrale.

Taj dizajn, zasnovan na zajedničkoj magistrali, generirao je glavna uska grla Kako su se povećavali broj jezgara, propusni opseg memorije i zahtjevi za ulazno/izlaznim operacijama, sva komunikacija između procesora i memorije prolazila je istim putem, a magistrala je postala usko grlo koje je usporavalo ostatak sistema.

HyperTransport je zamišljen upravo za Uklonite FSBUmjesto jedne dijeljene magistrale, nudi namjenske, dvosmjerne, brze veze od tačke do tačke između različitih komponenti. Svaka veza se može pregovarati na različitim propusnim opsegima i frekvencijama u skladu s potrebama povezanog uređaja, što omogućava mnogo fleksibilniju arhitekturu. fleksibilan i skalabilan.

Dolaskom HyperTransport 3.0, nekoliko proizvođača čipsetova i procesora počelo je koristiti ovu tehnologiju za... uspješno zamijenio FSBIntel je, sa svoje strane, krenuo drugačijim putem, napuštajući vlastiti FSB u korist međusobnih veza kao što su QPI (Brza međusobna veza) a kasnije i UPI, sa sličnom filozofijom (brza veza od tačke do tačke), ali sa drugačijom implementacijom.

Unutrašnja arhitektura i rad HyperTransport-a

HiperTransport je zasnovan na paketno orijentirani protokolSvaki paket se sastoji od skupa 32-bitnih riječi, bez obzira na fizičku širinu veze. To znači da logički format podataka ostaje ujednačen, dok širina magistrale određuje broj "bitnih vremena" potrebnih za prijenos svake riječi.

La prva riječ svakog paketa Uvijek je to komandna riječ koja označava vrstu operacije (čitanje, pisanje, upravljanje, prekid, itd.). Kada paket sadrži adresu, posljednjih 8 bitova te komandne riječi se kombinuje sa sljedećom 32-bitnom riječju da bi se formirao 40-bitna adresaAko je potrebna 64-bitna adresa, na početku se može dodati dodatna 32-bitna kontrolna riječ.

Preostale 32-bitne riječi u paketu sadrže korisne informacije (podaci). Svi transferi, bez obzira na njihovu stvarnu dužinu, sastavljeni su od određenog broja riječi koji je višekratnik od 32 bita. Na taj način, struktura paketa je vrlo regularna i pojednostavljuje dizajn kontrolera i interne logike.

Paketi se prenose putem veze na segmenti koji se nazivaju bitna vremenaBroj bitnih ciklusa potrebnih za slanje određenog paketa zavisi od fizičke širine interkonekcije (na primjer, 8, 16 ili 32 bita). Šira veza smanjuje broj ciklusa potrebnih za slanje iste količine informacija.

Tehnologija se može koristiti za širok spektar zadataka: slanje poruke o upravljanju sistemom, generiranje signala prekida, slanje sondi obližnjim uređajima ili procesorima, opće operacije ulaza/izlaza i transakcije čitanja i pisanja podataka.

U slučaju pisanja, HyperTransport pravi razliku između Zapaženi i nenajavljeni tekstoviNajavljena pisanja ne zahtijevaju odgovor od odredišta, što smanjuje opterećenje i prvenstveno se koriste za uređaje s velikom propusnošću, kao što je promet povezan s UMA (Uniform Memory Access) ili DMA (Direct Memory Access) prijenosima. Nasuprot tome, nenajavljena pisanja zahtijevaju odgovor "odredište završeno" kako bi se potvrdilo da je operacija bila uspješna.

Operacije čitanja mogu uzrokovati da prijemnik generira eksplicitni odgovor sa traženim podacimaOva shema zahtjeva i odgovora, zajedno s dizajnom orijentiranim na pakete i niskom latencijom veze, omogućava izgradnju visoko efikasnih sistema u kojima više uređaja razmjenjuje podatke velikom brzinom bez međusobnog blokiranja.

Brzina prijenosa, širina veze i latencija

Jedna od snaga HyperTransport-a je njegova sposobnost da brzina veze sa samodogovaranjemSvaka veza može automatski odabrati najprikladniju frekvenciju i propusni opseg na osnovu mogućnosti uključenih uređaja i potreba sistema.

U svojoj najambicioznijoj konfiguraciji, sa 32-bitne linije po adresiHyperTransport može postići maksimalnih 20,8 GB/s na 2,6 GHz na svakoj od svoje dvije magistrale (ulaznoj i izlaznoj), što predstavlja... dvosmjerni agregatni kapacitet od 41,6 GB/sOve vrijednosti su već daleko premašivale mnoge autobuske standarde svog vremena.

Tehnologija takođe dozvoljava kombinujte veze različitih širina unutar iste aplikacije. Na primjer, može se koristiti konfiguracija 2x8 umjesto 1x16, ili čak šira veza može se dodijeliti za komunikaciju između CPU-a i glavne memorije, a uže veze za povezivanje perifernih uređaja koji ne zahtijevaju toliko propusnog opsega. Ova fleksibilnost olakšava fino podešavanje dizajna ploče i sistema.

HyperTransport također podržava DDR (dvostruka brzina prenosa podataka) tehnologijaprenos podataka i na rastućoj i na silaznoj ivici taktnog signala. Zahvaljujući ovom pristupu, efektivne frekvencije prenosa mogu doseći i do 3,2 GHz (ili čak i više u određenim implementacijama), postižući vrhunce do 51,2GB/s u naprednijim linkovima.

U verziji 3.1, taj kapacitet se prevodi u brzine do 6400 MT/s (mega transfera u sekundi)Radeći na taktnoj brzini od 3,2 GHz sa DDR tehnologijom, ove brojke stavljaju HyperTransport u direktnu konkurenciju sa tehnologijama poput Intelovog QuickPath-a, koji je u nekim konfiguracijama nudio isti broj gigatransfera u sekundi, ali sa nižim teorijskim maksimalnim propusnim opsegom.

Drugi ključni aspekt je vrlo niska latencija U poređenju sa prethodnim rješenjima zasnovanim na dijeljenim magistralama, ovo su namjenske veze od tačke do tačke, bez više uređaja koji se takmiče na istoj magistrali. Ovo minimizira vrijeme potrebno da zahtjev stigne do odredišta i vrati se sa odgovorom. Ovo je ključno u višeprocesorski sistemi i mrežne aplikacije gdje kašnjenje može imati direktan utjecaj na percipirane performanse.

Verzije i tehničke specifikacije HyperTransporta

Kroz svoju historiju, definirano je nekoliko verzija HyperTransporta, a svaka je povećavala maksimalna frekvencija, propusni opseg i karakteristikeali zadržavajući isti osnovni koncept veze od tačke do tačke sa niskom latencijom.

Uopšteno govoreći, mogu se razlikovati sljedeće glavne grane specifikacije: 1.x, 2.0, 3.0 i 3.1Svi oni mogu raditi u frekvencijskom rasponu koji ide od 200 MHz do 3,2 GHzDok je, poređenja radi, klasična PCI magistrala radila na mnogo skromnijim vrijednostima, od 33 ili 66 MHz.

Sa a maksimalna širina veze od 32 bitaRazličite verzije su se skalirale na sljedeći način (u približnim specifikacijama): verzije 1.0 i 1.1 su u svojim prvim implementacijama radile s frekvencijama do 800-1000 MHz, nudeći propusne opsege koji su mogli doseći 12,8 GB/s ukupno u velikim dvosmjernim konfiguracijama.

Verzija 2.0, 2004. godinePovećao je frekvenciju na 1,4 GHz, proporcionalno povećavajući maksimalnu propusnost i omogućavajući ambicioznije konfiguracije servera i radnih stanica. S njim su postignute brzine do 22,4 GB/s ukupno u 32-bitnim dvosmjernim vezama.

Dolazak HiperTransport 3.0 u 2006. godini Bio je to veliki skok, s frekvencijama koje su dostigle 2,6 GHz i ukupnom propusnošću od 41,6 GB / s sa 32-bitnom vezom. Ova verzija je bila ona koja je zaista omogućila mnogim proizvođačima da napuste FSB i koriste HyperTransport kao glavnu međusobnu vezu između CPU-a i čipseta.

Na kraju, HyperTransport 3.1, 2008. godinePovećan je takt na 3,2 GHz, što se prevodi u teoretsku dvosmjernu agregiranu propusnost... 51,2 GB / s i do 6400 MT/s na najbržim vezama. Ova verzija je također poznata kao HTX3, dizajniran da direktno konkuriše Intelovim rješenjima te generacije na tržištu vrhunskih servera.

Kroz sve ove evolucije, HyperTransport je održavao podršku za DDR, automatsko pregovaranje brzine, mogućnost kombinovanja različitih propusnih opsega linkova na istoj platformi i fokus na smanjenje internih autobusa kako bi se pojednostavio dizajn i poboljšala skalabilnost sistema.

Historijske implementacije i upotreba hipertransporta

HyperTransport je igrao vodeću ulogu u porodici 64-bitni AMD procesoriposebno na Athlon 64 i novijim procesorima, izdatim od 2003. godine nadalje. Na ovim platformama, HyperTransport se koristio kao glavna međusobna sabirnica između procesora (koji je već integrirao memorijski kontroler) i ostatka matične ploče.

Zahvaljujući tome, AMD je bio u mogućnosti da ponudi mnogo brža komunikacija između CPU-a, RAM-a, čipseta i I/O uređaja, često nadmašujući konkurentska rješenja zasnovana na FSB-u. Nadalje, tehnologija je omogućila izgradnju visoko skalabilnih multiprocesorskih sistema direktnim povezivanjem više procesora putem namjenskih HyperTransport veza.

Tehnologiju su koristili različiti proizvođači i u više scenarija: u svijetu mikroprocesoriPored AMD-a u svojoj x86-64 liniji, kompanije poput PMC-Sierra, Broadcom ili Raza Microelectronics (Traza u nekim izvorima) integrisale su HyperTransport veze u svoje CPU-e, posebno u dizajnima orijentisanim ka komunikacijama i umrežavanju.

U oblasti čipsetiKompanije poput NVIDIA, VIA Technologies, Silicon Integrated Systems (SiS) i ATI (sa svojom Radeon Xpress 200 grafičkom karticom za AMD) koristile su HyperTransport za povezivanje procesora sa ostatkom sistema. Poznata serija čipsetova NVIDIA nForce (nForce 4, 500, 600, 700, kao i profesionalni nForce Professional MCP asortiman) koristila je ovaj međusobni kontakt za isporuku visokih performansi u desktop računarima i radnim stanicama.

Na polju visokoperformansni serveri i sistemiImena poput HP-a, Sun Microsystems-a, IBM-a, Flextronics-a, Cray-a, Newisys-a, QLogic-a i XtremeData-e integrisala su HyperTransport u svoje platforme, koristeći njegovu nisku latenciju i veliki propusni opseg za izgradnju vrlo robusnih multiprocesorskih konfiguracija i računarskih klastera.

Tehnologija je također pronašla svoju nišu u sektoru umrežavanje i komunikacijeCisco ga je, na primjer, koristio u nekim visokoperformansnim ruterima i mrežnoj opremi kako bi ubrzao interni protok podataka. Broadcom je integrirao HyperTransport u širokopojasne proizvode za domove i urede, poboljšavajući mogućnosti prijenosa podataka, glasa i videa unutar uređaja.

Osim toga, HyperTransport je korišten kao otvoreni standard u ugrađenim i skladišnim sistemima, posebno onima gdje je bilo potrebno povezati brze komponente bez pribjegavanja ograničenijim tradicionalnim magistralama. Postojale su čak i implementacije otvorenog koda kao što je projekat OpenCores ht_tunnelDistribuiran pod MPL licencom, pružao je blokove za višekratnu upotrebu za integraciju HyperTransport veza u FPGA i ASIC dizajne.

HyperTransport 3.1 (HTX3) i njegova konkurencija sa Intel QuickPathom

HyperTransport verzija 3.1, poznata kao HTX3To je predstavljalo najambiciozniji pokušaj tehnologije da ostane ispred nove generacije Intelovih međusobnih veza, kao što je QuickPath, povezanih s mikroarhitekturom Nehalem i početnim Intel Core i7 procesorima.

HTX3 je podigao radnu frekvenciju na 3,2 GHz, što se prevodi u potencijalni propusni opseg do 6,4 gigatransfera u sekundi i teorijske vršne vrijednosti od 51,2 GB/s na trenutnim platformama zasnovanim na konfiguracijama širokih veza. Ove brojke su premašile teorijski maksimalni propusni opseg QuickPatha u nekim konfiguracijama, koji je pri istoj brzini GT/s bio približno 25 GB / s zbog specifičnih karakteristika Intelove platforme.

Jedna od velikih prednosti HTX3-a bila je njegova potencijalna sposobnost da čak se takmiči i sa PCI Express-om kao veza između CPU-a i GPU-a. Dok je PCIe 2.0 dostizao maksimum od 5,0 GT/s po traci, HyperTransport 3.1 veza bi mogla pružiti još veći propusni opseg u određenim scenarijima, nudeći vrlo brz komunikacijski put ne samo za memoriju i CPU, već i za akceleratore i uređaje visokih performansi.

U to vrijeme, AMD je iskoristio lansiranje HTX3 da kako bi se umanjio značaj Intelovih najava vezano za Nehalem. Istovremeno, potvrdila je razvoj novih jezgara poput Shanghai na 45nm, pokušavajući ojačati svoju poziciju na tržištu servera baš kada je konkurencija ažurirala svoj katalog novom mikroarhitekturom Core i7.

Zbunjenost sa HyperThreadingom i akronimom HT

Jedan zanimljiv detalj je upotreba istih akronima HT Korištenje HyperTransporta izazvalo je znatnu zabunu među korisnicima i medijima. U Intelovom svijetu, HT se obično povezuje sa HyperThreading, tehnologija simultanog višenitnog izvršavanja koja omogućava svakoj jezgri da izvršava dvije logičke niti.

Iako se ponekad koriste slične skraćenice, kao što je HTT Da bismo razlikovali jedno od drugog, važno je naglasiti da HyperTransport i HyperThreading nemaju nikakve veze jedno s drugim.Prva je tehnologija povezivanja i magistrale za međusobno povezivanje komponenti, dok je druga tehnika mikroarhitekture CPU-a koja ima za cilj poboljšanje iskorištenosti svake fizičke jezgre. Dijele samo akronim, ali njihova priroda i funkcija unutar sistema su potpuno različite.

Od HyperTransporta do AMD Infinity Fabrica

Vremenom, s dolaskom novih generacija procesora, AMD je razvio alternative i evolucije za HyperTransport kako bi se bolje prilagodio potrebama modernih arhitektura. Najvažnija od njih je AMD Infinity Fabric, predstavljen 2017. godine lansiranjem prvih Ryzen procesora baziranih na Zen arhitekturi.

Infinity Fabric je platforma za komunikaciju i međusobno povezivanje Služi za povezivanje svih unutrašnjih komponenti modernog procesora, kako na nivou podataka tako i na nivou kontrole. To je "fabrica" ​​koja povezuje jezgre CPU-a, keš memoriju, kontrolere memorije, PCIe interfejse, I/O čipove i druge logičke blokove unutar istog pakovanja, pa čak i između više čipova (chipleta).

Ovo tkivo je organizovano u dvije glavne ravni: s jedne strane SDF (Skalabilna podatkovna struktura), odgovoran za transport podataka; a s druge strane, SCF (Skalabilna kontrolna tkanina)odgovoran za kontrolne i koordinacijske signale. Termin "skalabilan" odnosi se na sposobnost arhitekture da raste i proširuje se na sve veći broj čvorova bez smanjenja performansi.

SDF se smatra prirodna evolucija hipertransportaUpravlja tokom podataka unutar Infinity Fabrica: prenosi informacije iz svake jezgre do keš memorije, do I/O Huba (ulazno/izlazni interfejs CPU-a) i do svih veza koje se povezuju na RAM, PCIe linije, pa čak i interfejse poput USB-a. Njegov dizajn se prilagođava potrebama specifičnog procesora, ponekad se ponašajući kao tradicionalna magistrala (na primjer, u putanji jezgro-keš memorija), a ponekad usvajajući mrežne topologije ili druge strukture (kao što su PCIe veze i veze između čipova).

Zahvaljujući Infinity Fabricu, AMD je bio u mogućnosti da napustiti korištenje HyperTransporta kao primarni interkonektor u svojim modernim potrošačkim procesorima, prelazeći na mnogo fleksibilniji interni komunikacijski sistem, spreman za složene višejezgrene arhitekture, čiplete i heterogene dizajne. Na neki način, Infinity Fabric nastavlja tamo gdje je HyperTransport stao i prilagođava ga trenutnom industrijskom kontekstu.

Trenutni status HyperTransporta i njegova uloga u 2026. godini

Danas se HyperTransport smatra naslijeđena tehnologija Što se tiče potrošačkih računara i procesora, AMD ga više ne koristi u svojim modernim proizvodnim linijama, kao što je serija. Ryzen 7000, 8000 ili 9000, zasnovan na Zen 4 i Zen 5 arhitekturama, koje zavise od Infinity Fabrica i drugih aktuelnijih internih linkova.

Uprkos tome, HyperTransport nije potpuno nestao: još uvijek je prisutan u ugrađene aplikacije, naslijeđeni ugrađeni sistemi i namjenska mrežna oprema koji i dalje zahtijevaju tu arhitekturu ili za koje redizajniranje platforme nije isplativo. U mnogim industrijskim i komunikacijskim okruženjima, vijek trajanja opreme se produžava godinama, tako da tehnologije poput HyperTransporta ostaju operativne mnogo duže nego na potrošačkom tržištu.

Ukratko, njegova trenutna upotreba je prilično ograničen Fokusira se na naslijeđene sisteme, specijaliziranu mrežnu opremu i određene ugrađene platforme gdje stabilnost i kompatibilnost imaju prednost nad usvajanjem najnovijih standarda. Uprkos tome, njegovo naslijeđe je neosporno: utrlo je put brzim, niskolatentnim međusobnim vezama od tačke do tačke koje su sada norma u gotovo svakoj modernoj arhitekturi.

Posmatrajući cijelo ovo putovanje, HiperTransport prelazi iz pukog tehnološkog kurioziteta prošlosti u zauzimanje svog zasluženog mjesta: mjesta... ključni dio u evoluciji AMD arhitektura i mnogi drugi proizvođači, odgovorni za prevazilaženje ograničenja Front Side Bus-a i postavljanje temelja za novije tehnologije kao što su Infinity Fabric i trenutne point-to-point međusobne veze u serverima, mrežama i ugrađenim sistemima.