Intel Itanium

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk
Itanium
Mikroprosessor
Itanium.png
Den første Intel Itanium prosessoren i 2001 (733 MHz)
Produsert 4. juni 2001
Produsent Intel
Klokkefrekvens 753 MHz – 2.53 GHz
Socket PAC418
PAC611
LGA1248
Arkitektur Intel Itanium Architecture
Kjerne 1, 2, 4, eller 8 kjerner

Intel Itanium, eller bare Itanium (IPA: /aɪˈteɪniəm/ uttalt aiteiniem), er en familie av 64-bit mikroprosessorer fra Intel. Intel markedsfører dem for bruk i høyytelses tjenere og superdatamaskiner. Mikroprosessorene er basert på en datamaskinarkitektur som har sin opprinnelse hos Hewlett-Packard (HP), og som senere ble videreutviklet av HP og Intel i fellesskap.

Arkitekturen blir kalt Intel Itanium Architecture;[1] den ble tidligere også kalt Explicitly parallel instruction computing (EPIC), Precision Architecture Wideword (PA-WideWord), IA-64 og Itanium Processor Architecture (IPA). Benevnelsen IA-64 ble senere tatt i bruk om Intels 64-bit x86-prosessorer, som ikke må forveksles med Itanium. I praksis er dette en variant av arkitekturen Very Long Instruction Word (VLIW) som ble oppfunnet av en gruppe forskere ved Yale University i 1983.[2]

Første generasjon ble lansert 4. juni 2001. Andre generasjon ble lansert den 8. juli 2002 under navnet Intel Itanium 2. Den 1. november 2007 ble også andre generasjon gitt navnet Intel Itanium. Artikkelen omtaler derfor begge generasjonene.

Arkitektur[rediger | rediger kilde]

Mikroprosessorenes arkitektur er radikalt forskjellig fra både RISC-prosessorer og x86-arkitekturen. Hewlett-Packard kalte den opprinnelig for EPIC (Explicitly parallel instruction computing), men omdøpte den senere til PA-WideWord (Precision Architecture Wideword). Intel kalte den først IA-64 (Intel Architecture 64-bit), mens IA-32 var navnet på 32-bit prosessorer basert på Intels x86-arkitektur. Etter lanseringen av 64-bit x86-prosessorer, endret Intel navnet til IPA (Itanium Processor Architecture), og deretter til dens nåværende navn Intel Itanium Architecture. Arkitekturen blir likevel ofte (upresist) kalt «IA-64», som nå også omfatter Intels 64-bit x86 prosessorer.

Den første Intel Itanium prosessoren i 2001 (733 MHz)

Eksplisitt parallell utførelse[rediger | rediger kilde]

I likhet med Pentium Pro, dens etterfølgere og kloner, implementerer arkitekturen spekulativ utførelse, branch prediction og register renaming. Det er imidlertid kompilatorenes oppgave å styre disse prosessene eksplisitt, og ikke prosessoren (slik tilfellet er med Pentium Pro). Hver instruksjon inneholder ekstra bits for disse funksjonene.

Innebygd out-of-order execution er fraværende. Istedenfor å la maskinvaren (implisitt) oppheve avhengigheter mellom instruksjoner, gjøres dette eksplisitt av kompilatorene. Arkitekturen kan utføre flere instruksjoner pr klokkepuls, men det er programvarens (ikke prosessorens) oppgave å hindre innbyrdes avhengigheter mellom instruksjoner slik at parallell utførelse er mulig.

Mens superskalære mikroprosessorer oppnår parallell utførelse ved hjelp av flere parallelle heltalls- og desimaltallsenheter, valgte Hewlett-Packard i 1989 å konstruere en ny arkitektur som var ment å erstatte både RISC- og CISC-prosessorer.

EPIC er en variant av en eldre arkitektur kalt Very Long Instruction Word (VLIW). Prinsippet i EPIC er å øke parallell utførelse, ved at hver enkelt instruksjon inneholder 3 instruksjoner.[3]

Mens en tradisjonell superskalær prosessor (RISC eller CISC) med to heltallsenheter kan utføre 2 instruksjoner pr klokkepuls, vil en tilsvarende EPIC-prosessor utføre 6 (2x3) instruksjoner pr klokkepuls.

Implementasjoner[rediger | rediger kilde]

Intel Itanium «Merced» (2001)[rediger | rediger kilde]

Lansert i juni 2001 under navnet Intel Itanium (kodenavnet «Merced»), bestod denne mikroprosessoren av 28 utførende enheter:

  • 4 aritmetisk logiske enheter
  • 2 heltallsenheter
  • 1 shift-enhet
  • 10 trinns pipe ved heltall
  • 2 desimaltallsenheter for multiplikasjon og akkumulering
  • 2 desimaltallsenheter for «diverse»
  • 3 enheter for branch prediction
  • 6 multimedia-enheter
  • 2 enheter for parallelle shift
  • 1 enhet for parallell multiplikasjon
  • 1 enhet for Hamming weight
  • 16 Kb Nivå-1 Data-cache
  • 16 Kb Nivå-1 Instruksjons-cache
  • 96 Kb Nivå-2 Cache for data og instruksjoner
  • Ekstern Nivå-3 Cache (2 Mb eller 4 Mb) for data og instruksjoner

Andre egenskaper:

Intel Itanium arkitekturen
(første generasjon i 2001)
  • 733 og 800 MHz
  • 25 millioner 180 nm CMOS transistorer + Nivå-3 Cache
  • 300 mm²
  • 64-bit databuss, 266 MHz (2 x 133 MHz), 2.1 Gbps båndbredde
  • 64-bit adressebuss
  • 128 64-bit heltallsregistre
  • 128 82-bit desimaltallsregistre
  • 64 stk 1-bit predikater
  • 8 branch registre
  • IA-32 dekoder for å kjøre programvare for x86-arkitekturen

Hvert 128-bit instruksjonsord til de to heltallsenhetene inneholder 3 instruksjoner. Dersom kompilatorene og programvaren utnytter dette, kan 2 instruksjoner hentes fra Nivå-1 Instruksjons-Cache Cache pr klokkepuls, og prosessoren kan utføre 6 instruksjoner pr klokkepuls.

Ettersom hver desimaltalls-enhet kan utføre en multiplikasjon og akkumulering – f.eks. a = a + (b X c), kan to instruksjoner utføres samtidig (addisjon og multiplikasjon). Når dette skjer, kan prosessoren utføre 4 desimaltallsbergeninger pr klokkepuls.

Ved 800 MHz hadde derfor prosessoren en teoretisk ytelse på 4800 MIPS og 3.2 GFLOPS.

Intel Itanium-2 «McKinley» (2002)[rediger | rediger kilde]

Denne prosessoren ble lansert 7. august 2002, og skilte seg fra første generasjon på følgende områder:

Intel Itanium arkitekturen
(andre generasjon i 2003)
  • 1 GHz, 900 MHz
  • 221 millioner 180 nm CMOS transistorer (1 GHz)
  • 421 mm² (1.5 Mb Nivå-3 Cache) og 464 mm² (3 Mb Nivå-3 Cache)
  • 6 aritmetisk logiske enheter
  • 8-trinns pipe ved heltall
  • 256 Kb Nivå-2 Cache for data og instruksjoner
  • Integrert 1,5 Mb (900 MHz) eller 3 Mb (1 GHz) Nivå-3 Cache for data og instruksjoner
  • 128-bit databuss, 400 MHz (2 x 200 MHz), 6.4 Gbps båndbredde

Ved å integrere Nivå-3 Cache i selve prosessoren, ble dens latens redusert fra 20 til 12 klokkepulser. Dessuten ble båndbredden mellom prosessor og ekstern RAM mer enn tredoblet, fra 2.1 Gbps til 6.4 Gbps.

Intel Itanium-2 «Madison» (2003)[rediger | rediger kilde]

Denne prosessoren ble lansert 30. juni 2003. Nyheter:

  • 1.5 GHz, 1.4 GHz og 1.3 GHz (1.6 GHz lansert i april 2004)
  • 1.3 Volt intern spenning
  • 410 millioner 130 nm CMOS transistorer
  • 374 mm² (6 Mb Nivå-3 Cache)
  • Integrert 1.5 Mb (1.4 GHz) 3 Mb (1.3, 1.4 og 1.6 GHz), 4 Mb (1.4 GHz) eller 6 Mb (1.5 GHz) Nivå-3 Cache for data og instruksjoner

Intel Itanium-2 «Deerfield» (2003)[rediger | rediger kilde]

Dette var en mindre strømkrevende versjon av «Madison», som ble lansert 8. september 2003.

  • 1.0 GHz
  • Integrert 1.5 Mb Nivå-3 Cache for data og instruksjoner
  • Krevde 62 Watt (mot 130 Watt på «McKinley» og «Madison»)

Intel Itanium-2 «Hondo» (2003)[rediger | rediger kilde]

Dette var en dobbelt-kjerne versjon av «Madison» som ble lansert første kvartal 2004.

  • 1.1 GHz
  • 2 x 16 Kb Nivå-1 Data-cache
  • 2 x 16 Kb Nivå-1 Instruksjons-cache
  • 2 x 256 Kb Nivå-2 Cache for data og instruksjoner
  • 2 x 4 Mb integrert Nivå-3 Cache for data og instruksjoner
  • Ekstern 32 Mb Nivå-4 Cache for data og instruksjoner
  • Krevde 260 Watt (mot 130 Watt på «Madison»)

Intel Itanium-2 «Fanwood» (2004)[rediger | rediger kilde]

Denne prosessoren ble lansert 8. november 2004.

  • 1.6 GHz og 1.3 GHz
  • 3 Mb integrert Nivå-3 Cache for data og instruksjoner
  • 128-bit databuss, 533 MHz, 17,056 Gbps

1.3 GHz utgaven var en versjon med lavere strømforbruk (62 Watt), og 400 MHz databuss.

Intel Itanium-2 «Madison 9M» (2004–2005)[rediger | rediger kilde]

Dobbelt-kjerne prosessor som ble lansert i to versjoner. Den første ble lansert 8. november 2004, samtidig med «Fanwood»:

  • 1.6 GHz
  • 2 x 16 Kb Nivå-1 Data-cache
  • 2 x 16 Kb Nivå-1 Instruksjons-cache
  • 2 x 256 Kb Nivå-2 Cache for data og instruksjoner
  • 9 Mb Nivå-3 Cache for data og instruksjoner, delt mellom de to kjernene
  • 128-bit databuss, 400 MHz
«Madison 9M» med 667 MHz databuss

Den andre versjonen ble lansert 5. juli 2005, i to varianter med ulik Nivå-3 Cache og høyere hastighet på databussen:

  • 1.67 GHz
  • 6 Mb eller 9 Mb Nivå-3 Cache for data og instruksjoner, delt mellom de to kjernene
  • 128-bit databuss, 667 MHz

Intel Itanium-2 «Montecito» (2006)[rediger | rediger kilde]

Denne prosessoren ble lansert den 18. juli 2006, og ble fabrikkert med 90 nm transistorer (istedenfor 180 nm 20012002 og 130 nm (20032005). Effekten var redusert til 104 Watt, mens 130 Watt var «regelen» i tidligere implementasjoner.

Mens den integrerte Nivå-2 Cache var blitt delt mellom instruksjoner og data, lanserte «Montecito» en større og delt Nivå-2 Cache.

«Montecito» er en dobbelt-kjerne prosessor, der hver kjerne har sin egen dedikerte Nivå-3 Cache.

  • 1.6 GHz og 1.4 GHz
  • 1.7 milliarder 90 nm CMOS transistorer
  • 580 mm²
  • 2 x 256 Kb Nivå-2 Cache for data
  • 2 x 1 Mb Nivå-2 Cache for instruksjoner
  • 2 x 12 Mb integrert Nivå-3 Cache for data og instruksjoner
  • 128-bit databuss, 400 MHz (1.4 GHz) og 533 MHz (1.6 GHz)

I «Montecito» er den innebygde støtten for kjøring av IA-32 programmer fjernet, og erstattet med programvare-emulatoren IA-32 EL, som Intel utviklet i 2005.

«Montecito» innførte dessuten lettvekts-prosesser, også kalt multi-tråder (multithreading: Hver prosessor-kjerne kan utføre to tråder. Dersom én av trådene stopper opp ved henvendelse til det eksterne minnet, fortsetter den andre tråden.

Enda en nyhet var innebygd støtte for virtualisering, der flere instanser av operativsystemet kan kjøre samtidig på prosessoren.

Intel Itanium-2 «Montvale» (2007)[rediger | rediger kilde]

Denne prosessoren ble lansert den 31. oktober 2007.

  • 1.67 GHz


Utbredelse[rediger | rediger kilde]

Superdatamaskiner[rediger | rediger kilde]

Itanium servere
Selskap Server
navn fra til navn CPUer
Compaq 2001 2001 Proliant 590 1-4
IBM 2001 2005 x455 1-16
Dell 2001 2005 PowerEdge 7250 1-4
Hitachi 2001 2008 BladeSymphony
1000
1-8
Unisys 2002 2009 ES7000/one 1-32
SGI 2001 2011 Altix 4000 1-1024
Fujitsu 2005 2011 PRIMEQUEST 1-32
HP 2001 idag Integrity 1-128
Bull 2002 idag NovaScale 1-32
NEC 2002 idag Express5800
/1000
1-32

I 2001 bygde IBM Titan Cluster Itanium, med 320 stk 800 MHz Intel Itanium prosessorer. Med en ytelse på 667.9 GFLOPS, ble den i november 2001 kåret til verdens 34. raskeste superdatamaskin.[4]

I juni 2004 ble Thunder (LLNL), basert på Itanium 2, rangert som verdens 2. raskeste superdatamaskin med en ytelse på 19.94 TFLOPS.

I november 2004 havnet superdatamaskinen Colombia på 2. plass med 20 stk SGI Altix 3000 noder som kjørte SUSE Linux Enterprise Server 9, hver enkelt med 512 Intel Itanium 2 prosessorer (totalt 10,240 Itanium 2 prosessorer), med en ytelse på 51.8 TFLOPS.

Servere[rediger | rediger kilde]

Prosessoren erstattet PA-RISC og Alpha i Hewlett-Packards systemer, og MIPS i SGI's HPC-systemer.

Bruk i Norge[rediger | rediger kilde]

Universitetet i Tromsø (UiT) bygde i november 2004 Norges største tungregneanlegg for akademisk bruk, i form av HP Superdome-datamaskinen Snowstorm, med 196 stk 1,3 GHz Itanium 2 mikroprosessorer. Maskinen kjørte HP-UX, og hadde en ytelse på 1,02 TFLOP.[5] I tillegg investerte Universitetet i en klynge på ni datamaskiner med totalt 22 stk Itanium 2 mikroprosessorer: Syv stk HP rx2600, hver enkelt med 2 stk 900 MHz Itanium-2, og to stk HP rx5670, hver enkelt med 4 stk 1 GHz Itanium-2. Klyngen kjører 64-bit Red Hat Linux Advanced Server.[5][6]

I 2007 ble denne erstattet av superdatamaskinen Stallo med 1408 stk 2,66 GHz 2 Xeon X5355. Dette er en firekjerners prosessor, og datamaskinen har derfor totalt 5 632 prosessorkjerner.[7]

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ Intel Corporation: Intel® Itanium® Architecture Software developer's manual, Revision 2.3, besøkt 21. november 2012
  2. ^ Fisher, Joseph A. (1983). «Very Long Instruction Word architectures and the ELI-512» (PDF). Proceedings of the 10th annual international symposium on Computer architecture. International Symposium on Computer Architecture. New York, NY, USA: ACM. s. 140–150. DOI:10.1145/800046.801649. ISBN 0-89791-101-6. http://doi.acm.org/10.1145/800046.801649. Besøkt 2009-04-27. 
  3. ^ HP Labs, Juni 2001: Inventing Itanium: How HP Labs Helped Create the Next-Generation Chip Architecture
  4. ^ TOP500 Supercomputer Sites
  5. ^ a b Ahlert Hysing: Bygger tungregnemaskin for åpent kamera, Computerworld, 9. november 2004
  6. ^ HPC SnowStorm - a new HP Itanium 2 Cluster at UiT
  7. ^ Knut Paulsen: Universitetet i Tromsø med den største til nå. Ny stor klynge til Norge, hardware.no, 6. september 2007