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Alpha-Chip

Autor: Martin Puaschitz (onestone)
Datum: 01-01-2002, 21:48:11
Referenzen: http://www.glossar.de/
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Der Alpha-Chip ist / war eine alternative Prozessortechnologie, die Anfang der 90er Jahre von DEC (Digital Equipment Corp.) vorgestellt und 1998 von Compaq - incl. der ganzen Firma - übernommen wurde. Compaq hat wiederum am 25. Juni 2001 seine Abteilung für Alpha-Prozessoren an Intel verkauft.

Rückblende:

Es war ein Paukenschlag, angekündigt von leisen Marketing-Trommelwirbeln: die offizielle Vorstellung des Alpha-Chips von Digital Equipment 1992. Damit wollte der DEC-Konzern Signale für seine Technologieausrichtung in den nächsten Jahrzehnten setzen. Dies war auch sehr notwendig geworden, betrachtete man die Umsatz- und Gewinnentwicklung der letzten Monate und Jahre. Sicher sahen der DEC-Gründer und -Chef Kenneth H. Olsen und seine Leute im Alpha-Prozessor mit seinem in die Zukunft weisenden Leistungs-Potential nicht weniger als eine Wunderwaffe im Kampf um Marktanteile: Der RISC-Chip mit seiner 64-Bit-Struktur sollte das Traditionsunternehmen aus Massachusetts nämlich nicht nur in die erste Linie der Chip-Hersteller katapultieren; er sollte das Haus auch aus der proprietären VAX- und VMS-Enge befreien und mit seiner "völlig offenen" Architektur eine Bresche in den freien Markt schlagen.

Der Alpha hatte die Konkurrenz aufgeschreckt. Das zeigten eilends verbreitete Mitteilungen wie etwa die des Erzrivalen Hewlett-Packard, "man habe jetzt auch schon einen Risc-Chip mit immerhin 100 MHz Taktfrequenz und mehr als 120 Specmarks im Programm". Intel signalisierte ebenfalls, "man wolle jetzt nicht nur den avisierten 586 raschestens vorstellen (später 'Pentium' genannt), sondern binnen Jahresfrist auch den Nachfolge-Top-Chip P6 beziehungsweise 686 (aus dem der 'Pentium PRO' wurde). Für eine Weiterentwicklung unter dem Arbeitstitel P7 gebe es überdies konkrete Ideen". Auch diese Hals-über-Kopf-Reaktion von Intel zeigte, wie ernst die Konkurrenz DEC genommen hat. Der neue Chip sollte nicht nur die Wachstumswünsche der etablierten VAX-Kunden befriedigen, sondern auch das Spektrum vom PC bis zum Supercomputer abdecken. Alpha-Lizenzen sollten an weitere Chip-Hersteller vergeben werden; auch sollten Produzenten einzelner Platinen und kompletter Systeme - so erhofften sich das die DEC-Leute - auf allen Integrationsebenen Alpha-Produkte samt der zugehörigen Betriebssysteme und Compiler etc. einsetzen. Auf daß sich in einem Leistungsbereich weit oberhalb der damaligen, mehr oder weniger offen lizenzierten und kopierten Chips beziehungsweise Architekturen (Intels X86er-Reihe, Suns Sparc Mips Prozessoren-Linie) ein massiver Trend in Richtung Alpha einstellen möge.

Alpha war laut DEC so konzipiert, daß z.B. Unix-Programme ebenso eingesetzt werden können wie herkömmliche VMS-Software. Damit offerierte Olsen seinen rund 500 000 VMS-Anwendern einen Wachstumspfad. Außerdem war Alpha auch offen für andere Betriebssysteme etwa Windows NT, und für andere Sprachen beziehungsweise Compiler. Die Architektur zielte im übrigen auf die existierenden Mehrprozessor-Systeme sowie auf künftige, massiv parallele Computersysteme höchster Leistungsklassen. Der 64-Bit-Prozessor wies ein Entwicklungspotential auf, das Leistungs-Zuwächse bis zu einem Faktor tausend erlauben sollte. Damit habe man, so die Meinung bei DEC, wohl rund ein Vierteljahrhundert weiterer Entwicklungen der Computer-Technik antizipiert.

Olsens Unternehmen begründete die erwartete Langlebigkeit von 25 Jahren der Alpha-Architektur vor allem mit deren RISC-Charakteristika und der Wortbreite von 64 Bit.

DEC hatte damit folgende Anwendungen im Auge:

komplexes CAD, Programme für die Meteorologie, das Modellieren neuer Moleküle. Dies waren - und sind immer noch - alles Anwendungen, die an die technischen Grenzen herkömmlicher 32-Bit-Systeme stießen. Auch schielte man von Anfang an nach Multimedia-Anwendungen, die gleichfalls immense Volumina an Daten zu bearbeiten haben.

Der erste konkrete Alpha-Chip für den freien Markt trug übrigens die Bezeichnung 21064 und das Unternehmen spezifiziert ihn als 150-MHz-Baustein, der im Labor allerdings vielfach auch schon 200 MHz erreichte. Er arbeitet mit der niedrigen Spannung von 3,3 Volt und vereint knapp 1,7 Millionen Transistorfunktionen. Der luftgekühlt betriebene Chip war intern mit drei Metallisierungsebenen versehen, also sehr komplex strukturiert; und ein hoher Anteil seiner Transistoren entfiel auf Logik-Schaltungen, die ja erheblich schwieriger einzurichten sind als simple Speicherblöcke. Der Prozessor wies zudem intern eine siebenstufige Pipeline für die Verarbeitung von Ganzzahl-Befehlen sowie eine zehnstufige für Gleitkomma-Instruktionen auf. Gleichzeitig dienten weitere Rechenwerke der Adreß- und der Verzweigungs-Berechnung. Daher konnte der Chip mit seinen kompakten 750-Nanometer-Strukturen 300 MIPS beziehungsweise 150 MIPS erreichen. Oder auch, anderes gerechnet, 100 beziehungsweise - bei 200 MHz - 150 Specmarks. Der neue Prozessor wies laut DEC je nach Betrachtungsweise zwischen 120 und 160 Maschinenbefehle beziehungsweise Befehlsvarianten auf und sollte damals jenen Bereich abdecken, der oberhalb von 80 Specmarks begann. (Damalige High-End-Prozessoren ereichten maximal 80 Specmarks, etwa der Typ R 4000 von Mips - der Firma die zu Silicon Graphics gehörte).

Bei RISC-Prozessoren beziehungsweise bei Maschinen mit deutlichen RISC-Merkmalen spielt die Qualität des jeweiligen Compilers eine besondere Rolle, denn er muß jeweils eine effizient bearbeitbare Abfolge von Maschinenbefehlen herstellen. Hierfür hatte DEC ein Compilersystem entwickelt, das sich aus sogenannten Frontend- und Backend-Komponenten zusammensetzt. Das System sollte nicht nur "eine große Breite von Sprachen wie etwa auch Cobol" abdecken, sondern war überdies so ausgelegt, daß man auch fehlertolerante sowie Echtzeitsysteme auf Basis von Alpha einrichten konnte. Das betriebssystemneutrale Konzept Alpha war auch insofern ein offenes System, als man diesen Prozessor in einer ganzen Reihe unterschiedlicher Systembus-Umgebungen wie etwa Turbochannel, EISA, Futurebus und anderen einsetzen könne. Alpha sollte, so das hochgesteckte Ziel des einstigen Mini-Marktführers, "ein Weltstandard werden".

DEC stellte ab Anfang 1993 Alpha-Systeme in größeren Stückzahlen her. Chips kosteten übrigens in Kleinstmengen pro Stück knapp 3400 Dollar kosten, bei Abnahme von mehr als 1000 Exemplaren in des nur 1500 bis 1600 Dollar.

In den Folgejahren konnten Apha-Chips immer wieder Geschwindigkeits-Rekorde brechen; auf breiter Front etablieren konnte sich die Chip-Architektur allerdings nicht.




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