| <bgcolor=#96834a> 명령어 집합 | |
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| DEC Alpha AXP 21-35023-13 150 MHz |
1. 개요
▲ 4소켓 275MHz의 Alpha EV45(21064A) 프로세서를 탑재할 수 있었던 DEC AlphaServer 2100A 4/275
1992년 2월 25일 Digital Equipment Corporation(DEC)이 발표한 64비트 RISC 명령어 집합과, 이를 구현한 마이크로프로세서 제품군이다. 발표 당시의 정식 명칭은 Alpha AXP였으며, 첫 상용 구현은 Alpha 21064(EV4)이다.
기존 DEC의 32비트 CISC 아키텍처인 VAX의 후속작으로, 단순히 기존 32비트 ISA를 64비트로 확장한 것이 아니라 처음부터 64비트 주소 공간과 64비트 레지스터를 전제로 새로 설계된 아키텍처였다.
DEC는 Alpha를 "21세기용 아키텍처"로 홍보했으며, 실제로 1990년대 중후반에는 단일 칩 마이크로프로세서 성능 경쟁에서 최상위권을 차지했다.
2. 특징
Alpha는 처음부터 고클럭, 슈퍼스칼라, 멀티프로세서(멀티코어) 시스템을 염두에 두고 설계되었다. 이에 따라 명령어 형식 등의 아키텍처를 최대한 단순화하고, 복잡한 동작은 컴파일러와 운영체제, PALcode에 맡기는 방향을 택했다.- 처음부터 64비트로 설계되었다. 모든 정수 레지스터와 부동소수점 레지스터는 64비트이며, 32비트 아키텍처를 뒤늦게 확장한 구조가 아니다.
- load-store 구조이다. 메모리 접근은 load/store 명령어가 담당하고, 산술·논리 연산은 레지스터 사이에서 수행된다.
- 명령어 길이는 32비트 고정이다. 복잡한 가변 길이 명령어를 배제해 디코딩과 파이프라인 구성을 단순화했다.
- condition code가 없다. x86의 EFLAGS 같은 전역 상태 플래그에 의존하지 않으며, 분기 명령어는 레지스터 값을 직접 검사한다. 이는 다중 발행 및 비순차적 실행 구현에서 불필요한 의존성을 줄이는 데 유리하다.
- 지연 분기 슬롯과 load delay slot이 없다. 초기 RISC 설계에서 흔히 쓰이던 지연 슬롯을 배제해 여러 세대의 구현체 사이에서 바이너리 호환성과 성능 이식성을 유지하기 쉽게 했다.
- 메모리 모델이 매우 느슨하다. Alpha는 멀티프로세서 환경에서 메모리 접근 순서를 강하게 보장하지 않는 편이어서, 운영체제와 컴파일러에서는 memory barrier를 신중하게 사용해야 했다. 이 특징은 성능에는 유리했지만, 동시성 프로그래밍에서는 까다로운 점으로도 꼽힌다.
- PALcode를 사용한다. PALcode는 하드웨어와 운영체제 사이에 놓이는 저수준 펌웨어성 코드로, 예외 처리, 인터럽트, 메모리 관리, 운영체제별 특수 동작 등을 보조한다. 이 덕분에 같은 Alpha ISA 위에서 OpenVMS, Tru64 UNIX, Windows NT, Linux 등이 각기 다른 방식으로 동작할 수 있었다.
3. 역사
3.1. 개발
디지털이라는 상표와 PDP 미니 컴퓨터로 유명했던 DEC는 1992년 2월 25일 'DECchip 21064[1](EV4)' 모델을 처음 발표했고, 동년 9월 출시했다. 1994년, DEC는 이 프로세서 시리즈의 명칭을 DECchip에서 DEC Alpha로 변경했다. 이 프로세서로 DEC는 25년 안에 1000배의 성능 향상을 달성하는 것을 목표로 하고 있었다.3.2. 의의
완전히 64비트를 지원한 워크스테이션 및 서버용 마이크로프로세서이다. 이 CPU는 RISC 마이크로프로세서 특유의 간단함과 정교한 회로, 높은 클럭을 동시에 완벽히 구현해 내었다는 데에 의의가 있었다. 기타 마이크로프로세서 쪽에서는 넘사벽급으로 혁신적이었다. 최초로 CMOS를 내장했고, L2 캐시를 최초로 내장했으며, 동시 멀티 스레딩(SMT)을 최초로 지원한 마이크로프로세서이다.또한 출시 당시 세계에서 가장 빠른 CPU이기도 했다. 1초에 4억 개의 명령어를 처리할 수 있었다고 한다.
750 nm 공정에 100-200 MHz 클럭을 지원하는 EV4(21064) 모델부터 시작해 2003년 최종적으로 180 nm 공정에 800-1300 MHz 클럭을 지원하는 EV7(21364) 모델까지 발전했다. 동 시대의 다른 프로세서들과 마찬가지로 클럭이 증가하며 전력 소모와 핀 수가 증가했다.
3.3. 말로
알파 칩 자체는 성공적인 제품이었으나 제조사인 DEC의 재무 상태가 매우 어려웠다는 것이 문제가 되었다. 1990~1997년에서 1995년, 1997년 단 두 해를 제외하고 매해 적자를 냈다. 그래서 DEC는 1992년부터 비핵심 사업 부문을 매각했고 감원을 했다. 1997년에는 StrongARM 사업과 반도체 생산 사업을 인텔에 매각하기도 했다.이듬해인 1998년 컴팩이 DEC를 인수했으나, 2001년 6월 컴팩은 비용 절감을 위해 HP와 인텔이 공동으로 개발한 아이태니엄을 사용하기로 결정했고, 알파 프로세서 사업 부문을 인텔에 매각했다. 2002년 HP의 컴팩 인수 후 HP와 인텔은 잠깐 동안은 알파 사업을 유지했으나, HP와 인텔은 이미 PA-RISC와 x86이라는 자체 아키텍처도 있었고 아이태니엄도 있었기 때문에 2004년에 개발을 중단했다. EV7의 후속인 EV79/EV8은 개발되었으나 발매가 취소되어 시장에 풀리지 않았다. 판매는 2007년 4월까지 계속되었다.
3.4. 단종 이후
2016년 6월 중국의 '선웨이 타이후라이트'가 슈퍼컴퓨터 1위를 달성했다. 여기에는 64비트 RISC 프로세서인 SW26010이 탑재되었다고 알려졌는데, 관련 기사에 의하면 알파칩 기반으로 보인다고 한다. # 중국은 SW20610을 자체 개발로 만들어낸 칩이라고 대대적으로 광고하고 있다.선웨이 타이후라이트 개선 버전에서는 SW20610+ CPU를 장착해 알파 아키텍처의 ISA가 아니라 중국에서 자체 개발했다는 선웨이-64 ISA로 바꿨지만 선웨이-64가 어떤 명령어 집합인지 DEC Alpha와 어떤 관계인지는 밝히지 않았다. #
4. 명령어 목록
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의 [[DEC Alpha/명령어 목록#|]] 부분을5. 지원 운영 체제
- 유닉스 (Tru64 UNIX)
- Windows NT 4.0 / Windows 2000 RC2[2]
- Windows Whistler 빌드 2210[3]
- OpenVMS
- BSD (NetBSD, OpenBSD, FreeBSD)
- 리눅스 (데비안, 레드햇 리눅스, 젠투)
6. 여담
- 삼성전자가 이것을 라이선스 생산하기 위해 1996년부터 DEC에 접촉했다. 결국 1999년부터 단종되기 전인 2004년까지 생산했다. 이 과정에서 CPU와 관련된 다수의 설계/생산 기술을 습득하게 된다. 그리고 이들 알파 개발 경험 인력들은 2000년대 초반의 ARM팀 설립에 참여하게 되어, 초기 제품 개발과 생산을 무리없이 수행하고 현재의 엑시노스까지 이어진다.
- AMD 애슬론에 사용된 K7 아키텍처는 CPU와 노스 브릿지간 버스 인터페이스로 알파 EV6에 사용했던 것을 라이선스 받아 사용했다.
- 2003년 당시 미국에서 제일 빨랐던 슈퍼컴퓨터는 이 프로세서를 쓰고 있었다.
- 마이크로소프트는 Windows 2000 RC 2까지 이 플랫폼을 지원했으나 결국 최종 버전에서는 지원을 중단했다. NT 4.0부터 서드파티 x86 소프트웨어를 에뮬레이션 방식으로 지원했다. x86 에뮬레이터는 나중에 ARM용 Windows에서도 채택되었고 x86뿐 아니라 AMD64 소프트웨어도 지원한다.