«Технология Hyper Transport» МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ Запорожский национальный технический университет на тему: «Технология Hyper Transport» Выполнил: студент группы ІОТ-515 Супруненко Иван Запорожье, 2007 Содержание 1. История развития и возникновения. 2. Обзор, характеристики, принцип работы. 3. Основные достоинства. 4. Применение и реализации. 5. Список литературы. 1. История развития и возникновения Этот стандарт продвигается на рынок HyperTransport Technology Consortium, который в настоящий момент насчитывает около 150 участников, больших и малых фирм, занимающихся разработкой программного и аппаратного обеспечения. Консорциум был организован в 1997 году с целью развития архитектуры системной шины компьютера. Большое число фирм объявили о своем участии в проекте после того, как один из участников консорциума, NVIDIA, заявил о поддержке HyperTransport в своем чипcете nForce. Наиболее яркие представители являются известными сторонниками открытой архитектуры. Кроме выпуска первых десктопных 64 битных процессоров, чем АМД конечно годится,( причем гордится настолько, что решила отказаться от магических циферок 64 в названии процессора -мол если написано Athlon, то и так ясно, что процессор 64 битный) у компании есть еще один мощный предмет для гордости. Шина HyperTransport (HT), ранее известная как Lightning Data Transport (LDT), - это двунаправленная последовательно/параллельная компьютерная шина, с высокой пропускной способностью и малыми задержками. Исторически HyperTransport разрабатывался AMD в качестве процессорной шины нового поколения специально для чипов с интегрированным контроллером памяти (архитектура AMD64). В многопроцессорных системах на основе AMD Opteron подсистема памяти “размазана” по всем процессорам - у каждого есть своя локальная память, подключенная через интегрированный контроллер, и каждый может обращаться к памяти любого другого процессора. Локальная память “быстрая”, а память соседа - “медленная”, причем чем “дальше” расположен сосед, тем медленнее память. Медлительность является следствием того, что для обращения к соседу требуется проделать целый ряд операций - переслать по межпроцессорной шине запрос, дождаться его выполнения контроллером памяти адресата, вернуть данные по шине обратно. Очевидно, что чем быстрее при этом шина, тем более “однородна” память. Исходя из этих соображений и проектировалась новая шина, призванная обеспечить пропускную способность не меньшую, чем у оперативной памяти, и минимальные задержки на передачу данных и сообщений. Получилось действительно неплохо, что даже дало AMD повод назвать свою архитектуру не NUMA, а SUMA - Slightly Uniform Memory Architecture, то есть “почти однородная” архитектура памяти.(напомню NUMA -неоднородный доступ к памяти). Но разработчики не стали делать типичную быструю узкоспециализированную процессорную (системную) шину. Напротив, в соответствии с веяниями времени они соорудили очень быструю последовательную шину данных и предусмотрели возможности для ее “переноса” в более простые и медленные варианты с уменьшенными частотами и разрядностью (в отличие от PCI Express, которая масштабируется “вверх” - от x1 к х16 и x32). Поэтому HT (минимальная ширина которой - 2 бита) с полным правом может называться последовательной шиной - любые данные, передаваемые по ней, упаковываются в пакеты стандартного вида. Правда, требования скорости наложили на протокол передачи данных сильнейшие ограничения - столь изящной “layered architecture”, как у Intel, мы здесь не увидим, да и влияние физической реализации линков HT на общую архитектуру шины очень заметно. 2. Обзор, характеристики, принцип работы HyperTransport работает на частотах от 200 МГц до 2,6 ГГц (сравните с шиной PCI и её 33 или 66 МГц). Кроме того, она использует DDR, что означает, что данные посылаются как по переднему, так и по заднему фронтам сигнала синхронизации, что позволяет осуществлять до 5200 миллионов посылок в секунду при частоте сигнала синхронизации 2,6 ГГц; частота сигнала синхронизации настраивается автоматически. HyperTransport поддерживает автоматическое определение ширины шины, от 2-х битных линий до 32-х битных линий. Полноразмерная, полноскоростная, 32-х битная шина в двунаправленном режиме способна обеспечить пропускную способность до 41600 МБ/с (2[ddr]*2*(32/8)*2600) (20800 МБ/с - max в одном направлении), являясь, таким образом, самой быстрой шиной среди себе подобных. Шина HyperTransport основана на передаче пакетов. Каждый пакет состоит из 32 разрядных слов, вне зависимости от физической ширины шины (количества информационных линий). Первое слово в пакете — всегда управляющее слово. Если пакет содержит адрес, то последние 8 бит управляющего слова сцеплены со следующим 32-битным словом, в результате образуя 40 битный адрес. Шина поддерживает 64 разрядную адресацию — в этом случае пакет начинается со специального 32 разрядного управляющего слова, указывающего на 64 разрядную адресацию, и содержащего разряды адреса с 40 по 63 (разряды адреса нумеруются начиная с 0). Остальные 32-х битные слова пакета содержат непосредственно передаваемые данные. Данные всегда передаются 32-х битными словами, вне зависимости от их реальной длины (например, в ответ на запрос на чтение одного байта по шине будет передан пакет, содержащий 32 бита данных и флагом-признаком того, что значимыми из этих 32 бит являются только 8). Пакеты HyperTransport передаются по шине последовательно. Увеличение пропускной способности влечёт за собой увеличение ширины шины. Операция записи на шине бывает двух видов — posted и non-posted . Posted-операция записи заключается в передаче единственного пакета, содержащего адрес, по которому необходимо произвести запись, и данные. Эта операция обычно используется для обмена данными с высокоскоростными устройствами, например, для DMA передачи. Non-posted операция записи состоит из посылки двух пакетов: устройство, инициирующее операцию записи посылает устройству-адресату пакет, содержащий адрес и данные. Устройство-адресат, получив такой пакет, проводит операцию записи и отсылает устройству-инициатору пакет, содержащий информацию о том, успешно ли произведена запись. Электрический интерфейс HyperTransport/LDT — низковольтные дифференциальные сигналы (Low Voltage Differential Signaling (LVDS)), с напряжением 2,5 В. 3. Основные достоинства Давайте попробуем выделить основные приемущества: 1). HyperTransport, ранее носившая название, позиционируется как дополнение к технологии InfiniBand на рынок телекоммуникационных и встроенных систем, что налагает свои требования на спецификацию, реализующую преимущества обоих направлений. По заявлению руководства HTTC, технология может быть с одинаковым успехом использована как в серверных системах, так и в настольных и мобильных устройствах. Результатом этого станет некоторое изменение в архитектуре компьютера: связь между контроллерами периферийных устройств будет обеспечивать шина HyperTransport. 2). Технология позволяет производителям аппаратного обеспечения изменять количество сигнальных линий, что влечет за собой изменение количества выводов на плате, если этого требует реализация, а также изменение потребляемой мощности, так как лишние выводы требуют дополнительного питания. Этот факт может повлиять на широкое распространение технологии в мобильных системах. Кроме того, HyperTransport— это peer-to-peer шина, позволяющая обмениваться информацией между периферийными устройствами без задействования процессора и памяти. Протокол использует пакетированную передачу данных; за передачу данных между устройствами отвечает контроллер шины. Подключение контроллера в двухпроцессорной системе показано на рисунке: 3). Возможность передачи асимметричных потоков данных от(к) периферийных(м) устройств(ам). Симметричная, то есть одинаковая в обоих направлениях, пропускная способность не всегда нужна в компьютере. Примером могут служить системы, преимущественно отображающие графическую информацию, или системы, активно посылающие запросы в сеть для получения больших объемов информации. 4). Шина HyperTransport поддерживает технологии энергосбережения, а именно ACPI. Это значит, что при изменении состояния процессора (C-state) на энергосберегающее, изменяется также и состояние устройств (D-state). Например, при отключении процессора НЖМД также отключаются. 5). Высокая скорость работы (до 12.8 ГБ/с). 4. Применение. Реализации 1) Замена шины процессора Шина HyperTransport нашла широкое применение, в основном, в качестве замены шины процессора. Для примера, к процессору Pentium нельзя напрямую подключать устройства с шиной PCI, так как этот процессор использует свою специализированную шину (которая может быть различной у разных поколений процессоров). Для подключения дополнительных устройств (например с шиной PCI) в таких системах необходимы дополнительные устройства для сопряжения шины процессора с шиной периферийных устройств (мосты). Данные адаптеры обычно включают в специализированные наборы системной логики, называемые северный мост и южный мост. Процессоры разных производителей могут использовать разные шины, а значит для них нужны разные мосты для соединения шины процессора с периферийными шинами. Компьютеры, использующие шину HyperTransport более универсальны и просты, а также более производительны. Однажды разработанный мост PCI-HyperTransport позволяет взаимодействовать любому процессору, поддерживающиму шину HyperTransport и любому устройству шины PCI. Для примера, NVIDIA nForce чипсет использует шину HyperTransport для соединения между северным и южным мостами. 2) Межпроцессорная шина Другое применение HyperTransport — шина NUMA многопроцессорных компьютеров. AMD использует HyperTransport как часть проприетарной архитектуры Direct Connect Architecture в своей линейке процессоров Opteron и Athlon 64. Технология HORUS interconnect компании Newisys расширяет концепцию до уровня кластерных систем. 3) Применение в маршрутизаторах и коммутаторах HyperTransport так же может быть использована в маршрутизаторах и коммутаторах. Коммутаторы и маршрутизаторы могут иметь множество портов, данные между которыми должны перенаправляться как можно быстрее. Например, 4-х портовый 100 Мбит/с Ethernet коммутатор нуждается во внутренней шине с пропускной способностью не менее 800 Мбит/с (100 Мбит/с * 4 порта * 2 направления). Пропускная способность шины HyperTransport значительно превосходит 800 Мбит/с, что позволяет применить её для построения такого коммутатора. 4) HTX и сопроцессорные соединения Возможность простой интеграции с материнской платой. Современное поколение ПЛИС от основных производителей (Altera и Xilinx) могут получить прямую поддержку интерфейса HyperTransport уже в ближайшее время. Реализации: ht_tunnel от проекта OpenCores (под лицензией MPL) ATI Radeon® Xpress 200 для процессоров AMD NVIDIA nForce™ Professional MCPs (media and communications processors) Системный контроллер ServerWorks HT-2000 HyperTransport™ SystemI/O™ Controller Шина HyperTransport используется в компьютерах фирмы Apple с процессором PowerPC G5 5. Литература: 1. http://Ixbit.com 2. http://novikov.ua 3. http://ru.wikipedia.org 4. http://www.hypertransport.org