HyperTransport – szczegóły

Powiązania z pamięcią i urządzeniami l/O stają się wąskim gardłem dla szybkich procesorów. Hyper-Transport, który zapewnia przepustowość do 12,8 GB/s, ma na jakiś czas zapewnić oddech i będzie magistralą systemową i szyną procesora w Hammerach AMD.


Powiązania z pamięcią i urządzeniami l/O stają się wąskim gardłem dla szybkich procesorów. Hyper-Transport, który zapewnia przepustowość do 12,8 GB/s, ma na jakiś czas zapewnić oddech i będzie magistralą systemową i szyną procesora w Hammerach AMD.

Częstotliwość taktowania procesorów wzrosła z 4,77 MHz w roku 1978 do ponad 2,5 GHz obecnie. W tym samym czasie przepustowość szyny danych zwiększyła się z 16 do 64 bitów. Oba aktualne parametry umożliwiają współczesnemu procesorowi przesyłanie 2000 razy więcej danych, niż przed 25 laty - nie wspominając już szybkiego transferu za pomocą 128-bitowych rejestrów multimedialnych. W porównaniu z tym różnica pomiędzy złączem ISA-8 bitów i 4,77 MHz, a złączem PCI-X- 64 bity i 133 MHZ, pozostaje wyraźnie w tyle. Odpowiada zaledwie dwustukrotnemu przyśpieszeniu.

Szyna l/O jako wąskie gardło daje się we znaki nie tylko w wypadku dostępu do kart rozszerzeń. Standardowe szyny danych są także częściowo wykorzystywane do wymiany danych pomiędzy podzespołami płyty głównej. Dlatego też niektórzy producenci chipsetów zaczęli opracowywać własne, szybkie szyny danych, łączące na przykład mostek północny z południowym lub procesory serwera między sobą. Dla przykładu: 16-bitowa magistrala MuTIOL (Multiple Thread l/O Link) firmy SiS zapewnia transfer danych do 1 GB/s. Nietypowe szyny danych wymagają jednak ogromnych nakładów na opracowanie i konstrukcję, a także uniemożliwiają stosowanie układów innych producentów.

Hyper-Transport, jako uniwersalna magistrala szeregowa, ma rozwiązać problemy związane z wydajnością i kompatybilnością. Ekonomiczna, skalowalna i szybka magistrala będzie nie tylko łączyć podzespoły na płycie głównej. Opterony, 64-bitowe procesory AMD, komunikują się ze światem zewnętrznym już tylko za pomocą trzech niezależnych łączy Hyper-Transport, a w systemach wieloprzetwarzania symetrycznego (Symmetric Multi-Processing, SMP) odwołują się za ich pośrednictwem do części pamięci głównej. W przyszłości gniazda Hyper-Transport będą też służyć do niezwykle szybkiej komunikacji z kartami rozszerzeń.

1. Cele rozwojowe

HyperTransport – szczegóły

Trzy rodzaje modułów - za pomocą urządzeń trzech różnych typów można tworzyć dowolne topologie fabric. Przepustowość i częstotliwość dostosowane są do potrzeb.

Magistrala Hyper-Transport służy obecnie tylko do łączenia dwóch układów na płycie głównej, dlatego nie można porównać jej z zewnętrznymi magistralami l/O, jak PCI (-X, -Express). Dane są na razie przesyłane przede wszystkim z procesora za pośrednictwem magistrali Hyper-Transport do odpowiednich interfejsów. Mostki InfiniBand, 1OGB-Ethemet, PC I-X czy zwykłe l/O przekształcają sygnały Hyper-Transport na format odpowiedni do danego złącza. Podczas projektowania Hyper-Transport ważne były następujące cele:

  • duża przepustowość przy małych opóźnieniach

  • jednolita magistrala i wspólny protokół dla wszystkich łączy na płycie głównej

  • elastyczne prędkości i zmienna przepustowość magistrali

  • różne prędkości zależnie od kierunku

  • jak najmniej połączeń i ekonomiczny interfejs układu

  • małe zużycie energii i mechanizmy oszczędzania energii

  • obsługa systemów wieloprocesorowych i magistrali System Network Architecture.
Założone w lipcu 2001 roku Hyper-Transport Consortium (http://www.hypertransport.org ) nadzoruje opracowanie nowej magistrali I/0. Uniwersalne wymagania stawiane magistrali dobrze odzwierciedla struktura członków konsorcjum, pochodzących z najróżniejszych obszarów. Do najbardziej prominentnych należą, obok AMD, Sun, Apple, sgi, Transmeta i NVIDII, również firmy z segmentu sieciowego, jak Cisco, Broadcom i API Networks.

2. Modułowa budowa

HyperTransport – szczegóły

Liczba pinów i przepustowość bitowa

Magistrala Hyper-Transport to połączenie punkt-punkt dwóch podzespołów. Aby możliwa była budowa bardziej złożonych układów, do dyspozycji są trzy podstawowe typy urządzeń:

Cave - ten typ zawiera tylko jedno łącze Hyper-Transport. Znajduje się na końcu łańcucha i może przyjmować tylko przeznaczone do niego dane.

Tunel - ten typ zawiera dwa łącza Hyper-Transport. Odbiera dane, odfiltrowuje te, które są przeznaczone do niego, i przesyła dane przeznaczone do innego urządzenia w łańcuchu do „leżącego naprzeciw" wyjścia.

Mostek - ten typ zawiera z reguły trzy łącza Hyper-Transport. Odbiera własne dane, a dane nieprzeznaczone do niego przesyła do dołączonego łańcucha. Wyjątkiem jest mostek główny, który jako punkt wyjściowy topologii odpowiada za sterowanie. Może też być połączony z drugą, niezależną siecią i wymieniać z nią dane.

HyperTransport – szczegóły

Bezpieczny interfejs wysokiej częstotliwości - prąd sumaryczny na linii różnicowej wynosi zero, pobór prądu pozostaje stały przy zmianie stanu bitów.

Za pomocą wymienionych elementów można tworzyć dowolne topologie, od prostego połączenia dwóch układów za pomocą łańcucha, do złożonej struktury drzewa. Terminologia Hyper-Transport określa tę topologię jako fabric. Konkretne przykłady zastosowań topologii fabric można znaleźć w rozdziale poświęconym procesorom Hammer AMD. Model na ilustracji przedstawia różne typy urządze oraz możliwą do uzyskania skalowalność przepustowości magistrali.

Jedna z zalet Hyper-Transport polega na tym, że przepustowość bitową i częstotliwość taktowania każdego łącza można ustawić indywidualnie. Na przykład łącze między procesorem a złączem AGP 8x można zaprojektować z komfortową wydajnością rzędu kilku GB/s. Dalsza droga do „powolnego" mostka południowego nie wymaga już takich nakładów; 1 GB/s powinien w zupełności wystarczyć.

Jednolita magistrala umożliwia dołączanie urządzeń różnych producentów. Płyta główna z mostkiem AGP firmy VIA, interfejsem PCI-Express AMD i hubem l/O firmy ALi jest możliwa do zrealizowania bez najmniejszych problemów. Projektowanie nowych połączeń ogranicza się do wyboru odpowiednich podzespołów - klocki lego dla inżynierów.

3. Interfejs fizyczny

Magistrala Hyper-Transport na najniższej warstwie modelu warstw ISO/OSI składa się z dwóch jednokierunkowych połączeń punkt-punkt. Przepustowość bitowa może wynosić 2, 4, 8 lub 16 bitów na kierunek. Możliwe są konfiguracje asymetryczne z różną przepustowością bitową na kierunek przepływu danych. Częstotliwość magistrali danych może się zamykać w granicach 400 MHz- 1,6 GHz.

Polecenia, adresy i dane korzystają z tych samych łączy i przesyłane są w pakietach o rozmiarze wielokrotności 4 bajtów. Własna linia kontrolna umożliwia rozróżnienie między poleceniami (z adresami) a danymi. Jako ostatni z sygnałów wysokiej częstotliwości potrzebny jest jeszcze sygnał taktujący. Ponieważ Hyper-Transport przejmuje dane po obu stronach magistrali, częstotliwość magistrali wynosi połowę częstotliwości danych.