Athlon64 – A Bíblia

HyperTransport

PorFBW

A tecnologia HyperTransport é uma conexão ponto-a-ponto, destinadaà conexões chip a chip. É paralela, full-duplex (transmissãoe recepção de dados simultâneas através de duas vias),de alta velocidade, alta largura de banda, e de baixíssimas latências.

No HyperTransport os dados são transmitidos em pacotes, de forma similara um protocolo de rede, usando tecnologia DDR (Double Data Rate) transmitindodois bits de dados por cada ciclo de clock. Embora comumente associada àsmemórias, a tecnologia DDR nãoé uma tecnologiaexclusiva de memórias, e é utilizada em vários barramentos. O HyperTransport não tem nenhuma relação com asmemórias.

A tecnologia HyperTransport usa baixa voltagem: 1,2V LVDS (Low Voltage DifferentialSignaling) que contribui para o baixo consumo do sistema. O LVDS tambémproduz menos interferência, e é altamente imune a interferências,que possibilita atingir altas freqüências que não sãopossíveis em outros barramentos paralelos.

Além do alto desempenho, a tecnologia HyperTransport possui baixo custode implementação devido a fatores como: Uso de poucas trilhasna placa de circuito impresso (ou PCB – Printed Circuit Board), as novas especificaçõesdo HyperTransport mantêm a compatibilidade com as anteriores, e por ser

roality-free

entre os associados do Consórcio HyperTransport.

A escalabilidade da tecnologia HyperTransport permite que ela seja utilizadadesde pequenos equipamentos, até supercomputadores. Na especificaçãoatual, o HyperTransport pode fornecer até 22,4 GigaBytes/s em conexõesde 2800MHz e 32bits.

: Interface HyperTransport utilizada na interconexão em clusters Opteron, eem expansão de placas-mãe Opteron como na Tyan K8QW

O HyperTransport, que inicialmente teve o codinome Lightning Data Transport(LDT), foi criado pela AMD que iniciou o seu desenvolvimento em 1997, e contoucom a colaboração de diversos parceiros de mercado no aprimoramento e desenvolvimentoda tecnologia. Em 2001 a AMD e mais oito empresas: Alliance Semiconductor, AppleComputer, Broadcom Corporation, Cisco Systems, NVIDIA, PMC-Sierra, Sun Microsystemse Transmeta fundaram o Consórcio HyperTransport, uma organizaçãosem fins lucrativos aberta a qualquer organização comercial ou educacional,que gerencia e aprimora o desenvolvimento da tecnologia HyperTransport.

integrantes do Consórcio HyperTransport em 2001-Atualmente são mais de 40 associados.

Entre as aplicações do HyperTransport destacam-se conexões entre processadores, entreprocessadores e chipsets, e entre chipsets conectando northbridge e southbridge,substituindo com diversas vantagens vários barramentos existentes.

As .

Muitos aqui usam, ou já usaram placas-mãe “soquete A” com tecnologiaHyperTransport: Nosso velho conhecido chipset NVIDIA nForce2 usa um link HyperTransportna conexão entre o northbridge e southbridge.

A tecnologia HyperTransport que é chamada de “o estado da arte” para conexões chip a chip, também é utilizada: no Xbox da Microsoft, no Power Mac G5 da Apple, em roteadores da Cisco, servidores IBM e Sun Microsystems, notebooks e Tablet PCs com processadores Transmeta Efficeon, supercomputadores IBM e

Cray , entre outras aplicações.

Todos os processadores dos soquetes 754 e 939 possuem um link HyperTransportque faz a conexão entre o processador e chipset, substituindoo tradicional barramento FSB (Front Side Bus). Mas a principal diferençaé que as memórias não utilizamo HyperTransport(como ocorre com o FSB), as memóriasse conectam diretamente ao processador através do barramento de memóriaque é independente do HyperTransport, como veremos mais adianteem “Arquitetura de Conexão Direta”.

Através do HyperTransport o processador se conecta com o chipset e,e através deste com todo o restante do sistema (excluindo as memórias):AGP, PCI-Express, PCI, SATA, USB, etc.

Todos os processadores

Opteron do

soquete 940 possuem trêslinks HyperTransport. Cada linkcom largura de banda de 6,4GB/s, ou de 8,0GB/s nas revisões mais recentes.Esses links podem ser de dois tipos: “

não coerentes

“que podem ser utilizados apenas nas conexões entre processador e chipset;ou

coerentes

que, além disso, podem ser utilizados para conectarum processador ao outro. Os Opterons da série 100 (para sistemas comapenas um processador) do soquete 940 possuem três links HyperTransport

não coerentes

, os da série 200 (para sistemas com atédois processadores) possuem dois links

não coerentes

e um link

coerente

, e nos os Opterons da série 800 (para sistemas comaté oito processadores) todos os três links HyperTransport são

coerentes

.

O link HyperTransport possui duas vias: uma para transmissão de dadose outra para recepção. Em todos os processadores AMD64 cada viapossui largura de 16bits.

Todos os processadores do

soquete 754 (Athlon 64, Sempron, e processadores Mobile) possuem link HyperTransportde 1600MHz(800MHz físicos, que correspondem a efetivos1600MHz devido à tecnologia DDR) e 6,4GB/s (3,2GB/s simultaneamente emcada direção):

16 bits = 2 Bytes

1600MHz X 2 Bytes= 3200MB/s (em cada via)

3200MB/s X 2 (duas vias) = 6400MB/s= 6,4GB/s

Todos os processadores do

soquete 939 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX, etc.) possuem um link HyperTransportde 2000MHz(1000MHz físicos, que correspondem a efetivos2000MHz, devido à tecnologia DDR) e 8,0GB/s (4,0GB/s simultaneamenteem cada via):

16 bits = 2 Bytes

2000MHz X 2 Bytes = 4000MB/s

4000MB/s X 2 (duas vias) = 8000MB/s = 8,0GB/s

As placas-mãe para K8 possuem um clock de referência(também chamado de clock base), que é de 200MHz, e serve apenaspara gerar as freqüências: do processador, do HyperTransport e dealguns barramentos na placa-mãe através de multiplicadores e divisoresindependentes, como veremos mais adiante.

Esse clock de referência às vezes é incorretamente chamadode “HTT” (acrônimo de HyperTransport Tecnology) ou “HTTBus” em bios de algumas placas-mãe e em alguns softwares, o queacaba gerando algumas confusões. Esses termos são incorretos porqueessa não é a freqüênciado HyperTransport.

Um equívoco comum é supor que esses 200MHz seriam a freqüênciafísica do HyperTransport, e os 800MHz ou 1000MHz seriam os valores efetivos,e que os 1600MHz e 2000MHz seriam “exagero”.

A freqüência física do HyperTransport é 800MHz ou1000MHz (nos soquetes 754 e 939, respectivamente), assim como a freqüênciafísica do FSB da maioria dos Pentium 4, por exemplo, é 200MHz.

E a freqüência efetivado HyperTransport é1600MHZ ou 2000MHz (soquetes 754 e 939, respectivamente), porque o HyperTransportutiliza tecnologia DDR (double data rate ? taxa dupla de transferênciade dados) ? e isso não tem nenhuma relação com asmemórias – transmitindo dois bits a cada ciclo de clock (800MHz X 2 ou1000MHz X 2). Assim como a freqüência efetivadoFSB da maioria do Pentium 4 é 800MHz devido à tecnologia QDR (QuadData Rate- taxa quádrupla de transferência de dados) que transmitequatro bits por ciclo de clock (200MHz X 4).

Ao contrário do FSB, o link HyperTransport está muito longe de se tornar um”gargalo”. A largura de banda fornecida pelo HyperTransport é tão alta parao tráfego que o utiliza, que dos 1600MHz do soquete 754 para os 2000MHzdo soquete 939, praticamente não há diferença de performance, atualmente.

Muitos testes,

como esse do website MadShirimps , mostram que mesmo se a freqüência  do HyperTransportfor reduzida para 600MHz (1200MHz efetivos) que resulta em 4,8GB/s, o tráfegoainda é tão “folgado” que a diferença de performance para os 1000MHz (2000MHz),ainda é muito pequena na maioria das situações. Isso ocorre porque o tráfegoI/O tem toda a largura de banda do Hypertransport disponível, sem ter que dividi-lacom as memórias (que usam muita largura de banda), como ocorre nos sistemascom FSB.

Maiores informações:

Arquitetura de Conexão Direta

Além das excelentes características individuais do HyperTransport e da controladorade memória integrada, essas duas tecnologias juntaspromovem um dosbenefícios mais interessantes da plataforma AMD64: Substituir o FSBque é

um

barramento half-duplex (não pode transmitirdados em ambas as direções simultaneamente) compartilhadoentre as memórias e todo o tráfego I/O(

Input/Output- Entrada/Saída

), por

duas

conexões independentes: Um link HyperTransportfull-duplex (dados são transmitidos e recebidos simultaneamente) exclusivopara o tráfego I/O, e o barramento dedicado exclusivo para a comunicação diretadas memórias com o processador. Em sistemas multiprocessados também há conexão direta entre os processadores Opteronsatravésde links HyperTransport adicionais, dispensando o uso do chipset nessa comunicação,tornando-a mais rápida e mais eficiente. A AMD chama essas característicasdeou “Arquitetura de Conexão Direta”.

Nas plataformas “tradicionais” (Athlon XP, Sempron soquete A, Pentium 4, etc.),onde a controladora de memória fica no chipset, além do acesso às memóriasser feito por caminho mais longo que gera maiores latências, as memórias têmque compartilharo barramento FSB com todo o tráfego I/O (Input/Output- Entrada/Saída, ou o “restante do sistema”:  placa de vídeo, HDs, rede,drives óticos, USB, PCI, etc.)

Em um sistema Pentium 4 ou Xeon com FSB de 800MHz, por exemplo, o FSB forneceaté 6,4 GB/s de largura de banda , esses 6,4 GB/s são compartilhadosentreo acesso às memórias e todo o tráfego I/O.

Nos processadores AMD64 (Sempron soquete 754 ou 939, Athlon 64, Opteron, Turion64, etc.) o barramento de memória é conectado diretamente ao processador.E a conexão com o “restante do sistema” é feita atravésde um link HyperTransport que conecta o processador ao chipset:

Nos processadores do

soquete 754Em um sistema com FSB, a largura de banda do processador ao sistema, limita-seà largura de banda do FSB. Nos processadores AMD64 ou “K8”,como o processador possui duas conexõesindependentescom o sistema (HyperTransport e barramento de memória), a largura debanda do processador ao sistema é a somada largurade banda do HyperTransport com a largura de banda do barramento de memória.Assim, no soquete 939 a largura de banda total do processador ao sistema é 14,4 GB/s: 8,0 GB/s no HyperTransport mais 6,4 GB/s no barramentode memória (DDR400 em dual-channel). No soquete 754 são 9,6GB/s: 6,4 GB/s no HyperTransport, e 3,2 GB/s no barramento de memória(DDR400 em single-channel).

A altíssima largura de banda da plataforma AMD64 elimina os gargalos do FSBe torna o acesso às memórias e ao “restante do sistema” mais eficiente, e adequadoao aumento de tráfego I/O:

SLI ,

CrossFire ,SATA 2, SAS (

Serial Attached SCSI

), Ethernet 10 Gigabit, etc. A Arquiteturade Conexão Direta também é altamente favorável aos processadores

Dual-core e ao multiprocessamento.

Em sistemas multiprocessados a diferença entre sistemas AMD64 e os sistemascom FSB compartilhado entre acesso às memórias e tráfego I/O, torna-se aindamais acentuada. Enquanto nos sistemas Opteron a largura de banda aumenta a cadaprocessador adicionado, nos sistemas multiprocessados que usam FSB, o “gargalo”torna-se ainda mais “apertado” a cada CPU adicionado: Mais processadorestêm que competir pela largura de banda compartilhada do FSB, para acessar asmemórias, os dispositivos I/O, e outros processadores.

Em sistemas Opteron multiprocessados, além de cada Opteron ter sua própriacontroladora de memória integrada, que permite o aumento da largura de bandade memória do sistema a cada processador adicionado, os Opterons são interligadosdiretamente através de links HyperTransport, o que torna a comunicação entreos processadores mais rápida e eficiente, independente de chipsets, e permiteque um Opteron acesse também o banco memórias de outro Opteron, um recurso conhecidocomo N.U.M.A. (Non Uniform Memory Access) – anteriormente restrito a supercomputadores- que pode melhorar ainda mais o desempenho do sistema.

Todos os Opterons do

soquete 940 possuem três links HyperTransport (nem sempre todos os links sãoutilizados simultaneamente, depende do projeto da placa-mãe), e um barramentode memória.