Etikett: processor

  • Datapoint 2200 – terminalen som formade dagens datorer

    Den såg ut som en kraftig skrivmaskin och såldes som en programmerbar terminal. Men inuti Datapoint 2200 fanns en idé som kom att leva vidare i Intel 8008, Zilog Z80 och den x86-arkitektur som fortfarande driver miljontals datorer. Historien visar hur en till synes misslyckad beställning kan förändra en hel bransch.

    I början av 1970-talet var en dator oftast något stort, dyrt och avlägset. Själva beräkningarna utfördes i en central stordator, medan användaren satt vid en terminal som fungerade som ett elektroniskt fönster mot maskinen.

    Datapoint 2200 passade först in i den världen. Den presenterades 1970 av det amerikanska företaget Computer Terminal Corporation, CTC, och beskrevs som en programmerbar terminal. Men den hade ett ovanligt drag: den kunde själv lagra och köra program. Under det skrivmaskinsliknande skalet dolde sig därför något som låg förvånansvärt nära en komplett skrivbordsdator.

    Det mest betydelsefulla var dock inte hur maskinen såg ut. Det var hur dess processor var tänkt att fungera.

    En elektronisk ersättare för hålkort

    CTC hade grundats 1968 av Phil Ray och Gus Roche. Företagets första framgång blev Datapoint 3300, en bildskärmsterminal som ersatte bullriga mekaniska teleprintrar. Med Datapoint 2200 ville bolaget ta nästa steg och skapa en modern ersättare för IBM:s hålkortsstans 029.

    Det förklarar den märkligt breda bildskärmen. Den visade 80 tecken på var och en av sina 12 textrader – samma antal tecken som fick plats på ett vanligt IBM-hålkort. Även formatet var avsiktligt välbekant. Maskinen påminde om en IBM Selectric-skrivmaskin, en apparat som redan fanns på många kontor.

    Datapoint 2200 vägde omkring 25 kilo och hade ett riktigt tangentbord, en liten grön bildskärm och två inbyggda kassettbandenheter. Varje kassett kunde lagra ungefär 130 kilobyte. Det låter närmast obetydligt i dag, men räckte till både program och affärsdata när ett vanligt dokument bestod av ren text.

    Den första modellen hade normalt 2 kilobyte arbetsminne och kunde byggas ut till 8 kilobyte. En senare version klarade upp till 16 kilobyte. Priset låg på flera tusen dollar; en version med 8 kilobyte listades för 7 800 dollar 1972. Det var alltså inte en hemdator för vanliga konsumenter, utan ett dyrt arbetsredskap för företag.

    Terminalen som visade sig vara en dator

    Till skillnad från många andra terminaler var Datapoint 2200 inte låst till ett enda stordatorsystem. Den kunde läsa in olika terminalprogram från kassettband och på så sätt efterlikna flera typer av terminaler.

    Samma flexibilitet innebar att maskinen också kunde utföra självständigt arbete. En säljare på CTC insåg att Datapoint 2200 kunde lösa livsmedelsföretaget Pillsburys behov av en liten dator ute i verksamheten. Därmed blev det tydligt att apparaten inte bara behövde vara ett tillbehör till en större dator – den kunde vara datorn.

    Det gör Datapoint 2200 svår att placera i en enkel kategori. Den marknadsfördes som terminal, var för dyr för att vara en persondator i modern mening och saknade en mikroprocessor. Samtidigt var den programmerbar, stod på ett skrivbord och kunde användas fristående. Därför beskrivs den ibland som en av persondatorns viktigaste föregångare.

    En processor stor som ett kretskort

    I dag förknippar vi processorn med ett enda litet kiselchip. När Datapoint 2200 konstruerades fanns ännu ingen färdig enchipsprocessor som kunde göra jobbet. Maskinens processor byggdes därför av omkring hundra enklare TTL-kretsar fördelade över stora kretskort.

    CTC:s tekniske chef Victor Poor och ingenjören Harry Pyle hade tagit fram den grundläggande instruktionsuppsättningen – alltså det språk av enkla kommandon som processorn skulle förstå. Företaget bad både det unga minnesföretaget Intel och halvledarjätten Texas Instruments att pressa ihop konstruktionen till ett enda chip.

    Texas Instruments tog fram kretsen TMX-1795 och Intel arbetade på en konstruktion som först kallades 1201. Arbetet drog emellertid ut på tiden, och kretsarna blev inte tillräckligt snabba eller praktiska för CTC:s behov. Datapoint 2200 började därför tillverkas med sin processor uppbyggd av TTL-kretsar, precis som prototypen.

    Det kunde ha blivit slutet på historien. I stället behöll Intel sin konstruktion, förbättrade den och lanserade den 1972 som Intel 8008.

    Släktskapet med dagens x86-datorer

    Intel 8008 blev kommersiellt betydelsefull och följdes av bland annat Intel 8080. Instruktionsspråket utvecklades vidare, och en annan gren ledde genom Zilog Z80 till många av 1970- och 1980-talens populära hemdatorer. Hos Intel fortsatte utvecklingen mot 16-bitarsprocessorerna 8086 och 8088.

    När IBM valde Intel 8088 till sin första PC 1981 fick processorfamiljen ett enormt genomslag. De moderna x86-processorer som används i många stationära datorer, bärbara datorer och servrar har förändrats nästan ofattbart mycket sedan dess. Ändå finns ett historiskt släktskap tillbaka till de instruktioner som CTC:s ingenjörer utformade för Datapoint 2200.

    Det betyder inte att en modern processor är en uppförstorad Datapoint-krets. Dagens chip har miljarder transistorer, flera processorkärnor, avancerad parallellism och enorma cacheminnen. Arvet ligger i stället i de grundläggande regler som senare konstruktioner byggde vidare på.

    Ett arv gömt i byteordningen

    Ett särskilt tekniskt arv är det som kallas little-endian. När ett tal kräver flera byte måste datorn bestämma i vilken ordning dessa ska lagras i minnet. I little-endian-format läggs den minst betydelsefulla delen på den lägsta minnesadressen.

    Ordningen kan jämföras med att skriva ental före tiotal och hundratal. För en människa känns det bakvänt, men för Datapoint 2200 var det praktiskt. Den första versionen arbetade seriellt, bit för bit, och behövde börja med den lägsta delen av talet för att kunna hantera minnessiffror vid addition.

    Intel 8008 och dess efterföljare behöll ordningen. Därför använder dagens x86-datorer fortfarande little-endian.

    Det är ett tydligt exempel på hur ett beslut som fattades för att lösa ett konkret problem i en tidig maskin kan leva kvar mer än ett halvt sekel senare.

    Minnet som snurrade runt

    Datapoint 2200 visar också hur annorlunda tidiga datorminnen kunde fungera. I den första versionen lagrades informationen i skiftregister där bitarna cirkulerade runt i en slinga. För att läsa rätt uppgift kunde processorn behöva vänta tills den passerade igen – ungefär som att stå vid ett bagageband och invänta rätt väska.

    En minnesoperation kunde därför ta omkring 520 mikrosekunder. Det är bara drygt en halv millisekund, men för en processor är det mycket lång tid. I den andra versionen ersattes lösningen med parallellt RAM. Motsvarande operation kunde då klaras på cirka 4,8 mikrosekunder, mer än hundra gånger snabbare.

    Skillnaden visar en princip som fortfarande gäller: en processor är bara så användbar som dess förmåga att snabbt få tillgång till data.

    Från ensam skrivbordsdator till nätverk

    Datapoint 2200 blev inte den hålkortsstansare som CTC först hade tänkt sig, men som liten kontorsdator fick den ett eget liv. Omkring 2 500 exemplar hade sålts vid mitten av 1973.

    Samma år lanserades Datashare, som gjorde det möjligt för upp till åtta användare att dela på en Datapoint-dators resurser via var sin terminal.

    Företaget bytte namn till Datapoint, och flera av ingenjörerna gick vidare till andra betydelsefulla projekt. Ett av dem var ARCNET, som introducerades 1977 och blev ett av de första kommersiellt spridda lokala nätverken.

    På så sätt pekade Datapoint inte bara mot persondatorn utan också mot nätverksanslutna arbetsplatser, där flera användare och maskiner delar information – en självklarhet i dag men en radikal idé på 1970-talet.

    Den bortglömda länken i datorhistorien

    Datapoint 2200 blev aldrig en folklig ikon som Apple II, ZX81, Commodore 64 eller IBM PC. Den lanserades innan begreppet persondator hade fått sin moderna betydelse och hamnade mellan två epoker: stordatorernas terminalvärld och mikroprocessorns kommande revolution.

    Just därför är den så intressant. Maskinen visar att tekniska genombrott sällan uppstår i ett enda ögonblick. De växer fram genom beställningar som blir försenade, produkter som får oväntade användningsområden och konstruktionsval som råkar bli kvar.

    Datapoint 2200:s viktigaste arv är inte kassettbanden, den gröna skärmen eller de stora kretskorten. Det är de osynliga idéerna – instruktionsspråket, byteordningen och tanken på en programmerbar dator på skrivbordet.

    Spår av dem finns fortfarande kvar varje gång en modern x86-dator startar.

    Youtube innehåll om Datapoint 2200

    Fakta: Datapoint 2200

    Tillverkare Computer Terminal Corporation, senare Datapoint
    Presenterad Juni 1970
    Typ Programmerbar terminal och fristående skrivbordsdator
    Processor 8-bitars processor uppbyggd av omkring 100 TTL-kretsar
    Arbetsminne 2–8 KB i version I och 4–16 KB i version II
    Bildskärm Monokrom bildskärm med 12 rader och 80 tecken per rad
    Lagring Två inbyggda kassettbandenheter med cirka 130 KB vardera
    Operativsystem CTOS, Cassette Tape Operating System
    Vikt Cirka 25 kilogram
    Pris 7 800 dollar för en modell med 8 KB år 1972
    Historisk betydelse Instruktionsuppsättningen blev utgångspunkt för Intel 8008 och en del av utvecklingslinjen som ledde fram till dagens x86-processorer.

    Annons

    Strul med e-posten? Hjälp med TV? Problem med wifi?
    Digital Fixare

  • AMD EPYC 7302 – sexton kärnor byggda för servrar och tunga arbetsstationer

    AMD EPYC 7302 är en kraftfull serverprocessor med 16 kärnor och 32 trådar, utvecklad för virtualisering, databaser och andra krävande arbetsuppgifter. Med Zen 2-arkitektur, 128 MB L3-cache, åttakanaligt DDR4-minne och stöd för PCI Express 4.0 erbjuder den fortfarande imponerande kapacitet för servrar och avancerade arbetsstationer.

    AMD EPYC 7302 är en serverprocessor med 16 kärnor och 32 trådar. När den lanserades 2019 var den en del av AMD:s stora återkomst på servermarknaden. Med stöd för stora mängder arbetsminne, 128 MB cache, PCI Express 4.0 och system med två processorer riktar den sig framför allt till virtualisering, databaser och andra arbetsuppgifter där många beräkningar ska utföras samtidigt.

    En processor för servrar – inte vanliga hemdatorer

    EPYC 7302 tillhör AMD:s andra generation EPYC-processorer, med kodnamnet Rome. Den använder Zen 2-arkitekturen och tillverkas med en processteknik på 7 nanometer.

    Processorn passar i sockeln SP3, som är betydligt större än de processorsocklar som används i vanliga stationära datorer. Det beror bland annat på att EPYC-processorer behöver många anslutningar för arbetsminne, PCI Express och kommunikation mellan flera processorer.

    EPYC 7302 kan användas ensam, men den stöder även system med två processorer. En server med två EPYC 7302 får därmed totalt:

    • 32 processorkärnor
    • 64 trådar
    • 256 MB L3-cache

    Det gör plattformen lämpad för exempelvis webbservrar, databasservrar, virtuella maskiner och tunga tekniska beräkningar.

    Sexton kärnor och 32 trådar

    Varje fysisk processorkärna kan hantera två trådar samtidigt med hjälp av AMD:s teknik Simultaneous Multithreading, vanligen förkortad SMT.

    Det innebär inte att varje kärna blir dubbelt så snabb. Tekniken gör däremot att processorn kan utnyttja sina interna beräkningsenheter mer effektivt. När en instruktion väntar på data kan processorn arbeta vidare med en annan tråd.

    Resultatet blir bättre prestanda i program som kan fördela arbetet över många trådar. Exempel är:

    • virtualisering
    • databaser
    • kompilering av stora program
    • rendering
    • videokodning
    • vetenskapliga beräkningar
    • drift av många samtidiga tjänster

    Program som bara använder en eller ett fåtal trådar får däremot inte samma fördel av det stora antalet kärnor.

    Måttlig klockfrekvens men många samtidiga beräkningar

    EPYC 7302 arbetar normalt med en klockfrekvens på 3,0 GHz och kan under gynnsamma förhållanden öka frekvensen till omkring 3,3 GHz.

    Det är lägre än hos många moderna processorer för speldatorer och vanliga arbetsstationer. Serverprocessorer är dock konstruerade efter andra prioriteringar. Målet är inte alltid högsta möjliga prestanda i en enskild tråd, utan stabil och förutsägbar prestanda när många uppgifter körs samtidigt.

    Processorn har dessutom en låst multiplikator. Den är alltså inte avsedd för traditionell överklockning. I en server är stabilitet, energieffektivitet och lång drifttid normalt viktigare än att pressa fram några extra procent prestanda.

    Stor cache minskar väntetiderna

    EPYC 7302 har sammanlagt 128 MB L3-cache. Cacheminnet fungerar som ett mycket snabbt mellanlager mellan processorkärnorna och det betydligt långsammare arbetsminnet.

    När information som processorn behöver redan finns i cacheminnet slipper den hämta samma data från arbetsminnet. Det kan ge stora prestandavinster i arbetsuppgifter där många processer arbetar med samma eller närliggande data.

    Varje kärna har dessutom:

    • 32 KB L1-cache för instruktioner
    • 32 KB L1-cache för data
    • 512 KB L2-cache

    Det ger totalt 512 KB instruktionscache, 512 KB datacache och 8 MB L2-cache för hela processorn.

    Åtta minneskanaler

    En av de största skillnaderna mellan EPYC och vanliga konsumentprocessorer är minnessystemet.

    EPYC 7302 har stöd för åttakanaligt DDR4-minne med officiella hastigheter på upp till 3 200 MT/s. Det ger betydligt högre minnesbandbredd än hos vanliga stationära datorer, som ofta använder två minneskanaler.

    Den höga minnesbandbredden är viktig för exempelvis databaser, beräkningsprogram och virtualisering. I sådana system kan många processorkärnor behöva läsa och skriva stora mängder data samtidigt.

    Processorn stöder även ECC-minne. ECC kan upptäcka och korrigera vissa typer av minnesfel innan de orsakar skadade filer, programkrascher eller felaktiga beräkningar.

    Det är särskilt viktigt i system som ska vara i drift dygnet runt eller hanterar affärskritiska data.

    PCI Express 4.0 ger gott om anslutningsmöjligheter

    EPYC 7302 använder PCI Express 4.0 för kommunikationen med bland annat nätverkskort, lagringsenheter, grafikkort och andra expansionskort.

    EPYC-plattformen erbjuder ett mycket stort antal PCI Express-banor jämfört med vanliga datorplattformar. Det gör det möjligt att bygga servrar med exempelvis:

    • flera snabba NVMe-enheter
    • nätverkskort för 10, 25, 40 eller 100 gigabit
    • flera grafikkort eller beräkningskort
    • avancerade lagringskontroller
    • acceleratorer för artificiell intelligens

    PCI Express 4.0 har dubbelt så hög överföringskapacitet per bana som PCI Express 3.0. Det var en viktig nyhet när Rome-generationen lanserades.

    Byggd för virtualisering

    EPYC 7302 har hårdvarustöd för virtualisering, vilket gör att en fysisk server kan delas upp i flera virtuella datorer.

    Varje virtuell maskin kan köra sitt eget operativsystem och fungera som om den vore en separat dator. Det gör det möjligt att samla många servrar på en enda fysisk maskin och därmed minska behovet av hårdvara, ström och utrymme.

    Processorn stöder även IOMMU, som bland annat används för PCI-passthrough. Med denna teknik kan en virtuell maskin få direkt åtkomst till en fysisk enhet, exempelvis ett grafikkort, nätverkskort eller lagringskort.

    Det kan ge betydligt bättre prestanda än om all kommunikation måste gå genom virtualiseringsprogrammet.

    Ingen inbyggd grafik

    EPYC 7302 saknar integrerad grafikprocessor. Det är normalt för processorer i denna serverklass.

    Många servermoderkort har i stället en separat, enkel grafikkrets för administration och felsökning. Den används främst för att visa en textkonsol, BIOS-inställningar och fjärradministration.

    Ska processorn användas i en arbetsstation för exempelvis rendering eller videoredigering behövs ett separat grafikkort.

    Effektförbrukning och kylning

    Processorn har en angiven TDP på 155 watt. Det är högt jämfört med enklare datorprocessorer, men förhållandevis rimligt för en serverprocessor med 16 kärnor, åtta minneskanaler och omfattande stöd för externa enheter.

    EPYC 7302 kräver ändå ett kraftfullt kylsystem och ett moderkort som är konstruerat för SP3-processorer. Vanliga processorkylare för AM4 eller AM5 passar inte.

    I rackmonterade servrar används ofta stora kylflänsar tillsammans med kraftiga systemfläktar. I en arbetsstation kan en större tornkylare eller specialanpassad vattenkylning användas, beroende på chassi och moderkort.

    Stöd för AVX och AVX2

    Processorn har stöd för instruktionsuppsättningarna AVX och AVX2. Dessa kan bearbeta flera tal med en enda instruktion och används därför i program för bland annat:

    • videokodning
    • signalbehandling
    • vetenskapliga beräkningar
    • komprimering
    • kryptering
    • maskininlärning

    EPYC 7302 saknar däremot stöd för AVX-512. Den instruktionsuppsättningen förekommer framför allt i vissa Intel-processorer och i senare AMD-generationer.

    Fortfarande användbar på begagnatmarknaden

    EPYC 7302 är inte längre en modern serverprocessor, men den kan fortfarande vara intressant på begagnatmarknaden. Sexton kärnor, 32 trådar, åtta minneskanaler och 128 MB L3-cache räcker långt för många hemmaservrar, virtualiseringsmiljöer och arbetsstationer.

    Den stora kostnaden är ofta inte själva processorn. SP3-moderkort, registrerat ECC-minne, kraftig kylning och lämpliga nätaggregat kan göra ett komplett system betydligt dyrare.

    Energiförbrukningen bör också vägas mot prestandan. Nyare serverprocessorer kan ofta utföra mer arbete per förbrukad watt.

    För den som hittar ett komplett och prisvärt system kan EPYC 7302 ändå erbjuda mycket beräkningskapacitet, gott om minnesbandbredd och ovanligt många expansionsmöjligheter.

    Fakta om AMD EPYC 7302

    EgenskapSpecifikation
    ProcessorklassServer och arbetsstation
    ArkitekturZen 2, Rome
    LanseringAugusti 2019
    SockelSP3
    Antal kärnor16
    Antal trådar32
    Grundfrekvens3,0 GHz
    TurbofrekvensUpp till 3,3 GHz
    L1-cache16 × 32 KB instruktioner och 16 × 32 KB data
    L2-cache16 × 512 KB
    L3-cache128 MB
    TDP155 watt
    MinnesstödÅttakanaligt DDR4, upp till 3 200 MT/s
    ECC-stödJa
    PCI ExpressPCI Express 4.0
    FlerprocessorsystemUpp till två processorer
    Integrerad grafikNej
    VirtualiseringJa
    IOMMU och PCI-passthroughJa
    InstruktionsstödAVX och AVX2
    AVX-512Nej
    Ursprungligt rekommenderat pris978 dollar

    Annons

    Strul med e-posten? Hjälp med TV? Problem med wifi?
    Digital Fixare