Кіріспе

Компьютер процессорларының өзара байланысы технологиясы алғаш рет 2001 жылы енгізілді. HyperTransport (HT), бұрын Lightning Data Transport деп аталған, компьютер процессорларын байланыстыруға арналған технология. Бұл екі бағытты, сериялық/параллель, жоғары өткізгіштікке және төмен жауап уақытына ие нүктеден нүктеге байланыс, ол 2001 жылдың 2 сәуірінде ұсынылды. HyperTransport консорциумы HyperTransport технологиясын дамытумен және насихаттаумен айналысады. HyperTransport ең жақсы AMD орталық процессорларының (CPU) Athlon 64-тен AMD FX-ке дейінгі жүйелік шина архитектурасы және олармен үйлесімді негізгі плата чипсеттері ретінде танымал. HyperTransport сонымен қатар IBM және Apple компаниялары Power Mac G5 машиналарында, сондай-ақ бірқатар заманауи MIPS жүйелерінде қолданылды. Қазіргі HTX 3.1 спецификациясы 2014 жылғы жоғары жылдамдықты (2666 және 3200 МТ/с, шамамен 10,4 ГБ/с және 12,8 ГБ/с) DDR4 RAM және одан баяу (шамамен 1 ГБ/с, жоғары деңгейдегі PCIe SSD ULLtraDIMM флэш RAM сияқты) технологиялар үшін бәсекеге қабілетті болды – бұл Intel-дің фронт-сайд шинасына қарағанда, бір процессорлық шинада RAM жылдамдықтарының кең ауқымын қамтамасыз етеді. Intel технологиялары RAM-нің әр жылдамдық диапазоны үшін жеке интерфейс талап етеді, бұл аналық платаның құрылымын күрделендіреді, бірақ бөтелкелік жағдайларды азайтады. HTX 3.1 26 ГБ/с жылдамдығымен ең жоғары ұсынылған жылдамдықпен жұмыс істейтін төрт DDR4 модулі үшін бірыңғай шина ретінде жұмыс істей алады. Алайда, DDR4 RAM үшін екі немесе одан да көп HTX 3.1 шиналары қажет болуы мүмкін, бұл оның бірыңғай тасымалдау құралы ретіндегі тиімділігін төмендетеді.

Байланыстар мен бағалар

HyperTransport төрт нұсқада шығарылады – 1.x, 2.0, 3.0 және 3.1, олардың жұмыс жиілігі 200 МГц-ден 3,2 ГГц-ге дейін. Бұл сонымен қатар DDR немесе «қос дерек жылдамдығы» байланысы, яғни ол сағат сигналының өрлеу және төмендеу кезінде деректерді жібереді. Бұл 3,2 ГГц жиілікте жұмыс істегенде 6400 МТ/с ең жоғары деректерді беру жылдамдығын қамтамасыз етеді. Қазіргі есептеу жүйелерінде жұмыс жиілігі негізгі плата чипсетімен (Солтүстік көпір) автоматты түрде келісіледі. HyperTransport бір байланысқа 2-ден 32-ге дейін биттік енді автоматты түрде таңдай алады; әр HyperTransport шинасында екі бір бағытты байланыс бар. 3.1 нұсқасының енгізілуімен, толық 32 биттік байланыстарды пайдалану және HyperTransport 3.1 спецификациясының толық жұмыс жиілігін қолдану арқасында теориялық деректерді беру жылдамдығы 25,6 ГБ/с (3,2 ГГц × сағат циклына 2 рет × байланысқа 32 бит) бір бағытта немесе 51,2 ГБ/с жиынтық өткізу қабілетіне жетеді. Бұл оны ПК жұмыс станциялары мен серверлерге арналған көптеген қазіргі автобус стандарттарынан, сондай-ақ жоғары өнімді есептеулер мен желілерге арналған көптеген автобус стандарттарынан жылдам етеді. Әртүрлі ені бар байланыстарды бір жүйелік конфигурацияда біріктіруге болады, мысалы, бір CPU-ға 16 биттік байланыс, ал шеткі құрылғыға 8 биттік байланыс орнатуға болады. Бұл CPU-лар арасындағы кеңірек өзара байланысқа және қажет болған жағдайда шеткі құрылғыларға арналған төменірек өткізу қабілетіне мүмкіндік береді. Сондай-ақ, бір 16 биттік байланысты екі 8 биттік байланысқа бөлуге болатын байланысты бөлу функциясы қолдау көрсетіледі. Технологияның басқа шешімдерге қарағанда төменгі кешігу уақыты бар, себебі оның жүктемесі төмен. Электрлік тұрғыдан HyperTransport 1,2 В кернеуде жұмыс істейтін төмен кернеулі дифференциалдық сигнализацияға (LVDS) ұқсас. HyperTransport 2.0 курсордан кейінгі беріліс демпферлеуін қосты. HyperTransport 3.0 шашырауды және қабылдағыш фазасын реттеуді, сондай-ақ қосымша таратушы прекурсор демпферлеуін қосты.

Пакетке бағдарланған

HyperTransport пакеттік негізде жұмыс істейді, онда әрбір пакет байланыстың физикалық еніне қарамастан, 32 биттік сөздер жиынтығынан тұрады. Пакеттің алғашқы сөзі командалық өрісті қамтиды. Көптеген пакеттер 40 биттік адрес тасымалдайды. 64 биттік адрестеу қажет болған жағдайда, қосымша 32 биттік басқару пакеті бастапқы ретінде қосылады. Деректер жүктемесі басқару пакетінен кейін жіберіледі. Аударулар нақты ұзындығына қарамастан, әрқашан 32 биттің есесіне дейін толықтырылады. HyperTransport пакеттері өзара байланысқа біт-уақыттары деп аталатын сегменттер арқылы енеді. Қажетті біт-уақыттарының саны байланыс еніне байланысты. HyperTransport сонымен қатар жүйелік басқару хабарламаларын, үзілістерді сигналдауды, жақын құрылғыларға немесе процессорларға сұрау салуды, I/O транзакцияларын және жалпы деректер транзакцияларын қолдайды. Жазу командаларының екі түрі қолдау көрсетіледі: растаулы және растаусыз. Растаулы жазулар нысанадан жауап алуды қажет етпейді. Бұл әдетте бірыңғай жадқа қол жеткізу трафигі немесе жадқа тікелей қол жеткізу сияқты жоғары өткізгіштік құрылғылар үшін қолданылады. Растаусыз жазулар нысананың орындалғаны туралы жауап түрінде қабылдаушыдан жауап талап етеді. Оқу операциялары оқылған деректерді қамтитын жауапты талап етеді. HyperTransport PCI тұтынушы/өндіруші ретін сақтау моделін қолдайды.

Қуатпен басқарылатын

HyperTransport қуатты басқаруға да мүмкіндік береді, себебі ол Advanced Configuration and Power Interface (ACPI) спецификациясына сәйкес келеді. Бұл процессордың ұйықтау күйлеріндегі (C күйлері) өзгерістер құрылғылардың күйлеріндегі (D күйлері) өзгерістерді хабарлай алады, мысалы, процессор ұйықтағанда дискілерді өшіру. HyperTransport 3.0 орталық қуатты басқару контроллеріне қуатты басқару саясатын жүзеге асыруға қосымша мүмкіндіктер қосты.

Алдыңғы жақтағы шинаны ауыстыру

HyperTransport-тың басты қолданысы – Intel процессорларының әр түріне қарай өзгеретін Intel-дің алдыңғы шинасын (front side bus) алмастыру. Мысалы, Pentium процессорын тікелей PCI Express шинасына қосу мүмкін емес, жүйені кеңейту үшін алдымен адаптерден өтуі керек. Патенталды алдыңғы шина AGP немесе PCI Express сияқты түрлі стандартты шиналарға қосылу үшін адаптерлерді қажет етеді. Бұл адаптерлер әдетте солтүстік және оңтүстік көпірлер сияқты тиісті басқару функцияларының құрамына кіреді. Ал HyperTransport – көп компаниядан тұратын консорциум жариялаған ашық спецификация. Бір HyperTransport адаптері HyperTransport қолдауы бар микропроцессорлардың кең ауқымымен жұмыс істейді. AMD HyperTransport-ты Opteron, Athlon 64, Athlon II, Sempron 64, Turion 64, Phenom, Phenom II және FX процессорлар отбасыларында алдыңғы шинаны алмастыру үшін пайдаланды.

Көп процессорлы өзара байланыс

HyperTransport-тың тағы бір қолданылуы – NUMA көппроцессорлы компьютерлердегі өзара байланыс ретінде пайдалану. AMD HyperTransport-ты өзінің эксклюзивті кэш-когеренттілік кеңейтуімен бірге Opteron және Athlon 64 FX (Dual Socket Direct Connect (DSDC) Architecture) процессорларының тізбегінде Direct Connect Architecture-ның бір бөлігі ретінде қолданды. EPYC серверлік процессорларымен қолданылатын Infinity Fabric – HyperTransport-тың кеңейтілген нұсқасы. Newisys компаниясының HORUS өзара байланысы осы ұғымды үлкен кластерлерге дейін жеткізеді. 3Leaf Systems компаниясының Aqua құрылғысы процессорларды, жадты және I/O-ны виртуалды түрде өзара байланыстырады.

Маршрутизаторды немесе коммутаторды алмастыру

HyperTransport маршрутизаторлар мен коммутаторларда шина ретінде де қолданылуы мүмкін. Маршрутизаторлар мен коммутаторлардың бірнеше желілік интерфейстері болады және олар осы порттар арасындағы деректерді мүмкіндігінше жылдам жеткізуі керек. Мысалы, төрт портты, 1000 Мбит/с Ethernet маршрутизаторына ең көп дегенде 8000 Мбит/с ішкі өткізу қабілеті қажет (1000 Мбит/с × 4 порт × 2 бағыт). HyperTransport осы қолданбаға қажетті өткізу қабілеттен әлдеқайда жоғары. Дегенмен, 4 + 1 портты 10 Гбит/с маршрутизаторға 100 Гбит/с ішкі өткізу қабілеті қажет болады. Оған 802.11ac 8 антеннасын және WiGig 60 ГГц стандартын (802.11ad) қоссақ, HyperTransport қолдануға ыңғайлырақ болады (қажетті өткізу қабілетті қамтамасыз ету үшін 20 мен 24 жолақ қолданылуы мүмкін).

Копроцессордың өзара байланысы

CPU және копроцессорлар арасындағы жайласу (latency) және өткізу қабілеті (bandwidth) мәселесі олардың іс жүзінде қолданылуына үнемі кедергі келтіретін негізгі фактор болды. HyperTransport шинасына қол жеткізе алатын және аналық платаға енгізілетін FPGA сияқты копроцессорлар пайда болды. Екі ірі өндірушінің (Altera және Xilinx) қазіргі буындағы FPGA-лары HyperTransport интерфейсін тікелей қолдайды және IP ядролары қолжетімді. XtremeData, Inc. және DRC сияқты компаниялар осы FPGA-ларды (DRC жағдайында Xilinx) алып, FPGA-ларды тікелей Opteron сокетіне орнатуға мүмкіндік беретін модульдерді құрайды. AMD 2006 жылдың 21 қыркүйегінде HyperTransport-ты қосымша карталар мен копроцессорлар үшін пайдалануды одан әрі дамыту мақсатында Torrenza атты бастаманы іске қосты. Бұл бастама олардың "F сокетін" XtremeData және DRC сияқты қосымша платалар үшін ашты.

Қосымша картаны қосу құрылғысы (HTX және HTX3)

Гипертранспорт консорциумы HyperTransport интерфейсін қолдана отырып, слоттық перифериялық құрылғының микропроцессорға тікелей қосылуын қамтамасыз ететін коннектор спецификациясын жариялады. Ол HyperTransport eXpansion (HTX) деп аталады. 16 жолақты PCI Express слоты сияқты бірдей механикалық коннектордың кері нұсқасын (қуат тіректері үшін x1 коннекторымен бірге) пайдалана отырып, HTX жүйелік жадқа тікелей CPU және DMA қолжетімділігін қолдайтын қосымша карталарды жасауға мүмкіндік береді. Бұл слотқа арналған алғашқы карта QLogic InfiniPath InfiniBand HCA болды. IBM және HP, сондай-ақ басқа да компаниялар HTX стандартымен үйлесімді жүйелерді шығарды. Алғашқы HTX стандарты 16 биттік және 800 МГц жиілікпен шектелген. 2008 жылдың тамызында Гипертранспорт консорциумы HTX3-ті жариялады, ол HTX сағатының жиілігін 2,6 ГГц-ға дейін кеңейтті (5,2 ГТ/с, 10,7 ГТи, 5,2 ГГц нақты дерек жылдамдығы, 3 МТ/с өңдеу жылдамдығы) және кері үйлесімділікті сақтап қалды.

Сынау

"DUT" сынақ қосылғышы стандартталған функционалдық сынақ жүйелерінің өзара байланысын жасау мақсатында анықталған.

Жиілік ерекшеліктері

Гиперкөлік нұсқасы Жыл Макс. HT жиілігі Макс. байланыс ені Макс. жиынтық жолақты ені (ГБ/с) екі бағытты 16 бит бір бағытты 32 бит бір бағытты* 1.0 2001 800 МГц 32 бит 12.8 3.2 6.4 1.1 2002 800 МГц 32 бит 12.8 3.2 6.4 2.0 2004 1.4 ГГц 32 бит 22.4 5.6 11.2 3.0 2006 2.6 ГГц 32 бит 41.6 10.4 20.8 3.1 2008 3.2 ГГц 32 бит 51.2 12.8 25.6 * AMD Athlon 64, Athlon 64 FX, Athlon 64 X2, Athlon X2, Athlon II, Phenom, Phenom II, Sempron, Turion сериялары және одан кейінгілері бір 16 биттік HyperTransport байланысын пайдаланады. AMD Athlon 64 FX (1207) және Opteron процессорлары үш 16 биттік HyperTransport байланысын қолдайды. Бұл процессорлық байланыстар үшін ең көп қолданылатын сағат жылдамдықтары 800 МГц-тан 1 ГГц-қа дейін (754/939/940 байланыстарындағы ескі, бір және көп процессорлық жүйелер үшін) және 1.6 ГГц-тан 2.0 ГГц-қа дейін (AM2+/AM3 байланыстарындағы жаңа, бір процессорлық жүйелер үшін – көбінесе 2.0 ГГц қолданатын жаңа CPU-лар). HyperTransport өзі 32 биттік ені бар байланыстарға қабілетті болғанымен, қазіргі уақытта ешбір AMD процессоры оны пайдаланбайды. Кейбір чипсеттер тіпті процессорлар қолданатын 16 биттік енді де пайдаланбайды. Оларға Nvidia nForce3 150, nForce3 Pro 150 және ULi M1689 кіреді – олар 16 биттік HyperTransport төменгі бағытталған байланысын қолданады, бірақ HyperTransport жоғары бағытталған байланысын 8 битпен шектейді.

Атауы

HyperTransport-қа қатысты HT терминінің қолданылуы мен кейін Intel-дің Hyper Threading мүмкіндігін, әсіресе Pentium 4 негізіндегі және жаңа Nehalem мен Westmere негізіндегі Intel Core микропроцессорларында қолдану арасында маркетингтік шатасу туды. Гипер желілік технология ресми түрде Гипер желілік технология (ГТТ) немесе ГТ технологиясы деп аталады. Осы шатасу мүмкіндігіне байланысты, HyperTransport консорциумы әрқашан толық жазылған түрін қолданады: "HyperTransport".

Infinity матасы

Infinity Fabric (IF) – AMD компаниясы 2016 жылы GPU және CPU-лардың өзара байланысы ретінде жариялаған HyperTransport технологиясының кеңейтілген нұсқасы. Ол сондай-ақ CPU және GPU арасындағы байланыс үшін чиптер арасындағы өзара байланыс ретінде (Гетерогенді жүйелік архитектура үшін) Infinity Architecture деп аталатын құрылым ретінде де қолданылады. Компания Infinity Fabric 30 ГБ/с-тан 512 ГБ/с-қа дейін кеңейе алатынын және оның Zen негізіндегі процессорлар мен Vega GPU-ларында қолданылатынын мәлімдеді, олар кейіннен 2017 жылы шығарылды. Zen және Zen+ процессорларында "SDF" деректер өзара байланыстары DRAM жады жиілігімен (MEMCLK) бірдей жиілікте жұмыс істейді, бұл әртүрлі жиіліктерден туындаған кешігуді жою мақсатында жасалған шешім. Осының нәтижесінде, жылдам RAM модулін пайдалану бүкіл шинаны жылдамдатады. Байланыстар HT сияқты 32 бит енді, бірақ цикл ішінде 8 трансферт (128 биттік пакеттер) жүзеге асырылады, бұл бастапқы 2-ге қарағанда көп. Жоғары қуат тиімділігі үшін электрлік өзгерістер енгізілді. Zen 2 және Zen 3 процессорларында IF шинасы DRAM жиілігімен 1:1 немесе 2:1 қатынаста бөлек жиілікте жұмыс істейді, себебі Zen-нің алғашқы кезеңінде жоғары жылдамдықтағы DRAM, IF жылдамдығына және жүйе тұрақтылығына әсер еткен. Сонымен қатар, шина ені екі есеге артты. Zen 4 және одан кейінгі процессорларда IF шинасы DDR5 мүмкіндіктеріне сәйкес келетін жоғары жиіліктерді қамтамасыз ету үшін DRAM-нан асинхронды жиілікте жұмыс істей алады.