UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMAN, TACNA
Facultad de: INGENIERÍA
Escuela Académico profesional de: INGENIERÍA EN INFORMÁTICA Y SISTEMAS
“TECNOLOGÍA HYPER TRANSPORT”
Monografía presentada por:
Poleth Alanoca Ramírez Victor Mamani Hualpa Herson Urbina Cayo Alex Poma Pancaya
Tacna 08 de julio del 2013
I. INTRODUCCIÓN
La necesidad de soportar procesadores y memorias de alto desempeño e integrar dispositivos lentos de entrada-salida, ha llevado al desarrollo de nuevas tecnologías para la interconexión de entrada y salida. AMD, Alpha Processors, y API networks desarrollaron la tecnología HyperTransport como resultado del esfuerzo de aquellas compañías y sus asociados para simplificar e integrar tráfico de alta velocidad entre procesadores de alta velocidad, memorias y dispositivos de I/O.
La arquitectura planteada por HT es tan revolucionaria que incluso el mayor competidor de AMD, Intel, ha modificado el diseño de sus procesadores para que incluyan las principales características de HT. Para ello, Intel ha desarrollado una nueva tecnología de interconexión propietaria, llamada Quick Path Inter connects.
¿Por qué surge?
La tecnología HyperTransport fue desarrollada para:
Proporcionar un ancho de banda significativamente mayor que el de las actuales tecnologías.
Utilizar respuestas de baja latencia y bajo recuento de pines Mantener la compatibilidad con buses heredados, permitiendo
al mismo tiempo una extensión para nuevo buses SNA (Systems Network Architecture).
Aparecer de manera transparente en los sistemas operacionales y ofrecer bajo impacto sobre los drivers de los periféricos.
Causas
La velocidad de los componentes de los PC está aumentando continuamente. El ancho de banda actual entre el Northbridge y el Southbridge, origina un cuello de botella para el rendimiento del PC.
Desarrollo de nuevas tecnologías responsables de un incremento en la demanda de ancho de banda adicional.
Northbridge y SouthbridgeSon chipsets que gestionan funciones de comunicaciones en la mayoría de las placas madre de PC, suelen estar en la mayoría de las Pcs actuales. El primero gestiona los componentes que requieren la más alta comunicación entre estos. El segundo gestiona las más básicas y lentas de E/S como: puertos serie, puertos USB e IDE. Southbridge está conectado al bus PCI de Northbridge.
II. OBJETIVOS Definir de manera clara y comprensible la tecnología HyperTransport. Comprender las necesidades de generar esta tecnología. Reconocer las mejoras de prestaciones que provee la tecnología
desarrollada por AMD llamada HyperTransport. Mostrar el funcionamiento de la tecnología HyperTransport. Conocer las ventajas que nos brinda la tecnología HyperTransport. Realizar un análisis del futuro de esta tecnología.
III. DESARROLLO DEL TEMA1. Definición
La tecnología HyperTransport es una conexión punto a punto de alta velocidad y baja latencia, diseñada para aumentar la velocidad de las comunicaciones entre los circuitos integrados en computadoras, servidores, sistemas integrados y equipos de redes y telecomunicaciones hasta en 48 veces más que los sistemas existentes.
HyperTransport es una tecnología que habilita la interconexión de procesadores entre ellos, y con dispositivos de E/S. Proporciona una latencia extremadamente baja, gran ancho de banda y una excelente escalabilidad. Se distingue de las otras porque es la única que se encuentra integrada en el chip del procesador.
HyperTransport es una tecnología de estándar abierto gestionada, promovido y con licencia para la industria en general por el Consorcio HyperTransport formada el 2001, impulsando un mayor rendimiento, características y flexibilidad de la arquitectura a través de nuevas revisiones del enlace HyperTransport, las especificaciones de alta cuenta de nodo y una amplia cartera de conector HT y las normas por cable.
2. Descripción de la Arquitectura de E/S de HyperTransport
La tecnología HyperTransport está diseñada para incrementar las prestaciones globales mediante la eliminación de cuellos de botella en la E/S, lo cual mejora notablemente el ancho de banda y reduce la latencia. La siguiente figura muestra algunas de las áreas donde HyperTransport alivia los posibles cuellos de botella.
A continuación se exponen los puntos más destacables de la arquitectura HyperTransport:
1) FSB del procesador
Para un rendimiento óptimo, el ancho de banda del FSB debe escalarse con incrementos de velocidad del procesador. El actual ancho de banda del FSB de la séptima generación de las plataformas de AMD es del orden de 2,1GB/s. Sustituyendo lo que ha sido tradicionalmente el FSB por unas conexiones de E/S basadas en la tecnología HyperTransport se consigue una dramática extensión del ancho de banda desde los 2,1GB/s hasta los 6,4GB/s (y potencialmente 12,8GB/s con dispositivos futuros).
2) Interfaz de memoria
Cuando ocurre un fallo en la caché, el procesador debe traer información de memoria principal. En la arquitectura Northbridge/Southbridge, las transacciones de memoria deben pasar por el chip Northbridge, creando latencias adicionales que reducen el rendimiento potencial. Para ayudar a resolver este cuello de botella, AMD incorpora el controlador de memoria en su octava generación de procesadores. La interfaz directa a memoria puede reducir significativamente la latencia vista desde el procesador. Esta latencia
continuará descendiendo a medida que la frecuencia del procesador se escale. Además, los mecanismos de movimiento de datos, tanto software como hardware, podrán reducir la latencia efectiva de la memoria vista desde el procesador.
Esta reducción de la latencia de la memoria junto al incremento del ancho de banda disponible directamente para el procesador, resultante de la optimización en el diseño de la arquitectura, no pueden más que resultar tremendamente beneficiosas para las prestaciones del sistema y todos los segmentos de aplicación.
3) Interconexión chip a chip
Los esquemas actuales ofrecen unos rendimientos de procesamiento del orden de 266MB/s hasta 1GB/s. Estos valores deberían ser suficientes para las plataformas de sobremesa; sin embargo, se requiere una interfaz más robusta para las estaciones de trabajo, servidores y otras plataformas futuras. La integración simultánea de las tecnologías de alta velocidad como AGP-8x, Gigabit Ethernet, PCI-X, Infiniband, etc. En las plataformas más sofisticadas dispararán las capacidades de ancho de banda de las interfaces existentes. La tecnología HyperTransport provee una interconexión entre chips, de alta velocidad, que elimina virtualmente los cuellos de botella en la E/S y deja un amplio espacio libre para el crecimiento futuro.
4) Mejora de prestaciones : Mejora de prestaciones: Capacidades de expansión de E/S hacia la industria de buses de alta velocidad
El hecho de agregar funcionalidades de alta velocidad debería hacerse en uno de los siguientes modos:1. La funcionalidad debería fijarse a una interfaz existente, como PCI. Sin embargo, un bus actual no tendría suficiente ancho de banda para soportar tecnologías de alta velocidad, especialmente cuando múltiples buses o combinaciones de buses debieran soportarse simultáneamente.2. La funcionalidad debería ser agregada directamente a la interfaz del bus de alta velocidad mediante un dispositivo puente. Sin embargo, la naturaleza de esta solución limitaría el número de componentes disponibles de vendedores, impactando así sobre costes y disponibilidad.3. La funcionalidad debería ser integrada en uno de los "núcleos lógicos". Ésta solución es la menos flexible, ya que un amplio rango
de componentes deberían ser creados para cada combinación de características deseadas en los buses.
Buses a velocidades de gigabits por segundo
HyperTransport es un nueva arquitectura de bus de alta velocidad que reduce los cuellos de botella y aumenta hasta 24 veces el rendimiento de los equipos de comunicación, como PC, estaciones de trabajo, servidores, routers Internet, conmutadores ópticos, redes, centrales de conmutación y estaciones base celulares.
Actualmente en proceso de revisión para su estandarización, HyperTransport es una tecnología escalable de interconexión punto a punto que aporta un enlace de alta velocidad y elevado rendimiento. Esta conexión universal reduce el número de buses a instalar en un sistema y permite a los chips presentes en los equipos informáticos, de networking o de comunicaciones, comunicarse entre sí hasta 24 veces más rápido que las tecnologías actuales. Además, es compatible con el muy difundido PCI, por lo que no es necesario perder tiempo y dinero en reescribir el código del software basado en este estándar.HyperTransport se basa en una arquitectura escalable que incrementa enormemente la capacidad de proceso de las transacciones de bus sobre las tecnologías E/S existentes, como PCI, PCI-X y AGP. Aunque las arquitecturas de bus E/S heredadas se utilizan ampliamente debido a su bajo precio y facilidad de implementación, alcanzan su punto máximo a alrededor de los 66 MHz. Sin embargo, los procesadores de hoy corren a frecuencias de reloj de 500 MHz a más de 1 GHz, y ya están en camino otros más rápidos. Por suerte, la arquitectura de bus E/S de HyperTransport escala desde configuraciones modestas con relativamente bajas velocidades de reloj (200 MHz) a velocidades de reloj de 800 MHz a más de 32 bits.
Fábrica de túnelesUna opción para conseguir más ancho de banda es adoptar PCI-X, que opera a 133 MHz. Pero PCI-X cuenta con la limitación de que sólo puede soportar un dispositivo periférico, mientras que el tradicional PCI admite cuatro e HyperTransport ¡hasta 31! Además, con un conmutador es capaz de soportar incluso más dispositivos, creando una enorme “fábrica” HyperTransport (túneles que actúan como bloques de E/S), preservando relativamente los costes del hardware y los sistemas.Finalmente, HyperTransport aporta el beneficio potencial de un bajo coste de implementación, además de su flexibilidad, escalabilidad y muy elevado ancho de banda. Y, a medida que vaya siendo adoptado por los fabricantes, permitirá sacar partido de economías de escala.
La nueva arquitectura de bus E/S proporciona el ancho de banda que requerirá la próxima generación de PC, servidores y sistemas de comunicaciones. Como estándar multifabricante y fácilmente implementable, ofrecerá una amplia gama de velocidades y anchos de bus a fin de adaptarse a los requerimientos de potencia, espacio y coste de un amplio conjunto de sistemas, desde sobremesas de bajo precio a equipamiento de networking, comunicaciones y aplicaciones digitales.
3. Funcionamiento
HyperTransport (HT) es actualmente el bus con mejores prestaciones en ordenadores de consumo. El estándar lo define un grupo de fabricantes llamado "HyperTransport Consortium". La versión 1.0 se publicó en 2001 y la utilizó AMD para interconectar sus procesadores Opteron y siguientes. La última versión (3.1) se ha publicado en 2008. El funcionamiento básico de un bus HT es el mismo en todas las versiones.
Esta tecnología se basa en un enlace half-duplex de un bit que usa señalización diferencial de bajo voltaje. A partir de este elemento básico, se establecen buses con un número variable de enlaces (entre 2 y 32, normalmente potencias de 2). A la hora de establecer un enlace, las 2 partes negocian el número de lineas a utilizar en cada sentido (puede ser un enlace asimétrico). La comunicación se realiza de manera asíncrona y es DDR, es decir se transmite 2 veces por ciclo.
Los sucesivos estándares han añadido ciertas funcionalidades, pero sobre todo han aumentado la frecuencia de funcionamiento. En la primera versión, HT funcionaba a un máximo de 800 MHz lo que supone, 12.8 GB/s para un enlace de 32 bits. Esta velocidad ha crecido hasta 3.2 GHz en el estándar 3.1, con lo que se pueden conseguir tasas de transferencia de 51.2 GB/s.
La comunicación se realiza mediante paquetes, siguiendo un protocolo parecido a los utilizados en redes de comunicaciones. Los dispositivos tienen asignadas direcciones de 40 bits. Un paquete está formado por un conjunto de palabras de 32 bits. Los paquetes pueden ser de control o de datos. Los paquetes de control contienen
comandos y los parámetros que sean necesarios. Después de un paquete de control puede transmitirse si se desea un paquete de datos, como en el siguiente ejemplo:
HyperTransport está pensado para utilizarse como método de señalización y paso de mensajes para controlar un sistema, generar interrupciones y lógicamente transferencia de datos con o sin confirmación por parte del otro extremo de la comunicación. Tiene muchas características interesantes como que está diseñado para poder mapear fácilmente PCI, PCI-X y PCI-Express a partir de la versión 2.0, permite conectar y desconectar elementos en caliente (desde la versión 3.0) y se puede ajustar dinámicamente el ancho y la frecuencia de un enlace (también desde la versión 3.0), entre otras.
Este tipo de bus suele utilizarse para interconectar varios elementos dentro de un sistema. Como ya se ha comentado, AMD lo utiliza para interconectar sus procesadores y como sustituto del FSB. También puede implementarse en los últimos FPGAs de Altera y Xilinx, por lo que algunas compañías los usan como coprocesadores, que se comunican con el procesador usando este estándar. Hay 2 especificaciones de conectores de tipo slot en el estándar por lo que puede utilizarse como sustituto de PCI-Express a la hora de añadir slots de expansión a una placa base.
4. Ventajas
Reducción de la latencia de la memoria junto al incremento del ancho de banda disponible directamente para el procesador.
Esta velocidad ha crecido hasta 3.2 GHz en el estándar 3.1, con lo que se pueden conseguir tasas de transferencia de 51.2 GB/s.
Permite conectar y desconectar elementos en caliente, y se puede ajustar dinámicamente el ancho y la frecuencia de un enlace.
Pensado para utilizarse como método de señalización y paso de mensajes para controlar un sistema, generar interrupciones y lógicamente transferencia de datos con o sin confirmación por parte del otro extremo de la comunicación.
La tecnología HyperTransport es útil para reducir el número de buses dentro del sistema y ofrece un enlace de elevado rendimiento para aplicaciones incrustadas. Con la tecnología HyperTransport, los chips dentro de los PC (dispositivos de red y de comunicaciones para comunicarse entre ellos) pueden funcionar a una velocidad hasta 40 veces mayor que la de
las tecnologías existentes. HyperTransport está diseñado especialmente para funcionar con circuitos con tecnología por debajo de .13 micras.El objetivo de HyperTransport no es sustituir a otras tecnologías de E/S, sino más bien ofrecer una interconexión chip a chip muy estandarizada que cumpla los requisitos de transferencia de datos de la memoria y de los elementos de E/S, pero puede conectar fácilmente también tanto los dispositivos tradicionales de E/S de baja velocidad como los nuevos canales de E/S de alta velocidad.
Esta tecnología esta ideada para los juegos los cuales requieren alta demanda del procesador, su performance se observa en servidores.
Esta tecnología es utilizada en las consolas Xbox de Microsoft, las tarjetas nForce e NVIDIA, los procesadores Athlon y Opteron de AMD, ciertos equipos Cisco.
5. El futuro de la tecnología HyperTransport
Actualmente (2008), AMD, Apple, Broadcom Corporation, Cisco System, nVIDIA, SGI, Sun Microsystem y Transmeta han dirigido un consorcio de líderes de la industria para desarrollar la tecnología HyperTransport. La tecnología HyperTransport ha ganado un buen soporte de la industria gracias a su compatibilidad con los sistemas basados en PCI. La tecnología HyperTransport permite a los fabricantes de equipos para redes aumentar de forma inmediata el número de puertos y el ancho de banda de sus equipos con muy pocos o con ningún cambio ni en el software ni en la arquitectura.
IV. CONCLUSIONES
Las especificaciones resultantes del HyperTransport, definen una forma práctica, de alto rendimiento, altamente optimizada con arquitectura de alto nivel, ideada para un rango de aplicaciones que va desde sistemas embebidos, computadores personales, portátiles, servidores, equipos de redes, e incluso supercomputadores.
Se concluye que la arquitectura de buses es muy importante para la comunicación de datos; por lo tanto, se busca la mejor forma de realizar este proceso. Por esta razón la arquitectura HyperTransport se desarrolló para buscar una mejora del rendimiento.
Sabiendo ahora que HyperTransport es una avanzada interfaz del bus de E/S que proporciona una elevada velocidad de transmisión (8 GB/s.) entre el un acelerador grafico Professional y el CPU, esto lleva a concluir que definitivamente esta nueva tecnología ha sido un gran aporte para los nuevos avances recientemente presentados en el mundo de la tecnología y la informática.
HyperTransport es una tecnología de comunicaciones bidireccional, que funciona tanto en serie como en paralelo, y que ofrece un gran ancho de banda en conexiones punto a punto de baja latencia.
HyperTransport es una tecnología universal de comunicaciones entre chips que ofrece a los circuitos integrados de una tarjeta principal un enlace avanzado de alta velocidad y alto desempeño; es una conexión universal que está diseñada para reducir el número de buses dentro de un sistema.
La tecnología HyperTransport nos permite conectar y desconectar dispositivos en este bus sin parar previamente el equipo, ideal para servidores.
Con la tecnología HyperTransport se obtendrá un mejor rendimiento de las computadoras ya que podrán intercambiar datos en una velocidad instantánea.
V. BIBLIOGRAFÍA
Video
Instituro Federal de Educación, Ciencia y Tecnología
Bus Hypertransport
2011
http://www.youtube.com/watch?v=ehLYRGA4Rro
(AMD hypertransport, canal: lojadeltg, Subido el 30/11/2007, idioma: portugués)
Universidad Católica Nuestra Señora de la Asunción
PROCESADORES DE 64BIT: ITANIUM VS OPTERON
Septiembre de 2004
Francisco Saifildin
Félix Ovelar
HT_General_Overview
Universidad de Córdoba
Microprocesadores multinúcleo
13 de diciembre de 2008
José Ignacio Álvarez Ruiz
Página Web
Universidad Católica Santo Toribio de MogrovejoEnlace punto a punto de alta velocidad - HypertransportChiclayo 29 de noviembre de 2008Iván Guevara Vásquez
Enlaces
http://www.hypertransport.org/default.cfm? page=ConsortiumCurrentMembers
http://tecnologiaht.blogspot.com/2006/03/tecnologia- hypertransport.html
http://www.hypertransport.org/default.cfm?page=Technology http://www.hypertransport.org/docs/uploads/HT_General_Overview.pdf http://ivan-hypertransport.blogspot.com/ http://www.tecnotopia.com.mx/mecatronica/hypertransport.htm
