[转帖]深度解读：传奇的Alpha处理器

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来源：科技新报（台）

长期关心处理器技术发展者，这20年来，很难不每隔一段时间就会偶尔听到「这技术受Alpha影响」、「这是出自于前Alpha研发团队成员的杰作」，甚至老一辈军武迷，或多或少也会听闻「传说某某某尖端武器有用到地球最快的处理器」，而英特尔晶圆厂在2005年还在使用Alpha服务器控制内部所有流程（AMD那时已全面改换自家Opteron），更曾是某些坚定反抗Wintel阵营的骨灰级老人茶余饭后的闲聊话题。

此外，神威·太湖之光超级计算机用的神威CPU技术来源也是DEC的Alpha21164。

最近因某位发迹于DEC（Digital Equipment Corporation）的Alpha研发团队，往返于AMD与英特尔的「处理器游侠」JimKeller被多次介绍之后，让充满传奇的昔日王者Alpha处理器，似乎又吸引诸多关注的目光。

事实上，Alpha不但曾在1990年代叱咤风云好一阵时日，因一系列商业购并而四散各方的技术研发团队，更对处理器业界造成极度深远的影响，从AMDK7 诞生并引进EV6总线、Sun的超级多核心多执行绪ThroughputComputing、AMD在推土机时代的丛集多执行绪（Cluster-basedMulti-Threading，CMT）、根本是EV7总线借尸还魂的英特尔QPI，到150位Alpha最终团队成员归宿的英特尔8核心Itanium「Poulson」，皆为Alpha的贡献。

但要了解Alpha前，必须先或多或少了解DEC这间公司在Alpha之前的早期产品与历史，才会切身感受为何Alpha能如此独树一帜。

「微型计算机」先驱的DEC

早期「电脑」可一点也不小，动辄好几个机柜甚至塞满一整个房间者比比皆是，所谓的「微型计算机」也只是相对概念，而「单芯片微处理器」更不是理所当然的产物。

DEC公司成立于1957年，算是早期计算机产业的先驱企业之一，1960年代推出18位元PDP-1（ProgrammedData Processor，程序化数字处理器），并让关在研究室的使用者，除了操作这台由四个机柜组成的「昂贵打字机」外，更可以用价值12万美元的PDP-1玩世界首款电脑游戏《Spacewar》。PDP-1总计生产53台，这稀少的数量，今天只会让人第一时间想到超级电脑。

因体积较小而被誉为世界第一台微型计算机的12位元PDP-8发表于1964年，靠着平均售价仅18,000美元的极高性价比，DEC生产并销售超过1,450台PDP-8。DEC也持续发展在商业取得重大成功的PDP家族，吸引大量对应操作系统。其中最具代表性者，莫过于AT&T的贝尔实验室，1971年于PDP-7和对后世影响深远的PDP-11，开发出第一个Unix操作系统。

PDP-11借高度「正交性」（Orthogonal，后面会解释）、通用暂存器、并丰富定址模式的指令集架构，并大幅降低生产成本，而获取空前成功，在市场存活长达20年，催生大量出自东欧共产国家和前苏联的复制版本。

DEC以其为基础，开发在1977年发表的32位元架构VAX（Virtual Address eXtension，虚拟位址扩展）计算机Model11/780，隔年进一步推出基于VAX架构的原生操作系统VMS（VirtualMemory System，虚拟存储器系统），具备大量当时前所未见的崭新技术。

1980年代，从小型工作站到六处理器的大型服务器，都是VAX的「守备范围」，也让DEC赚进大把大把钞票。笔者在20世纪末期的大学时代，修习SAS数据处理课程，也是使用古老的VAX系统，普及甚广之程度，由此可见一斑，象征DEC在1980年代的辉煌，DEC也因注册VAX商标，和一家本来就叫VAX的真空吸尘器厂商闹上法庭。

让VAX「逆向归类」成CISC的RISC风潮

但RISC潮流却即将袭来。1980年，加州大学柏克莱分校DavidPatterson 教授著名的论文，创造了「RISC」（ReducedInstruction Set Computer，精简指令集电脑）一词，间接产生对比用的CISC（ComplexInstruction Set Computer，复杂指令集电脑），并在1981年实作第一颗RISC处理器RISCI。

同时，斯坦福大学JohnHennessy 教授也提出MIPS（Micro processor without Interlocked Pipeline Stages）指令集，1984年开设MIPS公司并推出R2000处理器，有经历过SGI绘图工作站全盛时期或知悉Sony Play Station 2 心脏EmotionEngine 里塞了一颗R4000核心的读者，绝对不可能不知道MIPS的大名。

后来DavidPatterson 和JohnHennessy 共同著作的两本教科书：俗称「白算盘」（之后因应潮流，封面变成iPad的虚拟算盘）的《计算机组织与设计：软硬件介面》（Computer Organization and Design: the Hardware /SoftwareInterface）与《计算机结构：计量方法》（Computer Architecture: A Quantitative Approach），更是大学资讯相关科系的必备教科书，别说计算机结构课程的期中考和期末考（笔者还为了写作业，跑去买解答本），研究所考试更不可能不考里面内容。

像「x86指令集大概只有设计它的人才会喜欢」之类的负面评论之所以「深植人心」，这两位当代RISC大师的巨著绝对功不可没，至于为何计量方法第一版的内容会和白算盘初版有那么多的重叠，那就不在本文讨论范围了，搞不好这两位大师一开始只想写一本书也说不定。

这些努力，除了让更早期的类似概念产品与相关研究（如CDC6600和IBM801 实验性迷你主机）的成果渐渐浮上水面，更促使更多公司投入RISC处理器的研究与开发。当然，也包含DEC，VAX也因RISC诞生而「逆向归类」成CISC家族的成员，而且还是恶名昭彰的经典。

研发Alpha是DEC不得不面对的挑战

DEC在1982~1984年间展开RISC的相关研究，1985年整并4个研究案，成为单一PRISM（ParallelReduced Instruction Set Machine，平行精简指令集计算机）计划，并参与MIPSR3000 处理器研发，也让PRISM拥有许多和MIPS相似的特性。

问题来了，既然PRISM跟MIPS这么像，那DEC为何不干脆直接采用MIPS算了？干么大费周章「为了喝牛奶养一整座牧场」，1988年DEC管理高层决定采用MIPS处理器，终止觉得浪费钱的PRISM计划，计划发起人兼负责人愤而辞职，跳槽到微软开发WindowsNT 操作系统。1989年初，DEC推出使用MIPSR2000 处理器、Ultrix操作系统的首款RISC工作站DECstation3100（代号PMAX），与处理器主频较低（从16.67MHz降到12.5MHz）的DEC station2100（代号PMIN），这条产品线持续到1994年最终采用MIPSR4400 的DEC station 5000 系列（代号3MAX+）。

工作站靠「开外挂」解决燃眉之急，但1980年代末期，面对雨后春笋般诞生的RISC（MIPS、SPARC、PA-RISC）挑战，VAX在服务器市场逐渐缺乏竞争力的确是不争事实，最终DEC还是不得不打造自家RISC指令集与处理器，且需要具有非常强大的竞争力和发展潜力：目标至少25年生命周期，未来可提升1千倍效能（10倍来自提高主频、10倍来自超标量流水线、10倍来自多处理器架构），又经典、又极端、指令集又「干净过头」的Alpha就这样出现了。

复杂指令集经典惨案的VAX

虽然Alpha处理器的世代以EV（ExtendedVAX）开头，但Alpha和VAX却是光谱两端的存在，如同和x86名称很像的英特尔IA-64（IntelArchitecture 64）指令集，实际上根本却和80x86八竿子打不着。

理解Alpha的设计理念前，各位需要先瞧瞧归类成CISC的VAX，究竟多么夸张，连英特尔80x86都小巫见大巫。基本上，论指令集「毫无道理可寻的复杂度」，假若VAX排第二，那恐怕就没人敢排第一了。好吧，英特尔失败的「32位元迷你大型主机」iAPX432有机会可以一拼。

前面有提到VAX发展根基的PDP-11有很强的「指令正交性」，意指为数据来源和运算目标的运算元（Operand）非常「独立」，可分别是暂存器或是透过暂存器定址的存储器位址，VAX就有非常经典的指令叫「ADD6」，可将6个不限定寄存器或存储器的运算元「统统加起来」。习惯组合语言的程序设计师可能觉得很方便，但是对硬件设计者就是大灾难了，光指令解码器要如何迅速搞清楚到底有哪些运算元、计算出这些存储器运算元的有效位址，就是天大的麻烦，而VAX极度复杂的数据定址模式（AddressingMode），更让问题雪上加霜。

此外，设计处理器最棘手之处，在于发生中断（Interrupt）或例外（Exception）时，保存处理器「当下的执行状况」，并当中断例外处理流程结束后，再将处理器回复到先前的状态。这也难怪两位RISC大师会在著作特别强调「难以想像VAX相容处理器的设计者是怎么工作的」，「把东西做出来并验证完毕」已经相当困难，罔论「又快又便宜」。

以VAX-8400来说好了，总计有300多个指令、20种定址模式、指令长度从1~54Bytes，光是要实做这些指令，就需要400~500Kbits的只读存储器（ROM）容量存放微码（Microcode），光用想的就让人头皮发麻。流水线化？超标量？预测执行？非循序指令执行？真的是连想都不用想。

RISC的理论基础「80%程序代码只用到20%简单指令和定址模式」反向套用在VAX也一体适用。根据DEC工程师统计，20%的VAX指令用掉60%微码，但这些复杂指令，只占0.2%使用率。

所以当DEC迫于产品低价化的压力，1984年推出单芯片MicroVAX，将大多数的复杂指令转由软件模拟，处理器碰到这些指令就触发例外，让操作系统搞定，结果芯片总面积「缩减5倍」，还足以提供90%原生VAX效能。某部知名漫画的名言「原来我体内的怪物长这么大了」，大概就给人这样的感觉。

对复杂指令集终极反动的Alpha

Alpha就是对极端复杂的VAX的「终极反动」，放眼「至少在25年内，提升1千倍效能的未来」，彻头彻尾从指令集层面解除任何阻碍高效能微架构的潜在限制，甚至可说到了走火入魔的程度。

1992年发表的Alpha指令集架构，打从一开始就是「64位元的平面存储器定址」，配置32个64位元的整型数据寄存器和32个64位元浮点数据寄存器（讲严格一点都是31个，因为第31个寄存器的数据恒定为零，用来「与零比较」和NOP等用途），支持43位元的虚拟存储器位址（后来扩充到64位元）。

不过Alpha有3个倍受争议之处：

浮点运算采用「不精确中断」（Imprecise Interrupt）：若处理器发生中断（如外部I/O发出需求），然后处理器处于「明确定义」的状态，例如标定下一个要被执行指令的存储器位址的程式计数器（Program Counter，PC）存入已知的位址，前面所有指令都将被执行完毕，而在后面的指令都不可以被执行，这也是一般我们认知中的「精确中断」（Precise Interrupt）。

但Alpha的浮点运算却需要塞入额外的TRAPB（Trap Barrier，设陷边界）让处理器「停摆」（Stall），确保在此之前的指令都会在不触发例外的情况下，都被执行完毕，少了这个指令的浮点程式码，运算结果将无法完全符合IEEE 754规范。这作法摆明就是牺牲处理器的中断例外严谨度，将控制单元的部分复杂度从硬件转移到软件，这种「relax limitation for performance」（松绑限制为效能）精神，日后也被英特尔Itanium继承。
无法直接载入回存8位元（Byte）和16位元（Half-Word）数据：Alpha的原始设计者不希望看到「小量」的数据存取所需要的额外功能电路，降低数据传输效率，索性采取「锯箭法」，一次只能存取32位元或64位元，再由位元组处理指令「萃取」需要的那一小块数据，等于变相增加指令的数量和程式码体积，即使这工作很单纯。隐而不现的副作用是：让从其他32位元指令集架构（如VAX、MIPS和x86）移植软件到Alpha更困难。

很明显，后继接手新产品开发的DEC工程师并不认同「斩草除根」的暴力手段，1995年10月发表的Alpha 21164A（EV56）处理器，新增六个BWX（Byte-Word eXtension）指令，用来存取8位元和16位元数据。
运算元定址模式只有一种：寄存器加上位移值（Register + Offset），和其他RISC指令集相比根本精简过头，这也会增加需要的指令数和程式码体积，这点也影响英特尔Itanium ，还被IBM用力批判了一番。

至于在特殊权限模式执行Alpha的机器码，以便对处理器底层硬件上下其手，介入快取存储器管理、TLB误失处理、中断例外处理、甚至可简化跨指令集的二进位码转换（BinaryTranslation ）的PALcode（Privileged Architecture Library code），为了指令流水线化不支持整数除法，32位元单精确度浮点数在暂存器内会自动转换成64位元双倍精确度格式，解密运算会用到的位元计算指令等，也都是Alpha指令集的独有特色。

Alpha还有一个很有趣、但是少人注意的特点：拜指令编码预留大量扩充空间，一开始就支持条件搬移（Conditional Move）指令，讲玄一点，将「分支相依性转化为数据相依性」，替换一般的分支条件判断，也可避开分支预测，利于指令管线化。

以一个简单的条件判断为例：

beqra, label //ra = 0，就跳到label
orrb, rb, rc //否则就把rb的数据搬移到rc
Alpha可一个指令就打死：
cmovnera, rb, rc

总之，假若VAX是CISC的异端，那系出同源的Alpha堪称RISC的极致，对同公司前辈VAX的终极反动，纯洁到不能再纯的干净指令集架构，带领处理器产业迈向「25年效能千倍」的美好愿景。

有趣的是，当Alpha处理器要进入生产销售阶段时，DEC行销部门命名为AlphaAXP，但根本没人知道这代表什么意义，后来才有人硬掰了一个非官方全名：AlmosteXactly PRISM。唯一肯定的是：那时DEC确定没人注册AXP商标，不会重蹈VAX和真空吸尘器撞名的覆辙。

1990年代叱咤风云的效能王者

1991年发表的Alpha21064（EV4）主频已上看200MHz，隔年英特尔初代Pentium也才66MHz，可见优势多么巨大。

Alpha基本命名规则如下：

EV：Extended VAX，我们很清楚Alpha几乎和VAX无瓜葛，唯一较值得一提的是为了延续VMS操作系统，Alpha需相容VAX的浮点数据格式。
21：面对21世纪。
0：处理器世代流水号，从零开始。
64：64位元。

从1992~2004年，总计出现20个Alpha处理器型号，也包含进攻工作站甚至个人电脑市场的低价产品，但基本上可归类成六世代。

关于扩充指令集，很可能基于对「一次新增大量指令会影响处理器主频」的担忧，DEC并不像英特尔没事一次追加动辄数十、甚至上百个新增指令，态度保守许多。

反观英特尔，就真的是乱加指令好像免钱，随便一次扩充，就比历代Alpha总和还多。

PentiumMMX（P55C，1996）：53个MMX，还为此大兴土木加深Pentium的指令管线深度。

Pentium III（Katmai，1999）：70 个SSE。
Pentium 4（Willamette，2000）：144 个SSE2。
Pentium 4（Prescott，2004）：13 个SSE3。
Core 2（Merom，2006）：16 个SSSE3。
Core 2（Penryn，2007）：47 个SSE4.1。
Core i7（Nehalem，2008）：7 个SSE4.2。
Sandy Bridge（2011）：那「可一对一替换SSE」的AVX 就不提了，数不完。
Skylake（2015）：版本乱成一团的AVX-512，请饶了笔者吧。

结合一切可想到的有利条件，Alpha处理器的性能表现一直相当出色，从1992年的初代21064（EV4）就靠200MHz主频，创下浮点运算的世界纪录，接连数代主宰1990年代的「效能赛猪公」。

以当时的业界指标SPECCPU 95：

1995年：主频高人一截的EV5痛宰英特尔PentiumPro。

2000年：5年后，主频较低，EV6还是在浮点运算屠杀英特尔PentiumIII。

从陪衬的惠普（HP）PA-RISC处理器也可看出显而易见的事实：在相似的条件下（如市场规模、研发资源、制程技术、开发时程），RISC指令集较易打造出高效能处理器。2001年，效能王者的宝座就换原生双核的IBMPower4 上位了，至今蓝色巨人的RISC仍然坚守不动。

Alpha被HP放弃的十年后，2015年12月31日启用的中国超级电脑「神威太湖之光」，其「260核心」（256个用在运算，4个用于资源管理）SW26010处理器，也是基于Alpha指令集的产物，足以证明其架构的简洁性与前瞻性。

Alpha因痛失苹果机会与连续被购并而被迫消失于历史的洪流

不知不觉中，好像「与来自苹果的机会擦肩而过」就是一连串灾难的保证？假如英特尔当年拒绝替苹果打造第一代iPhone行动处理器，让英特尔错失重大历史机运，那1990年代初期的DEC亦不遑多让。

苹果跟IBM、Motorola组成「AIM联盟」推广PowerPC前，早在1991年就惊艳于初代Alpha（那时还只是展示用的工程样品）的惊人效能，有意在苹果电脑导入Alpha，就被DEC打枪了，理由是「推入市场的时机并未成熟，且VAX架构尚有值得发掘的潜力」（如果换成笔者听到这种借口，还不如一开始就押宝英特尔x86算了，谁会吃饱太闲想碰比x86还难搞的VAX），只能说创造灾难的历史，只会一再一再重演。

因产品价格与专利费用太过昂贵而叫好不叫座的Alpha，未能让DEC摆脱「后VAX时期」留下的困境。从1991~1994年，总计亏损40亿美元，被迫断尾求生，全力卖掉「可割可弃」的部门。

先在1994年7月以4亿美元价码，把生产硬盘驱动器的储存部门卖给硬碟厂商昆腾（Quantum），接着数据库软件部门以1亿美元卖给甲骨文（Oracle），1997年10月将纽约州哈德迅的晶圆厂、德州和以色列的研发中心、Alpha处理器生产权与DEC所有专利的十年使用权，以6亿2,500万美元出售给英特尔（这对英特尔是天上掉下来的大礼，却白白浪费掉），1997年11月再以4亿3千万美元把网通部门卖给Cabletron。

1998年1月26日，陷入财务危机的DEC被康柏（Compaq）以96亿美元收购，1999年康柏的财务危机亦影响到Alpha的开发与服务器生产，让Alpha的未来蒙上一层厚厚的阴影。2000年「.com泡沫」破灭，重创全球IT产业，知名公司股价纷纷一泻千里，惠普（HP）更在2001年9月4日宣布以225亿美元购并康柏，源自于超长指令集（VLIW）化PA-RISC的IA-64指令集与相对应的Itanium处理器，注定完全取代Alpha的地位。

另外某件事也值得在Alpha的墓志铭刻上一笔：专业晶圆代工与IP授权观念尚未成熟的1990年代，DEC就让Alpha成为「开放性架构」，不限DEC自家晶圆厂，三菱（Mitsubishi）、三星（Samsung）、IBM甚至英特尔，都曾生产Alpha处理器。但过度高昂的专利授权费，与DEC高层长期缺乏「电脑需要低价普及化」的意识，都让高高在上的「效能王者」，迟迟难以踏入平常百姓家，即使曾出现「个人电脑专用的Alpha处理器」也依旧让人高不可攀。

差点成为最有资格取代x86的RISC

回顾历史，最有机会也最能肩负「消灭80x86」重责大任的RISC，不是Itanium，而是Alpha。不限英特尔和AMD，「失去微软Windows的保护伞」，对DEC也同样致命。

DEC在1996年发表FX32!二进位码转译器（Binary Translator），让执行WindowsNT 的Alpha系统可执行32位元x86的Windows应用程式，号称「可达到原生环境的40%~50%效能，最佳化后达70%，然后因为同时期Alpha处理器享有对x86的压倒性主频优势，足以抵消转译损耗而有余」，看起来前途一片光明。

但康柏高层1999年8月23日，却以「只有5%的Alpha系统安装WindowsNT」为由，宣布退出WindowsNT 开发计划，也停止在Alpha系统预装WindowsNT。一周之后，继1997年宣布放弃MIPS和PowerPC，微软声明Windows2000 将不会有Alpha版，断了Alpha普及化的最后一丝希望。

从「孤芳自赏」到「流芳百世」

公司风雨飘摇，自然就会有人纷纷跳船另觅出路，尤其Alpha研发团队不少才华洋溢的工程师，他们的动向决定不少公司的命运。Alpha对处理器技术发展的影响极度深远，但篇幅有限，笔者仅能挑出几个公认案例与各位分享。

AMD：受Alpha影响最深的处理器公司，没有之一

让AMD首度有能力正面挑战英特尔的K7：1998年微处理器论坛（Microprocessor Forum）首度曝光时，相信很多人（包含笔者）第一时间还以为自己看到的是「换了指令集的Alpha 21264」，简直是同个模子刻出来的，而且「连系统总线都还是如假包换的EV6」，意味双方的系统芯片组理论上可彼此共通。

K7和Alpha 21264 的演进轨迹也极度神似，唯一差别在于DEC可用到的制程明显不如AMD，K7也比Alpha 21264 还早一年达阵1GHz主频大观，也可足以证明个人电脑市场的巨大出货量，对推进半导体制程发展的重大推力。提醒一点，AMD发表K7前，DEC已经被康柏购并了。

横空出世的K7帮助AMD创下「单季10亿美元营收」里程碑，立下重大战功的Dirk Meyer 在2006~2008年担任AMD营运长，并于AMD开始大事不妙的2008年，从Hector Ruiz手上接下执行长大位，完成分割晶圆厂为Global Foundries、解决跟英特尔的法律诉讼、推出整合处理器与GPU的APU等艰巨任务，但因无法满足AMD董事会对行动市场的期待（和英特尔当时情况如出一辙，x86义和团集体「起乩」妄想x86征服世界），2011年底仓促下台。

谈到AMD从DEC取得EV6总线授权，而让价格便宜甚多、并可提供AGP的K7系统芯片组可相容Alpha 21264，倒也成为可杀入个人电脑市场的难得契机，但康柏却没有好好把握，或着很可能连想都没想过，否则也不会平白无故放弃珍贵的Windows相容性和现成的x86转译器。

让AMD打开服务器天堂大门的K8：笔者不是AMD内部人员，难以判断AMD在K8获得空前成功的背后，到底是「x86 Everywhere起头者」技术长Fred Weber、「处理器游侠」Jim Keller、从英特尔跑去插花短暂负责「真正K10」的Andy Glew，还是哪位大恩大德的功劳比较大，但拜同样「沿用前代核心，改进重点集中在系统架构和整合式存储器控制器」之赐，K8视为「x86世界的穷人版Alpha 21364」这点倒是没啥争议空间。

别忘了，继承HyperTransport遗志，AMD反攻超级电脑市场的布局中，扮演举足轻重角色的Infinity Architecture，也是源自前者留下的遗产。

同时受到多个面向影响的推土机：决定AMD推土机（Bulldozer）丛集多执行绪（Cluster-based Multi-Threading，CMT）的因素还满多，包括「将核心内部宽度扩展为双核规模但塞入四条执行绪」的Alpha 21464（EV8）、负责双核心IBM Power4 的前总工程师Chunk Moore、离开DEC后开发Sun UltraSPARC V 却又因产品被砍跑去AMD的现任ADI技术长Dan Leibholz（与位于美国东岸波士顿的Sun团队）。

但仔细考虑这3个要素融合后的样貌，再加上配合整合GPU的Fusion大战略，推土机演变成「电晶体预算毫无任何浪费、统统砸到刀口上的穷人版Alpha 21464 整数运算核心」就让人完全不感意外了。

真正K10的Zen：这就无需浪费篇幅解释了，Jim Keller这位「游侠」搞完Zen后又跳回英特尔，但对Zen的成功，也许台积电先进制程的「含金量」还比较高一点？

Sun「Thoughput Computing」的真正概念起源

Sun在2004年重整UltraSPARC处理器产品线，认清自身研发能力不足的现实，走向和富士通（Fujitsu）SPARC64截长补短的互补策略，取消「传统」非循序指令执行的UltraSPARC V，转进靠着大量多核心多执行绪、牢牢整合网路辅助处理器、狂拼如瀑布运算吞吐量的「Thoughput Computing」。2005年底发表的8核心、32粗质执行绪UltraSPARC T1「Niagara」（尼亚加拉瀑布）为此系列的首款处理器。

但这概念其实一点都不新鲜。

任职Google、现任Google Maps 工程副总裁的Luiz André Barroso，著作《The Datacenter as a Computer》是数据中心领域不可不读的大作。但2001年仍在康柏工作时，他在知名的电脑机械学会（ACM，Association for Computing Machinery）发表了「An Economic Case for Chip Multiprocessing」，也就是他在DEC和康柏时负责的「Piranha」计划，采用8个简单的循序执行／单指令发出的Alpha处理器，整合理论频宽12.8GB/s的Direct Rambus 存储器控制器与网路通讯协定辅助处理器，追求最高多执行绪效能与能耗比。

Piranha的预设主频并不高，仅500MHz，但经过最佳化设计版，主频将可达1.25GHz。Niagara说是Piranha「精神上的后代」，一点都不为过。

讽刺的是，重视服务反应速度，以便「让使用者接触更多广告」与服务器架构泛用性的Google，依然以传统的高效能x86处理器为数据中心主力，未公开采用这类型的特化型处理器，假若以后真的自行研发替代x86的泛用型数据中心处理器，会不会引进如此激进的概念，我们就不得而知了，感觉机率不高。

英特尔的QPI总线和实质末代Itanium处理器「Poulson」

2001年购并康柏的惠普，敲定Alpha死期不远的下场，并将150名原先负责Alpha21464的芯片设计团队移转给英特尔，以前只有十年专利使用权，现在这些人统统变成员工了，英特尔想做什么就做什么，这些成员也逐步接手Itanium处理器的发展工作──尽管Itanium难逃步上Alpha的后尘。

发展自EV7总线的QPI（QuickPath Interconnect）：原名CSI（Common System Interface）、从2008年开始取代英特尔处理器前端总线（FSB，Front-Side Bus），是英特尔对抗HyperTransport的重要武器，也是统合x86与Itanium平台架构的地基。

QPI是序列化（Serial）的高速差动式（Differential）传输点对点连结，传输端（TX）与接收端（RX）各自20位元宽，一对CSI连结除了20×2×2=80条数据线，两个传输方向各需两条前馈主频（Forward Clock）控制线，总计84条。

俗语说得好：眼见为凭，当你看过Alpha 21364 的EV7总线的长相及技术白皮书，再仔细瞧瞧英特尔QPI的细节与大型多处理器环境的虚拟网路功能，一看就知道QPI是由EV7总线衍生出来的产物（单向最小数据传输宽度从16位元扩展到20位元，再提高主频），连有效频宽比率都是80%，没有任何足以让你怀疑的余地。

顺便一题，当年在微处理器论坛代表康柏发表Alpha 21364 和EV7总线的Joel S. Emer，后来跑去英特尔当院士了，目前人在nVidia。

解放IA-64指令集真正潜能的实质末代Itanium 9500「Poulson」：这是有点曲折离奇的故事，英特尔和惠普本来在2003年宣布，四核心Itanium「Tukwila」要交由「前Alpha团队」操刀，也将是第一个支援QPI总线的产品。那时候外界对此深表期待，寄望战功彪炳的这票人能够跳脱惠普研发团队的既有巢臼，做出焕然一新的IA-64处理器架构，特别是更有效率的小型核心。

Alpha团队加入Itanium研发之前，无论英特尔（初代Itanium）和惠普（Itanium 2），都遭遇处理器核心过大的麻烦，主因来自IA-64是超长指令集（VLIW）架构，一个128位元长的指令包，塞了3个41位元长的指令与对应的排序位元，与额外标定32种指令排序规则的5位元，直接静态指令排程，对映「一个萝卜一个坑」的执行单元，也因此，当时的Itanium处理器最多同时执行6条指令（2个指令包），必须提供足够的内部资源，以匹配6个指令的组合，固然简化了处理器内部的数据路径，但却也浪费了庞大的内部执行单元，这是Itanium核心肥大化的元凶。

那时某票专业人士预期的理想手段是：屏弃IA-64的初衷，比照一般超纯量x86处理器，让管线的前后端就此「拖钩」，不再一条肠子通到底，将IA-64指令包变相视为「复杂的指令，再转译为3个独立的41位元微指令」，再送到相对简单、执行单元较少的处理器核心，但这就完全违背IA-64全力发掘指令层级平行化、尽力降低硬件复杂度的设计理念，况且如此一来，过往针对旧款Itanium最佳化的软件，恐怕在新架构处理器会效能不彰（VLIW处理器极度仰赖编译器才能发挥实力）。该如何兼顾指令平行化（ILP）和执行绪平行化（TLP），成为英特尔眼前的大难题。

概因技术风险太高，时程缓不济急，英特尔又将4核心Tukwila专案转回旧有团队，使其继续双核心Montecito设计，变成「核心数加倍＋同时多执行绪＋旧核心移除x86硬件执行功能＋QPI＋整合存储器控制器」的过渡期产物。

但2011年7月IEEE Hotchips 23 揭露的8核心Poulson却让众人耳目一新，隐约溢出淡淡的EV8色彩，让人重温昔日Alpha团队的强盛，Poulson不仅配备动态指令排程，管线前后端的执行绪区域完全分而治之，改善功能单元的利用率，并减少多达12%核心电晶体，却倍增可同时发出的指令数（高达12个，等同4个指令包），单核心效能激增25%~40%，无愧于Itanium问世十年来最重大的革新之誉。

可惜时不我与，为时已晚，2012年惠普与甲骨文的法律诉讼（后者单方面停止支援Itanium）虽尘埃落定，但也替Itanium的未来敲响了迟来的丧钟，2017年换汤不换药的末代Kittson，沦为英特尔旗舰产品线的绝响，连制程都还停在32纳米，规格连同期Xeon E7 车尾灯都看不到。

Alpha留给后世的教训：空有技术无法生存

历史很多老牌科技公司，特别是工程师背景的创业者，往往让公司企业文化过度技术导向，也容易陷入「只要产品够好，自然卖得出去」迷思，但商业竞争从来就不是这么一回事，再优异的技术，也要透过行销推广让产品快速普及化，并建立完善的生态系统，才能持续发展，欣欣向荣。这些今日众人习以为常的常识，在那个古老的年代，却是一道难以跨越的心理门槛，只能说这真的是时代的悲剧。事后诸葛是很容易，洞烛机先却很困难，IBM也是到2004年才开始推动「Power Everywhere」。

DEC（或许得加上康柏）跟后知后觉的IBM一样，无法预见家家户户人人都有电脑的愿景，更未对网路时代的到来做好准备，当面对个人电脑市场需求的挑战时，更犯下同样错误，未将操作系统视为关键性技术，错过了放手让微软Windows加上Linux / FreeBSD 等开源操作系统，开疆辟土并巩固处理器市场半壁江山的可能性。讲白了，时下x86指令集的主要价值就建立在相容Windows之上，讲其他的都多余。

别说x86，Alpha系统起码都是同期RISC竞争对手的两倍价，硬件平台的售价高昂到令人发指，更让潜在消费者望而却步，拿下再多效能王者的头衔，都没人愿意掏钱买单。1997年英特尔Pentium II「大弹夹」处处出现在电脑卖场的玻璃柜时，DEC才推出「目标2,500美元Windows NT 系统」的Alpha 21164PC（移除96kB L2 快取以降低成本），早就大势已去。

行文至此，Alpha处理器效能杀遍天下无敌手的全盛时期，难道不会有军火商把脑袋动到效能王者的头上吗？1990年代，的确不缺此类乡野传闻，如某个世代的爱国者飞弹系统，就曾谣传用到某颗Alpha等等，但都死无对证，就留着让时间证明一切吧。