PowerPC G4

PowerPC G4 — обозначение, ранее использовавшееся Apple для описания четвертого поколения 32-битных PowerPC микропроцессоров . Apple применяла это название к различным (хотя и тесно связанным) моделям процессоров от Freescale , бывшей части Motorola . Собственное название этого семейства процессоров Motorola и Freescale — PowerPC 74xx .

Компьютеры Macintosh , такие как PowerBook G4 и iBook G4 ноутбуки , а также настольные компьютеры Power Mac G4 и Power Mac G4 Cube, получили свое название от процессора. Процессоры PowerPC G4 также использовались в eMac первого поколения , Xserves первого поколения , Mac Mini и iMac G4 до появления PowerPC 970 .

Apple полностью отказалась от серии G4 для настольных моделей после того, как выбрала 64-битный процессор PowerPC 970 производства IBM в качестве основы для своей серии PowerPC G5. Последней настольной моделью, в которой использовался G4, был Mac Mini. Последним портативным компьютером, в котором использовался G4, был iBook G4, который был заменен MacBook на базе процессора Intel . На смену PowerBook G4 пришел MacBook Pro на базе процессора Intel .

Процессоры PowerPC G4 также популярны в других компьютерных системах, таких как AmigaOne серия компьютеров и Pegasos от Genesi . Помимо настольных компьютеров, PowerPC G4 популярен во встраиваемых средах, таких как маршрутизаторы, телекоммуникационные коммутаторы, системы обработки изображений, обработки мультимедиа, авионика и военные приложения, где можно воспользоваться преимуществами AltiVec и его возможностями SMP .

PowerPC 7400

PowerPC 7400 (под кодовым названием «Max») дебютировал в августе 1999 года и стал первым процессором, носящим прозвище «G4». Чип работает на частотах от 350 до 500 МГц и содержит 10,5 миллионов транзисторов, изготовленных по технологии Motorola HiPerMOS6 с толщиной 0,20 мкм. составляет Размер матрицы 83 мм. ² и имеет медные межсоединения .

Motorola обещала Apple поставлять детали со скоростью до 500 МГц, но поначалу производительность оказалась слишком низкой. Это вынудило Apple вернуть рекламируемые модели Power Mac G4 с частотой 500 МГц . Частота процессоров серии Power Mac была резко понижена с 400, 450 и 500 МГц до 350, 400 и 450 МГц, в то время как проблемы с чипом были устранены. Инцидент вызвал раскол в отношениях Apple и Motorola и, как сообщается, заставил Apple обратиться к IBM за помощью в увеличении объемов производства линейки Motorola серии 7400. Модель 500 МГц была вновь представлена ​​16 февраля 2000 года.

Дизайн

Большая часть дизайна 7400 была разработана Motorola в тесном сотрудничестве с Apple и IBM . IBM, третий член альянса AIM , разработала чип вместе с Motorola в своем дизайн-центре в Сомерсете, но предпочла не производить его, поскольку тогда не видела необходимости в блоке векторной обработки. В конечном итоге архитектура G4 содержала 128-битный векторный процессор, названный Motorola AltiVec , а в маркетинге Apple он назывался «Velocity Engine».

PowerPC 970 (G5) был первым процессором IBM, реализовавшим VMX/AltiVec , для которого IBM повторно использовала старую конструкцию 7400, которая у них все еще была, из конструкции, которую они разработали с Motorola в Сомерсете. Процессор Xenon в Xbox 360 также поддерживает VMX с добавленными собственными расширениями, созданными специально для Microsoft. POWER6 » процессором IBM, , представленный в 2007 году, является первым « железным который также поддерживает VMX.

Благодаря блоку AltiVec микропроцессор 7400 может выполнять четырехсторонние математические вычисления с плавающей запятой одинарной точности (32 бита), а также 16-сторонние 8-битные, 8-сторонние 16-битные или четырехсторонние 32-битные целочисленные вычисления за один раз. цикл. Кроме того, векторный процессор является суперскалярным и может выполнять две векторные операции одновременно. По сравнению с микропроцессорами Intel x86 того времени эта функция обеспечивала существенный прирост производительности приложений , разработанных с использованием преимуществ устройства AltiVec. Некоторые примеры: Adobe Photoshop, который использует модуль AltiVec для более быстрого рендеринга эффектов и переходов, а также пакет Apple iLife , который использует это устройство для импорта и преобразования файлов «на лету».

Кроме того, 7400 имеет расширенную поддержку симметричной многопроцессорной обработки (SMP) благодаря улучшенному протоколу когерентности кэша ( MERSI ) и 64-битному блоку с плавающей запятой (FPU), частично заимствованному из серии 604 . Серия 603 имела 32-битный FPU, которому требовалось два такта для выполнения 64-битной арифметики с плавающей запятой .

Семейство PowerPC G4 поддерживает две технологии шины: старую шину 60x , которую оно использует совместно с семействами PowerPC 600 и PowerPC 7xx , и более совершенную шину MPX. Устройства, использующие шину 60x, можно сделать совместимыми с процессорами 6xx или 7xx, что обеспечивает широкий выбор предложений и четкий и дешевый путь обновления, сводя при этом проблемы совместимости к минимуму. Системные контроллеры для компьютеров 7xx и 7xxx производят в основном две компании: Tundra с контроллерами Tsi1xx и Marvell с контроллерами Discovery.

PowerPC 7410

PowerPC 7410 «Nitro» — это маломощная версия 7400, но она производилась по техпроцессу 180 нм вместо 200 нм. Как и 7400, он имеет 10,5 миллионов транзисторов. Он дебютировал в PowerBook G4 9 января 2001 года.

Чип добавил возможность использовать весь или половину своего кэша в качестве высокоскоростной некэшируемой памяти, отображаемой по желанию в физическое адресное пространство процессора. Эту функцию использовали производители встраиваемых систем, такие как Mercury Computer Systems .

PowerPC 7450

Motorola PowerPC 7450 с частотой 800 МГц на модуле ЦП Power Mac G4

Дизайн PowerPC G4e

PowerPC 7450 "Voyager"/"V'ger" был единственной крупной модернизацией процессора G4. Чип с 33 миллионами транзисторов значительно расширил конвейер выполнения 7400 (минимум 7 вместо 4 этапов) для достижения более высоких тактовых частот, улучшил пропускную способность команд (3 + ветвь против 2 + ветвь за цикл), чтобы компенсировать более высокую задержку инструкций, заменил внешний кэш L2 (до 2 МБ, 2-сторонний набор ассоциативных, 64-битный тракт данных) со встроенным (256 КБ 8-сторонний набор ассоциативных, 256-битный путь данных), поддержка внешнего кэша L3 (до 2 8-канальный MB с ассоциативным 64-битным каналом передачи данных), а также множество других архитектурных усовершенствований. Блок AltiVec был улучшен в модели 7450; вместо выполнения одной инструкции векторной перестановки и одной векторной инструкции ALU (simple int, complex int, float) за цикл, как 7400/7410, 7450 и его последователи Motorola/Freescale могут одновременно выполнять две произвольные векторные инструкции (permute, simple int, комплексное int, float). Он был представлен с частотой 733 МГц. Power Mac G4 9 января 2001 года. За ним последовала промежуточная версия Motorola 7451 под кодовым названием «Apollo 6», как и 7455. Ранние компьютеры AmigaOne XE поставлялись с процессором 7451.

Усовершенствования конструкции 745x дали ему прозвища G4e или G4+, но они никогда не были официальными обозначениями.

PowerPC 7445 и 7455

Прототип Sample 7445 EVT с частотой 1,25 ГГц на модели iMac G4 DVT

PowerPC 7455 «Apollo 6» был представлен в январе 2002 года. Он имел более широкий 256-битный внутренний кэш-память и был изготовлен по технологии HiPerMOS 0,18 мкм (180 нм) компании Motorola с медными межсоединениями и SOI . Это был первый процессор в компьютере Apple, преодолевший отметку в 1 ГГц. 7445 — это тот же чип без интерфейса кэша L3. 7455 используется в AmigaOne XE G4 и двухъядерном Power Mac G4 с тактовой частотой 1 ГГц (Quicksilver 2002).

PowerPC 7447 и 7457

PowerPC 7447 «Apollo 7» немного улучшен по сравнению с 7450/55, он имеет встроенную кэш-память L2 емкостью 512 КБ и изготовлен по 130-нм техпроцессу с SOI, следовательно, потребляет меньше энергии. Он имеет 58 миллионов транзисторов. С 7447A, в котором был встроен термодиод, а также DFS ( динамическое масштабирование частоты ), Freescale смогла достичь немного более высокой тактовой частоты. 7447B по сути является 7447A с еще более высоким масштабированием частоты, с тактовой частотой до 1,7 ГГц официально и легко до 2,4 ГГц посредством разгона . 7457 и 7457A имеют дополнительный интерфейс кэша L3, поддерживающий до 4 МБ кэша L3 по сравнению с 2 МБ, поддерживаемыми 7455 и 7450. Однако масштабирование частоты застопорилось, когда Apple решила использовать 7447(s) вместо 7457(s), несмотря на то, что 7457 является преемником 7455 с поддержкой кэша L3, который Apple использовала раньше.

Единственные компании, которые предлагают 7457 в виде обновлений для Power Mac G4 , iMac G4 и Power Mac G4 Cube, — это Giga Designs, Sonnet Technology, Daystar Technology (они используют 7457 только для обновлений iMac G4) и PowerLogix. Компьютерная платформа Pegasos от Genesi также использует 7447 в своем Pegasos-II/G4.

7457 часто используется для ремонта модуля ЦП AmigaOne XE; некоторое программное обеспечение AmigaOS с установленной 7457 может ошибочно принять AmigaOne за компьютер Pegasos II, поскольку Eyetech никогда не выпускала официальных плат 7457 .

PowerPC 7448

PowerPC 7448 «Apollo 8» представляет собой развитие PowerPC 7447B, анонсированного на первом технологическом форуме Freescale в июне 2005 года. Улучшения заключались в увеличении кэш-памяти второго уровня объемом 1 МБ, более быстрой внешней шине 200 МГц и более низком энергопотреблении (18 Вт при 1,7 ГГц). Он был изготовлен по 90-нм техпроцессу с медными межсоединениями и SOI.

Пользователями PowerPC 7448 были:

• Daystar за свои обновления PowerBook G4 из алюминия с высоким разрешением (в обновлениях PowerBook G4 из алюминия с низким разрешением Daystar использовалась 7447A, а не 7448)
• NewerTech для обновлений Power Mac G4
• PowerLogix для обновления Power Mac G4 Cube
• Cisco в модуле сетевого процессора NPE-G2 для своих маршрутизаторов 7200VXR
• Маршрутизатор Cisco 7201
• Компания Extreme Engineering Solutions для одноплатного компьютера XPedite6244
• Aitech для своего одноплатного компьютера C104 CompactPCI
• Emerson Network Power для модуля PMC PmPPC7448

е600

Основная статья: PowerPC e600

В 2004 году Freescale переименовала ядро ​​G4 в e600 и сменила фокус с обычных процессоров на высокопроизводительные встраиваемые устройства SoC , а также представила новую схему именования MPC86xx. 7448 должен был стать последним чистым G4, и он лег в основу нового ядра e600 с семиэтапным конвейером с тремя задачами и мощным блоком прогнозирования ветвей , который обрабатывает до шестнадцати инструкций вне очереди. Он оснащен усовершенствованным модулем AltiVec, способным ограниченно выполнять внеочередное выполнение , и кэшем второго уровня объемом 1 МБ.

Список устройств

Этот список представляет собой полный список известных разработок на базе G4 (за исключением новых разработок Core e600). Изображения являются иллюстрациями и не в масштабе.

Имя	Производитель	Изображение	Потрясающе	Транзисторы	Размер матрицы	Ядра	Часы	Кэш L2	Кэш L3	Потребление	Упаковка	Множитель	Представлено
MPC7400	Моторола		0,20 мкм	10,5 М	83 мм 2	1	350–500 МГц	512–2048 КБ умереть	н/д	4,6 Вт при 350 МГц 5,3 Вт при 400 МГц	360-контактный CBGA	2-8, 9	1999
06К5319 10К8298	ИБМ		0,18 мкм	10,5 М		1	400–500 МГц	512–2048 КБ умереть	н/д		360-контактный CBGA		2000
MPC7410	Моторола Фрискейл		0,18 мкм	10,5 М	52 мм 2	1	400–550 МГц	512–2048 КБ умереть	н/д	4,2 Вт при 400 МГц 5,3 Вт при 500 МГц	360-контактный CBGA 360-контактный разъем CLGA	2-8, 9	2001
MPC7450 MPC7451	Моторола		0,18 мкм	33 М	106 мм 2	1	500–867 МГц	256 КБ	0–2 МБ умереть	11,6 Вт @ 533 МГц 14,5 Вт при 667 МГц	483-контактный CBGA	0.5 2-8 9-16	2001
MPC7440 MPC7441	Моторола		0,18 мкм	33 М	106 мм 2	1	500–800 МГц	256 КБ	н/д	11,6 Вт @ 533 МГц 14,5 Вт при 667 МГц	360-контактный CBGA	0.5 2-8 9-16	2001
MPC7455	Моторола		КНИ 0,18 мкм	33 М	106 мм 2	1	600–1420 МГц	256 КБ	0–2 МБ умереть	13 Вт @ 600 МГц 21,3 Вт @ 1 ГГц	483-контактный CBGA	0.5 2-8 9-16	2002
MPC7445	Моторола		КНИ 0,18 мкм	33 М	106 мм 2	1	600–1420 МГц	256 КБ	н/д	13 Вт @ 600 МГц 21,3 Вт @ 1 ГГц	360-контактный CBGA	0.5 2-8 9-16	2002
MPC7457	Моторола Фрискейл		КНИ 0,13 мкм	58 М	98,3 мм 2	1	867–1267 МГц	512 КБ	0–4 МБ умереть	14,8 Вт @ 867 МГц 18,3 Вт при 1267 МГц	483-контактный CBGA	2-28	2003
MPC7447 MPC7447/А	Моторола Фрискейл		КНИ 0,13 мкм	48,6 М	83,9 мм 2	1	600–1420 МГц 600–1600 МГц	512 КБ	н/д	(7447А) 16 Вт @ 1 ГГц 21 Вт @ 1,42 ГГц	360-контактный CBGA 360-контактный разъем CLGA	2-28	2003 2004
MPC7448	Фрискейл		КНИ 90 нм	90 М	58,44 мм 2	1	1000–1700 МГц	1024 КБ	н/д	15 Вт @ 1 ГГц 21 Вт @ 1,7 ГГц	360-контактный CBGA 360-контактный разъем CLGA	2-28	2005

См. также

• Список моделей Macintosh, сгруппированных по типу процессора

Ссылки

• Дифендорф, Кейт (25 октября 1999 г.). «PowerPC G4 набирает скорость». Отчет микропроцессора . стр. 10–15.
• Гвеннап, Линли (16 ноября 1998 г.). «G4 — первый PowerPC с AltiVec». Отчет микропроцессора .
• Хафхилл, Том Р. (5 июля 2005 г.). «PowerPC еще не умер». Отчет микропроцессора . стр. 13–15.