ˇ Martin Kukac
Struˇcn´a historie
Praha, 2011
Obsah ´ 1 Uvod
5
2 Poˇ c´ atky v´ yvoje
5
3 Prvn´ı generace
6
4 Druh´ a generace 4.1 PowerPC 603 4.2 PowerPC 604 4.3 PowerPC 620
7 7 8 8
5 Tˇ ret´ı generace
9
ˇ 6 Ctvrt´ a generace
10
7 P´ at´ a generace
11
8 Hern´ı konzole
13
9 Z´ avˇ er
13
ˇ ATKY ´ ´ 2 POC VYVOJE
1
´ Uvod
N´asleduj´ıc´ı text je kompil´atem pˇr´ıspˇevk˚ u na t´ema historie procesorov´e platformy PowerPC, kter´e jsem v pr˚ ubˇehu posledn´ıch pˇeti let zveˇrejnil na sv´em blogu a kter´e byly pouze poupraveny pro u ´ˇcely t´eto publikace. Klade si za c´ıl sezn´amen´ı ˇcten´aˇre s v´ıce neˇz dvan´actiletou histori´ı tˇechto procesor˚ u v desktopov´ ych poˇc´ıtaˇc´ıch. Nejedn´a se o text odborn´ y ale sp´ıˇse o popul´arnˇe nauˇcn´ y, ˇcemuˇz odpov´ıd´a zejm´ena logika ˇclenˇen´ı textu ale i pouˇzit´ y jazyk.
2
ˇa ´tky vy ´voje Poc
Po vˇetˇs´ı ˇc´ast osmdes´at´ ych let si udrˇzovaly procesory ˇrady Motorola 680x0 technologick´ y n´askok pˇred konkurenˇcn´ımi procesory Intel x86. Zat´ımco procesory od Intelu byly nasazeny v IBM PC a kompatibiln´ıch poˇc´ıtaˇc´ıch, dlouhou dobu omezen´ ych jen na textov´e uˇzivatelsk´e rozhran´ı, procesory od Motoroly se nach´azely ve zejm´ena v multimedi´aln´ıch stroj´ıch a unixov´ ych pracovn´ıch stanic´ıch. Poˇc´ıtaˇce Apple Macintosh, Commodore Amiga, Atari ST nebo Sun-1 aˇz Sun-3 vdˇeˇcily za sv´e schopnosti pr´avˇe tˇemto procesor˚ um. Procesory Intel 80486 jiˇz ale byly taktov´any na relativnˇe vysok´ ych frekvenc´ıch (aˇz 100 MHz), k nimˇz se v t´e dobˇe nejv´ ykonnˇejˇs´ı Motorola 68040 ani zdaleka nepˇribliˇzovala (nejvyˇsˇs´ı prod´avan´ y model byl taktov´an na 40 MHz). Tohoto v´ yvoje si byli vˇedomi zejm´ena odbˇeratel´e procesor˚ u, napˇr´ıklad Sun proto v roce 1987 uvedl pracovn´ı stanici SPARCstation, osazenou vlastn´ımi procesory SPARC. V podobn´e situaci se ocitla i spoleˇcnost Apple. Ve spolupr´aci s IBM a Motorolou vytvoˇrila AIM alianci (Apple – IBM – Motorola) a ta dala vzniknout procesorov´e platformˇe PowerPC. Poˇc´atkem 90. let padlo v IBM rozhodnut´ı implementovat vlastn´ı serverovou architekturu POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC) do desktopov´eho procesoru, aby se zaplatil n´akladn´ y v´ yvoj t´eto architektury. Ve stejn´e dobˇe st´al Apple pˇred rozhodnut´ım, jak´e procesory pouˇz´ıvat v budouc´ıch modelech poˇc´ıtaˇc˚ u Macintosh, aby si uchovaly patˇriˇcnou konkurenceschopnost. Existovaly sice jiˇz prototypy poˇc´ıtaˇc˚ u s procesory nov´e generace ˇrady Motorola 88000, ale v´ yvoj neprob´ıhal s patˇriˇcnou rychlost´ı. Z´ahy proto doˇslo k dohodˇe, kter´a postupnˇe vy´ ustila v ˇreˇsen´ı v´ yˇse uveden´eho probl´emu. IBM poskytlo architekturu POWER, Motorola procesorovou sbˇernici navrˇzenou p˚ uvodnˇe pro ˇradu 88000 a Apple v´ ysledek pouˇzil ve sv´ ych prototypech. Na rozd´ıl od vˇetˇsiny v t´e dobˇe rozˇs´ıˇren´ ych procesor˚ u, kter´e mˇely instrukˇcn´ı sadu typu CISC (Complete Instruction Set Computing), bylo PowerPC vybaveno instrukˇcn´ı sadou typu RISC (Reduced Instruction Set Computing). CISC procesory maj´ı tradiˇcnˇe velk´e mnoˇzstv´ı instrukc´ı, pokr´ yvaj´ıc´ı nejr˚ uznˇejˇs´ı v´ ypoˇcetn´ı operace. RISC naproti tomu m´a instrukˇcn´ı sadu omezenou, tvoˇr´ı ji jen z´akladn´ı nezbytn´e instrukce a sloˇzitˇejˇs´ı operace se skl´adaj´ı z nˇekolika tˇechto jednoduch´ ych instrukc´ı. Znaˇcn´ ym pˇr´ınosem pak je, ˇze se instrukce vykon´avaj´ı rychleji, stejnˇe dlouho a nav´ıc jsou stejnˇe dlouh´e (tedy vˇsechny v pamˇeti zab´ıraj´ı stejn´ y poˇcet bajt˚ u). Nov´a instrukˇcn´ı sada pro Apple znamenala nezbytnost portace operaˇcn´ıho syst´emu poˇc´ıtaˇc˚ u Macintosh na nov´e procesory a vytvoˇren´ı emulaˇcn´ı vrstvy, kter´a by umoˇznila i nad´ale spouˇstˇet star´ y software. D´ıky v´ yˇse zm´ıˇ nen´ ym vlastnostem RISC instrukc´ı byl ovˇsem emul´ator pomˇernˇe efektivn´ı a pro vˇetˇsinu uˇzivatel˚ u jeho pouˇzit´ı prakticky nepostˇrehnuteln´e.
5
3 PRVN´I GENERACE
3
Prvn´ı generace
Prvn´ım procesorem nov´e architektury je PowerPC 601. Prototypy procesoru byly hotovy uˇz v roce 1992, nicm´enˇe v prvn´ıch poˇc´ıtaˇc´ıch Apple se objevily aˇz v roce 1994, pot´e co na podzim pˇredch´azej´ıc´ıho roku debutovaly v pracovn´ıch stanic´ıch od IBM.
Obr´azek 1: PowerPC 601. Taktovac´ı frekvence procesor˚ u byla v rozmez´ı od 60 do 120MHz. D´ıky dvojn´asobn´e velikosti L1 cache (32kB) proti prvn´ı generaci procesor˚ u Intel Pentium, PowerPC 601 t´eto vlajkov´e lodi firmy Intel sv´ ym v´ ykonem velmi obstojnˇe konkurovaly. Poˇ c´ıtaˇ c PC Escom PowerMac 8100 NoName PC PowerMac 7100
Operaˇ cn´ı syst´ em MS DOS System 7.1.2 SCOUNIX 5.00a System 7.1.2
CPU Pentium PowerPC 601 Pentium PowerPC 601
MHz 100 80 75 66
MIPS (1.1) 172,5 157,7 —— 129,6
MIPS (2.1) 132,6 113,3 102,9 93,1
Tabulka 1: Vybran´e hodnoty benchmarku Dhrystone MIPS[2]. Jako hlavn´ı desktopov´ y procesor byly PowerPC 601 v poˇc´ıtaˇc´ıch znaˇcky Apple pouze jeden rok (modely PowerMacintosh 6100, 7100 a 8100). O rok pozdˇeji jiˇz hr´aly roli low-end procesor˚ u (PowerMacintosh 7200 a 7500) a v roce 1996 je Apple s v´ yjimkou Workgroup Serveru 7250 ’ (pˇrepracovan´ y PowerMacintosh 7200 pro pouˇzit´ı v roli s´ıt ov´eho serveru) kompletnˇe nahradil novou generac´ı. PowerPC 601 byl totiˇz pouze prvn´ı v´ yvojov´ y stupeˇ n nov´e platformy, obsahoval nˇekter´e instrukce serverov´ ych POWER procesor˚ u a mˇel slouˇzit k hladk´emu pˇrechodu serverov´ ych IBM aplikac´ı z tˇechto procesor˚ u pr´avˇe na PowerPC. Dalˇs´ı generace tyto instrukce uˇz emulovaly pomoc´ı instrukc´ı jin´ ych (jedn´a se asi o 5% instrukˇcn´ıho souboru). PowerPC 601 V´ yrobn´ı proces 0,60 µm Poˇcet tranzistor˚ u 2,8 milionu Plocha j´adra 121 mm2 Cache unifikovan´a L1 32 kB Tabulka 2: Z´akladn´ı vlastnosti procesoru PowerPC 601[1].
6
´ GENERACE 4 DRUHA
4
´ generace Druha
V r´amci t´eto generace se na trhu objevily dva hlavn´ı procesory: PowerPC 603 a PowerPC 604 a jejich varianty.
4.1
PowerPC 603
Tento procesor naˇsel mezi lety 1994 a 1997 uplatnˇen´ı zejm´ena v low-end desktopech a tak´e v pˇrenosn´ ych poˇc´ıtaˇc´ıch. I kdyˇz se jedn´a o prvn´ı procesor, kter´ y kompletnˇe implementuje p˚ uvodn´ı specifikaci 32-bitov´e PowerPC architektury, byl od poˇc´atku vyr´abˇen jako nejlevnˇejˇs´ı moˇzn´a implementace. Proti PowerPC 601 postr´ad´a napˇr´ıklad podporu symetrick´eho multiprocessingu (SMP) a m´a i mnohem menˇs´ı L1 cache, jej´ıˇz velikost v prvn´ıch modelech byla pouze 2x8 kB. Tyto nev´ yhody byly vyv´aˇzeny vynikaj´ıc´ımi parametry spotˇreby elektrick´e energie, ve sleep reˇzimu procesor potˇrebuje pouh´e 2 mW a pˇri pln´e spotˇrebˇe 3 W na frekvenci 80 MHz.
Obr´azek 2: PowerPC 603. Zmenˇsen´a pamˇet’ cache zp˚ usobila velk´e pot´ıˇze emulaˇcn´ı vrstvˇe operaˇcn´ıho syst´emu od Apple. Tato vrstva se do cache neveˇsla a pr´ace se star´ ymi aplikacemi se proto na procesorech 603 velmi zpomalila. PowerPC 603 Apple prakticky nenasadil, rozˇs´ıˇren´ı v desktopech PowerMacintosh a laptopech PowerBook se doˇckaly aˇz dvˇe modernizovan´e varianty – 603e a 603ev – kter´e pˇrinesly dvojn´asobnou cache (16+16 kB). Tyto varianty se vyr´abˇely na mnohem vyˇsˇs´ıch taktovac´ıch frekvenc´ıch, s maximem aˇz na hranici 300 MHz (spotˇreba 60 W). PowerPC 603/e/ev se tak´e rozˇs´ıˇrilo za hranice AIM aliance, ve sv´ ych pracovn´ıch stanic´ıch BeBox jej nasadila americk´a spoleˇcnost Be a nˇemeck´ y v´ yrobce Phase5 na nich zaloˇzil akceleraˇcn´ı karty BlizzardPPC pro poˇc´ıtaˇce Commodore Amiga. PowerPC 603 V´ yrobn´ı proces 0,50µm Poˇcet tranzistor˚ u 1,6 milionu Plocha j´adra 81mm2 Cache oddˇelen´a L1 8kB+8kB
PowerPC 603e 0.50µm 2,6 milionu 98mm2 oddˇelen´a L1 16 kB+16 kB
Tabulka 3: Z´akladn´ı vlastnosti procesor˚ u PowerPC 603 a PowerPC 603e[1].
7
´ GENERACE 4 DRUHA
4.2
PowerPC 604
PowerPC 604 byl v´ ykonn´ y superskal´arn´ı procesor urˇcen´ y pro desktopy a pracovn´ı stanice, schopn´ y zpracovat aˇz 6 instrukc´ı v jednom cyklu. Narozd´ıl od PowerPC 603 podporoval symetrick´ y multiprocessing, a proto se po jeho uveden´ı na podzim 1994 zaˇc´ınaj´ı i u Apple objevovat v´ıceprocesorov´e konfigurace. PowerPC 604 a jeho modernizovan´e varianty 604e/ev se vyr´abˇely na frekvenc´ıch od 100 MHz aˇz po 400 MHz, cache v pr˚ ubˇehu v´ yvoje tohoto procesoru stoupla z 16+16 kB u 604 na 32+32 kB u 604e/ev. Pˇr´ıkon se pˇritom pohyboval maxim´alnˇe kolem hodnoty 20 W.
Obr´azek 3: PowerPC 604. Vˇsechny hi-end desktopy Apple, napˇr´ıklad PowerMacintosh 8600 a 9600, byly vybaveny pr´avˇe tˇemito procesory, stejnˇe jako nejv´ ykonnˇejˇs´ı ˇrada akceleraˇcn´ıch karet CyberStormPPC pro poˇc´ıtaˇce Commodore Amiga. PowerPC 604 V´ yrobn´ı proces 0,50 µm Poˇcet tranzistor˚ u 3,6 milionu Plocha j´adra 197 mm2 Cache oddˇelen´a L1 16 kB+16 kB
PowerPC 604e 0.35 µm 5,1 milionu 148 mm2 oddˇelen´a L1 32 kB+32 kB
Tabulka 4: Z´akladn´ı vlastnosti procesor˚ u PowerPC 604 a PowerPC 604e[1].
4.3
PowerPC 620
Vu ´vodu k popisu druh´e generace jsem se zm´ınil, ˇze na trhu se objevily dva u ´spˇeˇsn´e procesory druh´e generace PowerPC, proˇc zde tedy zmiˇ nuji tˇret´ı? PowerPC 620 bylo prvn´ım plnˇe 64-bitov´ ym procesorem rodiny PowerPC a mˇely b´ yt smˇeˇrov´any do segmentu nejv´ ykonnˇejˇs´ıch pracovn´ıch stanic. Bohuˇzel ale jejich v´ ykon nebyl v re´aln´ ych podm´ınk´ach tak oslniv´ y, jak tomu bylo v pap´ırov´ ych specifikac´ıch a velmi brzy se pˇred nˇe dostaly procesory 604e/ev. Jedin´ y, kdo nasadil tyto procesory ve sv´ ych pracovn´ıch stanic´ıch Escala tak byla francouzsk´a spoleˇcnost Groupe Bull. 8
ˇ ´I GENERACE 5 TRET
5
ˇet´ı generace Tr
Tˇret´ı generaci procesor˚ u PowerPC se jako prvn´ı dostalo velk´e marketingov´e pozornosti. V roce 1997, kdy byla uvedena na trh se totiˇz do spoleˇcnosti Apple po delˇs´ı dobˇe vr´atil jeden z jej´ıch zakladatel˚ u, Steve Jobs, a spoleˇcnost zah´ajila agresivn´ı marketingovou strategii zaloˇzenou na pˇrednostech tˇechto procesor˚ u. Pr´avˇe v r´amci t´eto marketingov´e strategie byly vˇsechny procesory t´eto generace – tedy PowerPC 740/750/745/755 a jejich varianty – oznaˇceny jako PowerPC G3.
Obr´azek 4: PowerPC G3 (750). Procesory PowerPC G3 vznikly jako n´astupci PowerPC 603e. I pˇresto, ˇze se jedn´a o pokraˇcovatele low-end procesor˚ u urˇcen´ ych zejm´ena do laptop˚ u se brzy uk´azalo, ˇze jsou natolik v´ ykonn´e, ˇze k v´ yvoji n´astupce high-end PowerPC 604 nebylo v˚ ubec pˇristoupeno. Vzhledem k tˇemto okolnostem byl PowerPC 740 plnˇe pinovˇe kompatibiln´ı s PowerPC 603, coˇz znaˇcnˇe usnadnilo v´ yvoj z´akladn´ıch desek. Na stejn´e byl frekvenci v´ yraznˇe rychlejˇs´ı neˇz konkurenˇcn´ı Intel Pentium II, pˇriˇcemˇz si ale ponechal velmi n´ızkou spotˇrebu elektrick´e energie. PowerPC 750 nav´ıc nab´ızel extern´ı (backside) L2 cache aˇz do velikosti 1 MB, d´ıky ˇcemuˇz byl jeho v´ ypoˇcetn´ı v´ ykon v nˇekter´ ych v´ ypoˇctech jeˇstˇe o tˇretinu vyˇsˇs´ı.
Obr´azek 5: Uk´azka z reklamn´ı kampanˇe poˇc´ıtaˇce PowerMacintosh G3. Na procesoru PowerPC 750 byla kolem roku 1998 zaloˇzena cel´a produktov´a nab´ıdka Apple: PowerMacintosh G3, iMac G3, PowerBook G3 a pozdˇeji i iBook G3. Poˇc´ınaje MacOS 8.5 v´ yraznˇe ubylo emulovan´eho k´odu, kter´ y v pˇredchoz´ıch ˇctyˇrech letech nejv´ıce spotˇrebov´aval v´ ykon procesor˚ u PowerPC, a tak se v´ ykon G3 mohl projevit naplno. Nen´ı se proto co divit, ˇze tento procesor ve sv´e modifikaci 750fx byl v produktech Applu (konkr´etnˇe v iBooku) jeˇstˇe v l´etˇe roku 2003, tedy ˇsest let pot´e, co byl poprv´e uveden v poˇc´ıtaˇci PowerMacintosh G3. 9
ˇ ´ GENERACE 6 CTVRT A
Procesory tˇret´ı generace se tak´e zaˇcaly prosazovat v nejr˚ uznˇejˇs´ıch variant´ach modern´ıch n´astupc˚ u poˇc´ıtaˇce Commodore Amiga (Amiga One, Pegasos-1) a napˇr´ıklad i v hern´ıch konzol´ıch (SoC procesor IBM Gekko v konzoli Nintendo GameCube atd.) PowerPC 750 V´ yrobn´ı proces 0,26 µm Poˇcet tranzistor˚ u 6,35 milionu Plocha j´adra 67 mm2 Cache L1 oddˇelen´a 32 kB+32 kB Cache L2 extern´ı unifikovan´a aˇz 1024 kB
PowerPC 755 0.22 µm 6,75 milionu 51 mm2 oddˇelen´a 32 kB+32 kB extern´ı unifikovan´a aˇz 1024 kB
Tabulka 5: Z´akladn´ı vlastnosti procesor˚ u PowerPC 750[3] a PowerPC 755[7].
6
ˇ ´ generace Ctvrt a
ˇ Ctvrt´ a generace procesor˚ u PowerPC, oznaˇcovan´a jako PowerPC G4, pˇrinesla negativn´ı zlom ve v´ yvoji cel´e architektury. Tvoˇrily ji procesory PowerPC 7400 a odvozen´e (7410, 7445, 7450, 7455, 7447, 7457 a 7448), obohacen´e o vektorovou v´ ypoˇcetn´ı jednotkou AltiVec, kter´a jim umoˇznila jednoznaˇcnou dominanci ve v´ ypoˇctech, pˇri kter´ ych ji bylo moˇzn´e pouˇz´ıt.
Obr´azek 6: PowerPC G4 (7447a). Procesory t´eto generace byly vyr´abˇen´e v´ yhradnˇe Motorolou. IBM totiˇz v dan´em okamˇziku nespatˇrovalo v´ yhody vektorov´e jednotky a d´ale se zab´ yvalo rozvojem tˇret´ı generace, z n´ıˇz pˇreˇslo pˇr´ımo ke generaci p´at´e. Jedin´ y v´ yrobce bohuˇzel nestaˇcil dod´avat potˇrebn´e kusov´e objemy pro st´ale popul´arnˇejˇs´ı poˇc´ıtaˇce PowerMac G4, ale zejm´ena nest´ıhal inovovat procesor tak rychle, jak tomu bylo ve svˇetˇe konkurenˇcn´ı architektury x86, kde spolu soupeˇrili Intel a AMD. Procesory pod´avaly sluˇsn´ y v´ ykon pˇri nˇekolikan´asobnˇe menˇs´ı spotˇrebˇe a tud´ıˇz i produkci odpadn´ıho tepla, ale konkurence v t´e dobˇe zaˇcala prudce navyˇsovat taktovac´ı frekvence sv´ ych procesor˚ u, coby hlavn´ı marketingov´e l´akadlo. Ve chv´ıli, kdy procesory G4 dosahovaly frekvence 800 MHz, pokoˇril Intel se sv´ ym Pentiem 4 hranici 2 GHz a i kdyˇz byly pro znaˇcnou ˇc´ast v´ ypoˇcetn´ıch operac´ı prakticky stejnˇe rychl´e, z´akazn´ıci taˇzeni vyˇsˇs´ım ˇc´ıslem v´ıce a v´ıce kritizovali Apple pro zd´anlivou neschopnost drˇzet krok s v´ yvojem odvˇetv´ı.
10
´ A ´ GENERACE 7 PAT
Kv˚ uli zm´ınˇen´e nedostateˇcn´e kusov´e produkci se Apple dokonce dostal do situace, kdy pouˇz´ıval procesory tˇr´ı r˚ uzn´ ych generac´ı z´aroveˇ n – nejlevnˇejˇs´ı iBooky mˇely procesory tˇret´ı generace, nejv´ ykonnˇejˇs´ı PowerMacy mˇely procesory generace p´at´e a vˇsechny ostatn´ı modely mˇely procesory G4. I tyto procesory v poˇc´ıtaˇc´ıch od Apple vydrˇzely pln´ ych ˇsest let (1999–2005), bylo to vˇsak mnohem d´ele, neˇz si veden´ı spoleˇcnosti pˇredstavovalo. Kromˇe poˇc´ıtaˇc˚ u Apple byly procesory ˇctvrt´e generace pouˇzity i v dalˇs´ı generaci n´astupc˚ u poˇc´ıtaˇce Commodore Amiga (Pegasos-2). PowerPC 7400 V´ yrobn´ı proces 0,20 µm Poˇcet tranzistor˚ u 10,5 milionu Plocha j´adra 83 mm2 Cache L1 oddˇelen´a 32 kB+32 kB Cache L2 extern´ı unifikovan´a aˇz 2048 kB s intern´ım ˇradiˇcem Tabulka 6: Z´akladn´ı vlastnosti procesoru PowerPC 7400[6].
7
´ ta ´ generace Pa
Evoluce desktopov´e platformy PowerPC se zastavila na p´at´e generaci. Tuto generaci tvoˇrenou procesory PowerPC 970, 970fx a 970MP vyr´abˇel opˇet pouze jeden v´ yrobce, ovˇsem tentokr´at to bylo IBM. Motorola (a pozdˇeji jej´ı osamostatnˇen´a procesorov´a divize Freescale) nebyla schopna novou generaci procesor˚ u dodat vˇcas a pot´e, co Apple jako hlavn´ı odbˇeratel procesor˚ u podepsal dohodu s IBM jej´ı v´ yvoj zastavila u ´plnˇe.
Obr´azek 7: 64-bitov´ y procesor PowerPC G5 (970fx). Podle Apple mˇelo pr´avˇe IBM dostateˇcn´e v´ yvojov´e kapacity na to, aby srovnalo krok s procesory Intelu a AMD. V polovinˇe roku 2003 tak pˇriˇsel na trh PowerMac G5 vybaven´ y plnˇe 64-bitov´ ym procesorem PowerPC 970 na frekvenci aˇz 2 GHz (volitelnˇe dvojic´ı procesor˚ u). Jeˇstˇe dlouho po tomto datu Mac OS X nemˇel plnou podporu 64-bitov´ ych aplikac´ı, ale to Apple nevadilo a PowerMac G5 byl propagov´an jako prvn´ı 64-bitov´ y znaˇckov´ y desktopov´ y poˇc´ıtaˇc na svˇetˇe. Aby IBM dos´ahlo u PowerPC 970 takto vysok´ ych frekvenc´ı, muselo s´ahnout k nˇekter´ ym krok˚ um, ke kter´ ym pˇredt´ım s´ahl Intel u Pentia 4, zejm´ena se projevilo byly prodlouˇzen´ı pipeline a t´ım se sn´ıˇzen´ı efektivity procesoru. Zv´ yˇsen´ım frekvence se zv´ yˇsila i spotˇreba procesoru a bˇehem dalˇs´ıch dvou let se tak nepodaˇrilo vytvoˇrit jeho mobiln´ı verzi. 11
´ A ´ GENERACE 7 PAT
Pr´avˇe spotˇrebu elektrick´e energie Apple v roce 2005 uvedl jako hlavn´ı d˚ uvod, proˇc po jeden´acti letech procesory PowerPC opustil. Jak je to ale se spotˇrebou G5 doopravdy? Frekvence (GHz) 1,0 1,4 1,8 2,0
Pˇ r´ıkon (W) 11 15 30 48
Tabulka 7: Spotˇreba procesoru PowerPC 970fx dle specifikace IBM[4]. Ze specifikace v´ yrobce – tedy IBM – vypl´ yv´a, ˇze jedno j´adro PowerPC 970fx taktovan´e na maxim´aln´ı doporuˇcenou frekvenci 2 GHz mˇelo pˇr´ıkon 48 W. Porovn´ame-li tuto hodnotu napˇr´ıklad s j´adrem Northwood od Intelu, zjist´ıme, ˇze proti jeho spotˇrebˇe 55W je na tom PowerPC st´ale o nˇeco l´epe. Probl´emy se spotˇrebou si Apple zp˚ usobil s´am, kdyˇz pˇri uveden´ı PowerMac G5 ohl´asil, ˇze do roka pˇrijde model s taktem 3 GHz. IBM nezvl´adlo takto rychle procesor vyvinout a Apple zaˇcal procesory pˇretaktov´avat a chladit kapalinou. Vrcholem tohoto overclockingu bylo v jedn´e modelov´e ˇradˇe zv´ yˇsen´ı taktu aˇz na 2,7 GHz. Proloˇz´ıme-li tabulkov´e hodnoty v´ yrobce vhodnou exponenci´aln´ı funkc´ı, dost´av´ame se ke spotˇrebˇe 119W na jeden procesor, pˇriˇcemˇz poˇc´ıtaˇce byly standardnˇe osazeny dvˇema procesory.
Obr´azek 8: V´ yvoj spotˇreby procesory PowerPC 970fx pˇri stoupaj´ıc´ı frekvenci. IBM bˇehem roku 2004 na variantˇe procesoru s taktem 3 GHz pracovalo. Mˇelo se jednat o model 970GX a pˇri uvedn´e frekvenci mˇel m´ıt spotˇrebu pˇrijateln´ ych 85 W. Pˇred jeho dokonˇcen´ım ale Apple zmˇenil svoje poˇzadavky a IBM tak v´ yvoj ukonˇcilo a pˇresmˇerovalo prostˇredky k v´ yvoji v´ıcej´adrov´eho procesoru 970MP. Dvouj´adrov´ y procesor PowerPC 970MP mˇel pˇri taktu 2 GHz pˇr´ıkon 59 W, coˇz je u ´daj srovnateln´ y s o generaci novˇejˇs´ımi procesory. I tento procesor ovˇsem Apple pˇretaktoval na 2,5 GHz a t´ım vˇsechny snahy o sn´ıˇzen´ı spotˇreby zmaˇril. PowerPC 970fx V´ yrobn´ı proces 0,09 µm Poˇcet tranzistor˚ u 58 milion˚ u Plocha j´adra 66 mm2 Cache L1 oddˇelen´a 64 kB+32 kB Cache L2 intern´ı unifikovan´a 512 kB Tabulka 8: Z´akladn´ı vlastnosti procesoru PowerPC 970fx[4].
12
´ ER ˇ 9 ZAV
8
Hern´ı konzole
Jiˇz od konzole Nintendo GameCube, kter´a byla uvedena na trh v roce 1999 se procesory PowerPC zaˇcaly prosazovat v hern´ım pr˚ umyslu. Vzhledem k tomu, ˇze maj´ı hern´ı konzole v´ yvojov´ y cyklus proti stoln´ım poˇc´ıtaˇc˚ um zhruba dvakr´at aˇz tˇrikr´at delˇs´ı, je v´ yvoj procesor˚ u pro nˇe pro IBM pˇrijatelnˇejˇs´ı a m´enˇe n´akladn´ y. V souˇcasn´e dobˇe maj´ı vˇsechny tˇri mainstreamov´e konzole, tedy Microsoft XBox360, Sony Playstation 3 i Nintendo Wii procesory zaloˇzen´e na t´eto architektuˇre. Prvn´ı dvˇe jmenovan´e maj´ı v´ıcej´adrov´e procesory odvozen´e od p´at´e generace PowerPC, Nintendo Wii pak disponuje procesorem o nˇekolik generac´ı starˇs´ım. V ˇcervnu 2011 pˇredstaven´a konzole nov´e generece – Nintendo Wii U – m´a podle specifikac´ı tak´e procesor zaloˇzen´ y na t´eto architektuˇre, z ˇcehoˇz lze usuzovat, ˇze zde, narozd´ıl od trhu desktop˚ u, m´a PowerPC st´ale budoucnost.
9
´ ve ˇr Za
Aˇckoliv byly od poˇc´atku navrˇzen´e pro trh osobn´ıch poˇc´ıtaˇc˚ u, uk´azaly se v posledn´ıch nˇekolika letech procesory PowerPC jako ˇspiˇckov´e procesory pro hern´ı konzole a dalˇs´ı pr˚ umyslov´a a spotˇrebn´ı zaˇr´ızen´ı. Procesory PowerPC najdeme ve v´ ykonn´ ych s´ıt’ov´ ych prvc´ıch, digit´aln´ıch set-top-boxech, laserov´ ych tisk´arn´ach, automobilech ˇci druˇzic´ıch (napˇr´ıklad v´ yzkumn´a vozidla Oportunity a Spirit). Bohuˇzel vˇsak na sv´em p˚ uvodn´ım trhu jiˇz nad vˇs´ı pochybnost skonˇcily. Existuj´ı sice menˇs´ı v´ yrobci, kteˇr´ı st´ale vyr´ab´ı z´akladn´ı desky zaloˇzen´e na tˇechto procesorech (zejm´ena dalˇs´ı n´astupci poˇc´ıtaˇc˚ u Commodore Amiga), ale jedn´a se o komerˇcnˇe nev´ yznamn´e poˇcty a nˇekter´e z tˇechto desek jsou vyr´abˇeny i v pr˚ umyslov´ ych variant´ach, kter´e finanˇcnˇe ospravedlˇ nuj´ı jejich v´ yvoj. Vzhledem k tomu, ˇze se jednalo o modern´ı architekturu, kter´a byla od poˇc´atku navrˇzena v 32-bitov´e i 64-bitov´e specifikaci je jej´ıho nevyuˇzit´eho potenci´alu ˇskoda.
13
REFERENCE
Reference [1] PowerPC on Apple: An Architectural History, Part I [online]. [cit. 01.06.2011]. Historie prvn´ıch tˇr´ı generac´ı procesor˚ u PowerPC ve spojen´ı s poˇc´ıtaˇci firmy Apple. Dostupn´e z: http://arstechnica.com/old/content/2004/08/ppc-1.ars/. [2] PDS: The Performance Database Server [online]. [cit. 01.06.2011]. Tabulka v´ ysledk˚ u benchmarku Dhrystone MIPS. Dostupn´e z: http://performance.netlib.org/performance/ html/dhrystone.data.col0.html. [3] PowerPC 750 Microprocessor - IBM Electronics [online]. [cit. 01.06.2011]. Knihovna dokumentace procesor˚ u PowerPC 740/750. Dostupn´e z: https://www-01.ibm.com/chips/ techlib/techlib.nsf/products/PowerPC 750 Microprocessor. [4] IBM PowerPC 970FX RISC Microprocessor Datasheet [online]. [cit. 01.06.2011]. Kompletn´ı specifikace procesoru IBM PowerPC 970fx. Dostupn´e z: https://www-01.ibm.com/ chips/techlib/techlib.nsf/techdocs/1DE505664D202D2987256D9C006B90A5/$file/ PPC970FX DS DD3.X V2.5 26MAR2007 pub.pdf. [5] Procesory PowerPC (1. d´ıl) - Historie a v´yvoj PowerPC [online]. [cit. 01.06.2011]. Pˇrehled historie procesor˚ u PowerPC zejm´ena ve spojen´ım s poˇc´ıtaˇci Commodore Amiga. Dostupn´e z: http://powerpc.lukysoft.cz/procesory-powerpc-1-dil-historie-vyvoj-powerpc. [6] MPC7400 RISC Microprocessor Hardware Specifications [online]. [cit. 01.06.2011]. Kompletn´ı specifikace procesoru Freescale MPC7400. Dostupn´e z: www.freescale.com/files/ 32bit/doc/data sheet/MPC7400EC.pdf. [7] MPC755 Product Summary Page [online]. [cit. 01.06.2011]. Knihovna dokumentace procesor˚ u PowerPC 755. Dostupn´e z: http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod summary.jsp?code=MPC755.
14
INDEX
Index Motorola 88000, 5 PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC PowerPC
601, 6, 7 603, 7–9 603e, 7, 9 603ev, 7 604, 7–9 604e, 8 604ev, 8 620, 8 740, 9 7400, 10 750, 9 970, 11 970fx, 11, 12 970MP, 11, 12
15
