Die PowerPC 970 , PowerPC 970FX und PowerPC 970MP sind 64-Bit -PowerPC- Prozessoren von IBM , die im Jahr 2002 eingeführt wurden. Apple vermarktete die 970 als PowerPC G5 für seinen Power Mac G5 .

Nachdem die PowerPC-Architektur Anfang der 1990er-Jahre im Rahmen der AIM-Allianz entwickelt worden war , entstand die 970er-Familie in einer weiteren Zusammenarbeit zwischen IBM und Apple . [ 1 ] [ 2 ] Das Projekt trug den Codenamen GP-UL (Giga Processor Ultra Light), wobei Giga Processor der Codename für den POWER4 war , von dem der Kern abgeleitet wurde. Bei der Vorstellung des Power Mac G5 erklärte Apple, es handele sich um ein fünfjähriges Kooperationsprojekt mit einer Roadmap für mehrere Generationen. Diese Prognose erwies sich jedoch als kurzlebig, da Apple bereits ein Jahr nach der Markteinführung das Versprechen, einen 3-GHz-Prozessor anzubieten, zurückziehen musste. IBM gelang es zudem nicht, den Stromverbrauch auf das für Laptops notwendige Niveau zu senken. Letztendlich verwendete Apple nur drei Varianten des Prozessors.

Die JS20/JS21 Blade-Module von IBM sowie einige Einsteiger- Workstations und System-p- Server basieren auf dem PowerPC 970. Er kommt auch in einigen High-End-Embedded-Systemen wie dem Momentum XSA-200 von Mercury zum Einsatz. IBM lizenziert den PowerPC-970-Kern zudem für die Verwendung in kundenspezifischen Anwendungen.

Design

PowerPC 970FX Prozessor

Der PowerPC 970 ist ein Einkernprozessor, der auf dem POWER4 basiert und sowohl 32-Bit- als auch 64-Bit -PowerPC- Befehle nativ verarbeiten kann. Er verfügt über eine Hardware- Prefetch-Einheit und eine Drei-Wege -Sprungvorhersageeinheit .

Wie beim POWER4 besteht das Frontend aus neun Stufen. Der PowerPC 970 kann bis zu acht Befehle abrufen und dekodieren, bis zu fünf an Reservestationen weiterleiten, bis zu acht an die Ausführungseinheiten ausgeben und bis zu fünf pro Taktzyklus zurückgeben. Die Ausführungspipelines wurden im Vergleich zum POWER4 verlängert, um eine höhere IPC (Instructions Per Cycle) zu erreichen . Er verfügt über acht Ausführungseinheiten: zwei arithmetisch-logische Einheiten (ALUs), zwei Gleitkommaeinheiten doppelter Genauigkeit , zwei Lade-/Speichereinheiten und zwei AltiVec- Einheiten. [ 3 ]

Eine der AltiVec-Einheiten führt Integer- und Gleitkomma-Befehle aus, die andere ausschließlich Permutationsbefehle. Letztere verfügt über drei Untereinheiten für einfache Integer-, komplexe Integer- und Gleitkomma-Befehle. Diese Einheiten besitzen Pipelines unterschiedlicher Länge: 10 Stufen für einfache Integer- und Permutationsbefehle, 13 Stufen für komplexe Integer-Befehle und 16 Stufen für Gleitkomma-Befehle. [ 3 ]

Der Prozessor verfügt über zwei unidirektionale 32-Bit -DDR-Busse ( Double Data Rate ) zum Systemcontroller-Chip ( Northbridge ), die mit einem Viertel der Prozessorkerngeschwindigkeit arbeiten. Die Busse übertragen neben Daten auch Adressen und Steuersignale, sodass nur ein Teil der maximalen Bandbreite (6,4 GB/s bei 450 MHz) genutzt werden kann. Da die Busse unidirektional sind, kann jede Richtung nur die Hälfte der Gesamtbandbreite, also 3,2 GB/s, realisieren. [ 3 ]

Generationen

Alle Generationen der 970-Prozessoren wurden im IBM-Werk East Fishkill in New York auf einem weißen Keramiksubstrat hergestellt, das typisch für die High-End-Prozessoren von IBM jener Zeit war.

Der erste PowerPC 970 wurde in der 20. Kalenderwoche des Jahres 2003 im 130-nm-Verfahren hergestellt. [ 4 ]
Der PowerPC 970FX wurde in der 25. Kalenderwoche des Jahres 2004 im 90-nm-Verfahren mit dem kleineren Chip hergestellt. [ 4 ]
Der PowerPC 970MP besitzt zwei Kerne auf demselben Chip und den doppelten L2-Cache pro Kern im Vergleich zum 970FX, wodurch er deutlich größer ist. Er wurde in der 24. Kalenderwoche des Jahres 2005 gefertigt. [ 4 ]

PowerPC 970

Der PowerPC 970 wurde von IBM im Oktober 2002 angekündigt und im Juni 2003 im Power Mac G5 von Apple Computer eingeführt. Analog zur Namensgebung G3 und G4 bezeichnete Apple die auf dem PowerPC 970 basierenden Produkte als G5, für die fünfte Generation des PowerPC. IBM brachte seine ersten Blade-Server mit PowerPC 970, den BladeCenter JS20 , im November 2003 auf den Markt.

Der PowerPC 970 verfügt über 512 KB L2 -Cache mit voller Geschwindigkeit und Taktraten von 1,6 bis 2,0 GHz. Der Front Side Bus läuft mit der halben Taktrate des Prozessors.

PowerPC 970FX

Der PowerPC 970FX wird im 90-nm -Verfahren gefertigt und hat eine maximale Leistungsaufnahme von 11 Watt bei 65 °C (149 Grad Fahrenheit) und einer Taktfrequenz von 1 GHz sowie maximal 48 Watt bei 2 GHz. [ 5 ]

Es verfügt über 10 Funktionseinheiten: 2 Festkommaeinheiten, 2 Lade-/Speichereinheiten, 2 Gleitkommaeinheiten, 1 Verzweigungseinheit, 1 SIMD-ALU-Einheit, 1 SIMD-Permutationseinheit und 1 Bedingungsregister. Es unterstützt bis zu 215 gleichzeitig ausgeführte Befehle: 16 in der Befehlsabrufeinheit, 67 in der Befehlsdekodiereinheit, 100 in den Funktionseinheiten und 32 in der Speicherwarteschlange. Es besitzt 64 KB direkt abgebildeten Befehlscache und 32 KB D-Cache. [ 6 ]

Apple brachte im Laufe des Jahres 2004 Geräte mit 970FX-Prozessor auf den Markt: den Xserve G5 im Januar, den Power Mac G5 im Juni und den iMac G5 im August. Der Power Mac erreichte mit Flüssigkeitskühlung eine maximale Taktfrequenz von 2,5 GHz (die im April 2005 sogar 2,7 GHz betrug). Der iMac lief mit einem Drittel der Taktfrequenz über den Front Side Bus.

Die Nachfrage nach einer schnelleren Laptop-CPU als der G4 war enorm, doch Apple verbaute nie eine G5-CPU in PowerBook- Laptops. Der ursprüngliche 970 verbrauchte viel zu viel Strom und wurde nie ernsthaft als Kandidat für einen tragbaren Computer in Betracht gezogen. Der 970FX reduzierte die Verlustleistung (TDP) auf etwa 30 W bei 1,5 GHz, was viele Nutzer zu der Annahme verleitete, ein PowerBook G5 sei möglich. Dennoch verhinderten mehrere Hindernisse den Einsatz des 970FX in dieser Anwendung. Mit 1,5 GHz war der G5 nicht wesentlich schneller als die 1,5- und 1,67-GHz-G4-Prozessoren, die Apple stattdessen in PowerBooks verwendete. Zudem waren die Northbridge-Chips zur Anbindung des 970FX an den Speicher und andere Geräte nicht für tragbare Computer ausgelegt und verbrauchten zu viel Strom. Schließlich verfügte der 970FX über unzureichende Energiesparfunktionen für eine tragbare CPU. Sein minimaler Stromverbrauch (im Leerlauf) war viel zu hoch, was zu einer geringen Akkulaufzeit in einem Notebook geführt hätte.

PowerPC 970MP

IBM kündigte den PowerPC 970MP ( Codename „Antares“) am 7. Juli 2005 auf dem Power Everywhere Forum in Tokio an. Der 970MP ist eine Dual-Core-Variante des 970FX mit Taktraten zwischen 1,2 und 2,5 GHz und einer maximalen Leistungsaufnahme von 75 W bei 1,8 GHz und 100 W bei 2,0 GHz. Jeder Kern verfügt über 1 MB L2-Cache , doppelt so viel wie der 970FX. Wie der 970FX wurde auch dieser Chip im 90-nm-Verfahren gefertigt. Wenn einer der Kerne im Leerlauf ist, wechselt er in einen Energiesparmodus und schaltet sich ab. [ 7 ] Der 970MP bietet außerdem Partitionierungs- und Virtualisierungsfunktionen. [ 8 ] [ 9 ]

Der PowerPC 970MP ersetzte den PowerPC 970FX in Apples High-End- Computern Power Mac G5 , während der iMac G5 und der ältere PCI-X Power Mac G5 weiterhin den PowerPC 970FX-Prozessor verwendeten. Der PowerPC 970MP kommt in IBMs JS21-Blade-Modulen, der IBM Intellistation POWER 185 Workstation und der YDL PowerStation von Fixstars Solutions (Yellow Dog Linux (YDL) PowerStation) zum Einsatz.

Aufgrund des hohen Leistungsbedarfs hat IBM die Produktion von Geräten mit einer Taktfrequenz über 2,0 GHz eingestellt.

Northbridges

IBM fertigte zwei dedizierte Northbridges für PowerPC 970-basierte Computer an:

  • Der CPC925 wurde von Apple [ 10 ] entwickelt und als U3 oder U3H (mit ECC -Speicherunterstützung) bezeichnet. Er unterstützt bis zu zwei PowerPC 970- oder PowerPC 970FX-Prozessoren und verfügt über zwei unidirektionale 550-MHz-Prozessorbusse, einen 400-MHz -DDR -Speichercontroller, x8 AGP und einen 400-MHz-16-Bit -HyperTransport- Tunnel. Die Fertigung erfolgte im 130-nm-Verfahren. Zusätzlich befand sich eine unveröffentlichte U3Lite-Northbridge für das PowerBook G5 in Entwicklung, die jedoch nie auf den Markt kam.
  • Der von IBM entwickelte und von Apple als U4 bezeichnete CPC945 unterstützt zwei PowerPC 970MP-Prozessoren und verfügt über zwei unidirektionale 625-MHz-Prozessorbusse, zwei Speichercontroller für bis zu 64 GB 533-MHz-DDR2-SDRAM mit ECC-Funktionalität, eine x16- PCIe- Lane sowie einen 800-MHz-16-Bit-HyperTransport-Tunnel. Er wird im 90-nm-Verfahren gefertigt.

Die Entwicklung einer CPC965-Northbridge wurde eingestellt. Sie sollte 2007 erscheinen und ausschließlich für Uniprozessoren geeignet sein. Zu ihren Merkmalen gehörten ein 533-MHz-DDR2-Controller mit Unterstützung für bis zu 8 GB ECC-Speicher, ein 8x-PCIe-Bus, integriertes Gigabit-Ethernet mit vier Ports und IPv4- TCP / UDP -Offloading, USB-2.0-Anschlüsse und eine Flash -Schnittstelle. Die Northbridge enthielt einen integrierten PowerPC-405- Kern für Systemverwaltung und Konfigurationsfunktionen. [ 11 ]

Busse

IBM verwendet in den Modulen seinen proprietären Elastic Interface (EI)-Bus.

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ „Apple stellt den schnellsten Personal Computer der Welt vor – den Power Mac G5“ . Apple. 23. Juni 2003. Archiviert vom Original am 16. Dezember 2021. Abgerufen am 4. Dezember 2017 .
  2. ^ „Apple und IBM stellen den PowerPC G5-Prozessor vor“ . Apple. 23. Juni 2003. Archiviert vom Original am 21. April 2022. Abgerufen am 4. Dezember 2017 .
  3. ^ a b c Halfhill, Tom R. (28. Oktober 2002). „IBM reduziert Power4, fügt AltiVec hinzu“. Microprocessor Report .
  4. ^ a b c „IBM Produktionsdaten CPU-World“ . Archiviert vom Original am 20. April 2018. Abgerufen am 2. März 2013 .
  5. ^ „IBM PowerPC 970FX RISC Mikroprozessor-Datenblatt“ (PDF) . 01.ibm.com . Abgerufen am 2. November 2010 .
  6. ^ „IBM PowerPC 970FX RISC Mikroprozessor Benutzerhandbuch V 1.7“ (PDF) . www-01.ibm.com. Archiviert (PDF) vom Original am 22. Mai 2014. Abgerufen am 21. Mai 2014 .
  7. ^ Paul Hales: Freitag, 8. Juli 2005, 17:28 Uhr (8. Juli 2005). „IBM stellt Dual-Core-PowerPC-970-Chip vor – The INQUIRER“ . Theinquirer.net. Archiviert vom Original am 12. August 2006. Abgerufen am 22. September 2008 .{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  8. ^ „Nächster IBM-Apple-Chip erhält High-End-Funktionen“ . ZDNet . Archiviert vom Original am 17. April 2008. Abgerufen am 22. September 2008 .
  9. ^ „IBM BladeCenter JS21 Express“ . 03.ibm.com. Archiviert vom Original am 10. September 2007. Abgerufen am 22. September 2008 .
  10. ^ Steve Jobs, Apple (25. Juni 2003). „WWDC 2003 Keynote“ . Archiviert vom Original am 21. Dezember 2021. Abgerufen am 16. Oktober 2009 – via YouTube.
  11. ^ LaPedus, Mark (10. März 2006). „IBM bringt stromsparende Prozessoren und IP-Cores auf den Markt.“ Archiviert am 26. September 2007 in der Wayback Machine . EE Times .

Weiterführende Literatur