PowerPC G4 — обозначение, ранее использовавшееся Apple для описания четвертого поколения 32-разрядных микропроцессоров PowerPC . Apple применила это название к различным (хотя и тесно связанным) моделям процессоров от Freescale , бывшей части Motorola . Собственное название этого семейства процессоров от Motorola и Freescale — PowerPC 74xx .
Компьютеры Macintosh , такие как ноутбуки PowerBook G4 и iBook G4 , а также настольные компьютеры Power Mac G4 и Power Mac G4 Cube, получили свое название от процессора. Микропроцессоры PowerPC G4 также использовались в eMac , Xserves первого поколения , Mac Minis первого поколения 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, использовавшей G4, был Mac Mini. Последним портативным компьютером, использовавшим G4, был iBook G4 , который был заменен MacBook на базе Intel . PowerBook G4 был заменен MacBook Pro на базе Intel .
Микропроцессоры PowerPC G4 были также популярны в других компьютерных системах, таких как серия компьютеров AmigaOne и Pegasos от Genesi . Помимо настольных компьютеров, PowerPC G4 был популярен во встраиваемых средах, таких как маршрутизаторы, телекоммуникационные коммутаторы, обработка изображений, медиа, авионика и военные приложения, где можно было в полной мере воспользоваться технологией AltiVec и ее возможностями SMP .
PowerPC 7400 (кодовое название «Max») дебютировал в августе 1999 года и стал первым процессором с названием «G4». Чип работает на частотах от 350 до 500 МГц и содержит 10,5 миллионов транзисторов, изготовленных с использованием 0,20 мкм процесса HiPerMOS6 компании Motorola. Площадь кристалла составляет 83 мм2 , а его межсоединения выполнены из меди .
Motorola обещала Apple поставлять детали со скоростью до 500 МГц, но изначально выход продукции оказался слишком низким. Это заставило Apple отозвать рекламируемые 500 МГц модели Power Mac G4 . Серия 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-Motorola и, как сообщается, заставил Apple обратиться к IBM за помощью в повышении выхода продукции на линии серии Motorola 7400. [1] Модель 500 МГц была повторно представлена 16 февраля 2000 года.
Большая часть дизайна 7400 была сделана Motorola в тесном сотрудничестве с Apple и IBM . IBM, третий член альянса AIM , разработала чип совместно с Motorola в своем конструкторском центре в Сомерсете, но решила не производить его, поскольку тогда не видела необходимости в векторном процессоре. В конечном счете, дизайн архитектуры G4 содержал 128-битный векторный процессор, обозначенный AltiVec компанией Motorola, в то время как маркетинг Apple называл его «Velocity Engine».
PowerPC 970 (G5) был первым ЦП производства IBM, реализовавшим VMX/AltiVec , для которого IBM повторно использовала старый дизайн 7400, который у них все еще был из дизайна, который они сделали с Motorola в Сомерсете. ЦП Xenon в Xbox 360 также имеет VMX, с добавленными фирменными расширениями, сделанными специально для Microsoft. POWER6 , представленный в 2007 году, является первым ЦП IBM « большого железа », также реализовавшим VMX.
С блоком AltiVec микропроцессор 7400 может выполнять четырехходовую одинарную точность (32-битную) плавающую математику или 16-ходовую 8-битную, 8-ходовую 16-битную или четырехходовую 32-битную целочисленную математику за один цикл. Кроме того, блок векторной обработки является суперскалярным и может выполнять две векторные операции одновременно. По сравнению с микропроцессорами Intel x86 того времени эта функция обеспечивала существенное повышение производительности приложений, разработанных для использования блока AltiVec. Некоторые примеры: Adobe Photoshop, который использует блок AltiVec для более быстрой визуализации эффектов и переходов, и пакет iLife от Apple , который использует блок для импорта и преобразования файлов на лету.
Кроме того, 7400 имеет улучшенную поддержку симметричной многопроцессорной обработки (SMP) благодаря улучшенному протоколу когерентности кэша ( MERSI ) и 64-битному блоку с плавающей точкой (FPU), частично полученному из серии 604. Серия 603 имела 32-битный FPU, которому требовалось два тактовых цикла для выполнения 64-битной арифметики с плавающей точкой .
Семейство PowerPC G4 поддерживает две технологии шин: старую шину 60x , которую оно разделяет с семействами PowerPC 600 и PowerPC 7xx , и заметно более продвинутую шину MPX. Устройства, использующие шину 60x, можно сделать совместимыми с процессорами 6xx или 7xx, что обеспечивает широкий спектр предложений и понятный и дешевый путь обновления, сводя проблемы совместимости к минимуму. В основном существуют две компании, производящие системные контроллеры для компьютеров 7xx и 7xxx: Tundra с контроллерами Tsi1xx и Marvell с контроллерами Discovery.
PowerPC 7410 "Nitro" — это маломощная версия 7400, но она была изготовлена по 180 нм вместо 200 нм. Как и 7400, она имеет 10,5 миллионов транзисторов. Она дебютировала в PowerBook G4 9 января 2001 года.
Чип добавил возможность использовать весь или половину своего кэша как высокоскоростную, некэшированную память, отображаемую в физическое адресное пространство процессора по желанию. Эта функция использовалась поставщиками встраиваемых систем, такими как Mercury Computer Systems .
PowerPC 7450 "Voyager"/"V'ger" был единственным крупным изменением дизайна процессора G4. 33-миллионный транзисторный чип значительно расширил конвейер выполнения 7400 (минимум 7 этапов против 4) для достижения более высоких тактовых частот, улучшил пропускную способность инструкций (3 + переход против 2 + переход на цикл) для компенсации более высокой задержки инструкций, заменил внешний кэш L2 (до 2 МБ 2-канальный набор ассоциативный, 64-битный путь данных) на интегрированный (256 КБ 8-канальный набор ассоциативный, 256-битный путь данных), поддерживал внешний кэш L3 (до 2 МБ 8-канальный набор ассоциативный, 64-битный путь данных) и имел множество других архитектурных усовершенствований. Блок AltiVec был улучшен с 7450; Вместо выполнения одной векторной инструкции перестановки и одной векторной инструкции ALU (simple int, complex int, float) за цикл, как 7400/7410, 7450 и его последователи Motorola/Freescale могут выполнять две произвольные векторные инструкции одновременно (permute, simple int, complex int, float). Это было представлено с 733 МГц Power Mac G4 9 января 2001 года. Motorola последовала за ним с промежуточным выпуском, 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 эти обозначения никогда не были официальными.
PowerPC 7455 "Apollo 6" был представлен в январе 2002 года. Он имел более широкий, 256-битный путь кэша на кристалле и был изготовлен по 0,18 мкм (180 нм) технологии HiPerMOS от 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 1 ГГц Power Mac G4 (Quicksilver 2002)
PowerPC 7447 "Apollo 7" немного улучшен по сравнению с 7450/55, он имеет 512 КБ кэша L2 на кристалле и был изготовлен по 130 нм процессу с SOI, поэтому потреблял меньше энергии. Он имеет 58 миллионов транзисторов. С 7447A, который представил интегрированный термодиод, а также DFS ( динамическое масштабирование частоты ), Freescale смогла достичь немного более высокой тактовой частоты. [ необходимо разъяснение ] 7447B фактически является 7447A с еще более высоким масштабированием частоты, с тактовой частотой до 1,7 ГГц официально и легко до 2,4 ГГц посредством разгона . [2] [3] 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 остановилось, когда Apple решила использовать 7447(s) вместо 7457(s), несмотря на то, что 7457 является преемником 7455 с поддержкой кэша L3, который Apple использовала ранее.
Единственными компаниями, которые предлагают 7457 в виде обновлений для Power Mac G4 , iMac G4 и Power Mac G4 Cube, являются 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 Pegasos-II/G4.
7457 часто используется для ремонта модуля процессора AmigaOne XE; [4] [5] [6] [7] некоторые программы AmigaOS с установленным 7457 могут ошибочно принять AmigaOne за компьютер Pegasos II, поскольку компания Eyetech никогда не выпускала официальных плат 7457 .
PowerPC 7448 "Apollo 8" является развитием PowerPC 7447B, анонсированного на первом форуме Freescale Technology в июне 2005 года. Улучшения включали больший кэш L2 на 1 МБ, более быструю фронтальную шину на 200 МГц и более низкое энергопотребление (18 Вт при 1,7 ГГц). Он был изготовлен по 90-нм техпроцессу с медными межсоединениями и SOI.
Пользователями PowerPC 7448 были:
В 2004 году Freescale переименовала ядро G4 в e600 и изменила фокус с общих ЦП на высокопроизводительные встраиваемые устройства SoC , а также представила новую схему именования, MPC86xx. 7448 должен был стать последним чистым G4, и он сформировал основу нового ядра e600 с семиступенчатым конвейером с тремя выпусками и мощным блоком предсказания ветвлений , который обрабатывает до шестнадцати инструкций вне очереди. Он имеет улучшенный блок AltiVec, способный выполнять ограниченное вне очереди , и кэш L2 объемом 1 МБ.
Этот список представляет собой полный список известных конструкций на базе G4 (исключая новые конструкции ядра e600). Изображения являются иллюстрациями и не соответствуют масштабу.