PowerPC 970

PowerPC 970
Egy PowerPC 970 CPU ábrázolása
Gyártás	2002
Tervező	IBM
Gyártó	IBM
Max CPU órajel	1,0 GHz – 2,7 GHz
Gyártás technológia méret	130 nm, 90 nm
Utasításkészlet	32 és 64 bites PowerPC 2.01
Mikroarchitektúra	ppc970, POWER4
Magok száma	1, 2
L1 gyorsítótár	64 KiB utasítás 32 KiB adat
L2 gyorsítótár	512–1024 KiB
Tokozás	CBGA576
Tranzisztorok száma	kb. 52–58 millió
Alkalmazása	asztali gépek, blade kiszolgálók, beágyazott rendszerek
Előd	POWER4
Változat	970, 970FX, 970MP
A Wikimédia Commons tartalmaz PowerPC 970 témájú médiaállományokat.
Sablon Wikidata Segítség

A PowerPC 970, PowerPC 970FX, és PowerPC 970MP 64 bites PowerPC architektúrájú, nagy teljesítményű RISC processzorok, amelyeket az IBM fejlesztett és mutatott be 2002-ben. Az Apple a 970-es sorozatot saját részéről PowerPC G5-nek nevezte, amivel Power Mac G5 számítógép­sorozatával kötötte össze ezeket a processzorokat, utalva a termékei (és a processzorok) ötödik generációjára. A „generáció” fogalma itt teljesen önkényes, bár a 970-es sorozat valóban egy komoly technológiai ugrást jelentett.

Miután az 1990-es évek elején az AIM szövetség létrehozta a PowerPC architektúrát, a 970-es család az IBM és az Apple további együttműködése eredményeként jött létre. A fejlesztés kódneve „GP-UL”, azaz „Giga Processor Ultra Light” volt, ahol a „Giga Processor” az IBM POWER4 processzorának kódneve, amiből a mag származik. A 970-es a második 64 bites processzor a PowerPC családban, ugyanis a 2. generációs PowerPC 620 (1996) ugyancsak 64 bites volt, de kereskedelmi szempontból nem volt sikeres. Mikor az Apple bevezette a Power Mac G5-öt, kijelentette, hogy ez egy ötéves közös erőfeszítés volt, és több generációs fejlesztési tervet vetített előre. Ez a jóslat azonban rövid életű volt, mivel az Apple-nek rövidesen vissza kellett vonnia azt az ígéretét, hogy egy évvel a bevezetés után a processzorok elérik a 3 GHz-es órajelet. Az IBM sem tudta az energiafogyasztást a laptopok számára szükséges szintre csökkenteni. Végül az Apple a processzor összesen három változatát alkalmazta a termékeiben.

Az IBM JS20/JS21 blade modulok, néhány alsó kategóriás munkaállomás és System p szerverek alapulnak a PowerPC 970-es processzoron. Használják ezen kívül néhány nagy teljesítményű beágyazott rendszerben, pl. a Mercury Systems egyes eszközeiben. Az IBM a PowerPC 970 magot is licenceli egyedi alkalmazásokban való felhasználásra.

Tervezés

PowerPC 970FX processzor

A PowerPC 970 a POWER4 egymagos származéka és képes natív módon feldolgozni mind a 32 bites, mind a 64 bites PowerPC utasításokat, tehát kódkompatibilis a 32 bites G4-es processzorokkal, leszámítva a PowerPC specifikáció szerinti opcionális little-endian támogatást, ami a PowerPC 970-ből hiányzik. A rendszerrel való kommunikáció két 32 bites széles buszon keresztül történik. Hardverében rendelkezik egy előzetes utasításkód-lehívó és háromutas elágazás-előrejelző egységekkel. Megosztott L1 gyorsítótárral rendelkezik, 64 KiB az utasítások, 32 KiB az adatok számára, és 512–1024 KiB hibatűrő (hibajavító) L2 gyorsítótárral az utasításokhoz és adatokhoz.

A POWER4-hez hasonlóan, a front-endje kilenc fokozat hosszú. A PowerPC 970 legfeljebb nyolc utasítást képes lehívni és dekódolni, legfeljebb ötöt kiküldeni a várakoztató állomásokra, kibocsátani legfeljebb nyolcat a végrehajtó egységekhez és befejezni legfeljebb ötöt ciklusonként. A végrehajtási futószalagokat meghosszabbították a POWER4-hez képest, hogy magasabb ciklusonkénti utasításszám (IPC) értéket érjenek el. Nyolc végrehajtó egysége van: két aritmetikai-logikai egység (ALU), két kétszeres pontosságú lebegőpontos egység, két betöltő/tároló egysége és két AltiVec egysége.

Az egyik AltiVec-egység a fixpontos és lebegőpontos utasításokat hajtja végre, a másik pedig csak a permutáló utasításokat. Az utóbbinak három alegysége van az egyszerű fixpontos, összetett fixpontos és a lebegőpontos utasításokhoz. Ezek az egységek különböző hosszúságú futószalagokkal rendelkeznek: 10 fokozat az egyszerű fixpontos és permutáló utasításokhoz, 13 fokozat az összetett fixpontos utasításokhoz és 16 fokozat a lebegőpontos utasításoknak.

A processzor két egyirányú 32 bites kétszeres átviteli sebességű (DDR) sínnel (az egyik az olvasáshoz, a másik az íráshoz) csatlakozik a rendszervezérlő chiphez (északi híd (northbridge)), amely a processzormag sebességének negyedével működik. A sínek az adatok mellett címeket és vezérlőjeleket is szállítanak, ezért a maximális sávszélességnek csak egy része érhető el (6,4 GB/s 450 MHz-en). Mivel a sínek egyirányúak, minden egyes irány csak az összesített sávszélesség felét tudja megvalósítani, azaz 3,2 GB/s-ot.

Generációk

A 970-es processzorok minden generációját az IBM East Fishkill-i üzemében gyártották New York államban, fehér kerámia hordozón, ami tipikus volt az IBM korabeli felső kategóriás processzorainál.

Az első PowerPC 970-et 130 nm-es folyamattal gyártották, 2003 20. hetében.

A PowerPC 970FX-et 90 nm-es folyamattal gyártották 2004 25. hetében, kisebb lapkával.

A PowerPC 970MP lapkáján két magot és a 970FX-hez képest kétszer annyi L2 gyorsítótárat tartalmaz magonként, így a területe jóval nagyobb. A 2005. év 24. hetében gyártották.

PowerPC 970

A PowerPC 970-et az IBM 2002 októberében jelentette be. Ezt a processzort az Apple Computer Power Mac G5 gépében bocsátották ki, 2003 júniusában. A G3 és G4 elnevezéshez hasonlóan, az Apple a PowerPC 970 alapú termékeket is G5-nek nevezte el, ami a PowerPC ötödik generációját jelenti. Az IBM 2003 novemberében adta ki PowerPC 970-vel szerelt blade szervereit, elsőként a BladeCenter JS20-at.

A PowerPC 970-nek 512 KiB teljes sebességű L2 gyorsítótára van és 1,6–2,0 GHz közötti órajele. Az elsődleges sín (front side bus) a processzor órajelének felével működik.

PowerPC 970FX

A PowerPC 970FX 90 nm-es gyártási folyamattal készült, maximális fogyasztása 11 watt 65 °C fokon és 1 GHz-es órajelen, illetve maximum 48 watt 2 GHz-en.

10 funkcionális egysége van: 2 fixpontos egység, 2 betöltő/tároló egység, 2 lebegőpontos egység, 1 elágazáskezelő egység, 1 SIMD ALU egység, 1 SIMD permutáló egység, és 1 feltételregiszter. Maximálisan 215 utasítás végrehajtását támogatja egyidőben: 16-ot az utasításlehívó egységben, 67-et az utasításdekódoló egységben, 100-at a funkcionális egységekben, és 32-t a tárolási sorban. 64 KiB közvetlenül leképezett utasítás-gyorsítótárral és 32 KiB adat-gyorsítótárral rendelkezik.

Az Apple a 2004-es évben több 970FX által hajtott gépet is kiadott: az Xserve G5 januárban, a Power Mac G5 júniusban, és az iMac G5 augusztusban jelent meg. A Power Mac bevezette a 2,5 GHz-es maximális órajelet, míg folyadékhűtéssel végül elérte a 2,7 GHz-et (2005 áprilisában). Az iMac az előoldali sínt (front side bus) az órajel egyharmadával hajtotta.

A felhasználók körében nagy volt a várakozás a G4-nél gyorsabb laptop CPU iránt, de az Apple nem szállított G5 sorozatú CPU-t a PowerBook laptopokban. Az eredeti 970-es túl sok energiát használt és soha nem tekintették a hordozható számítógépek szóba jöhető jelöltjének. A 970FX-ben a tervezett hőteljesítményt (TDP) közel 30 wattra sikerült csökkenteni 1,5 GHz-en, amiből sok felhasználó arra következtetett, hogy lehetséges egy PowerBook G5 megjelenése. Azonban több tényező akadályozta a 970FX-et, hogy használható legyen ebben a szerepben. 1,5 GHz-en a G5 nem volt jelentősen gyorsabb, mint az 1,5 és 1,67 GHz-es G4 processzorok, amelyeket az Apple a PowerBookokban már használt. Továbbá a rendelkezésre álló northbridge chipeket, amelyek a 970FX-et a memóriához és más eszközökhöz csatlakoztatják, nem hordozható számítógépekhez tervezték és túl sok energiát fogyasztottak. Végül, a 970FX nem rendelkezett megfelelő energiatakarékossági funkciókkal egy hordozható CPU számára. Minimális (tétlen, üresjárati) teljesítménye túl magas volt, ami rossz akkumulátor-élettartamhoz vezetett volna egy laptop számítógépben.

PowerPC 970MP

Az IBM 2005. július 7-én, a tokiói Power Everywhere fórumon jelentette be a PowerPC 970MP – kódnevén „Antares” – processzort. A 970MP a 970FX kétmagos származéka, 1,2 és 2,5 GHz közötti órajelekkel, melynek maximális energiafelhasználása 75 W 1,8 GHz-en és 100 W 2,0 GHz-en, ami viszonylag magas érték. Mindegyik magnak van 1 MiB L2 gyorsítótára, ami kétszerese a 970FX-ének. A 970FX-hez hasonlóan, ez a chip is 90 nm-es folyamattal készült. Lapkájának mérete 154 mm². Ebben az eszközben az IBM nagyobb hangsúlyt helyezett az energiaszabályozásra, így a processzormagok órajele és tápfeszültsége a terhelés szerint szabályozott, és megjelentek az energiatakarékos üzemmódok fokozatai. Ha az egyik mag üresjáratban van, akkor először „szendergő” állapotba kerül, majd leáll. A 970MP tartalmaz particionálási és virtualizációs funkciókat is.

A PowerPC 970MP felváltotta a PowerPC 970FX-et az Apple felső kategóriás Power Mac G5 számítógépeiben, míg az iMac G5 és a régi PCI-X Power Mac G5 továbbra is a PowerPC 970FX processzort használták. A PowerPC 970MP-t az IBM JS21 blade moduljaiban használják, az IBM Intellistation POWER 185 munkaállomásban és az YDL PowerStation-ben a Fixstars Solutions-tól (Yellow Dog Linux / YDL PowerStation).

A magas energiafelhasználás miatt az IBM a 2,0 GHz feletti órajelű egységek gyártását beszüntette.

Északi hidak

Az IBM a PowerPC 970-alapú számítógépekhez két dedikált északi hidat (northbridge-et) gyártott:

• CPC925 – az Apple által tervezett és „U3” vagy „U3H” néven hivatkozott híd (ez támogatja az ECC memóriát). Képes akár akár két PowerPC 970 vagy PowerPC 970FX támogatására, és két 550 MHz-es egyirányú processzorsínnel, egy 400 MHz-es DDR memóriavezérlővel, 8x-es AGP-vel és egy 400 MHz-es 16 bites HyperTransport csatornával rendelkezik. 130 nm-es folyamattal készült. Emellett fejlesztés alatt állt egy kiadatlan U3Lite northbridge is a PowerBook G5 számára, amely azonban nem került piacra.
• CPC945 – az IBM által tervezett és az Apple által „U4” néven hivatkozott, két PowerPC 970MP támogatására képes híd, két 625 MHz-es egyirányú processzorsínnel, két memóriavezérlővel rendelkezik, amelyek akár 64 GiB 533 MHz-es DDR2 SDRAM-ot is támogatnak ECC képességgel, emellett található benne egy x16-os PCIe sáv és egy 800 MHz 16 bites HyperTransport csatorna. 90 nm-es folyamattal készült.

A CPC965 északi hidat törölték. Ezt 2007-es kiadásra tervezték, csak egyprocesszoros áramkör lett volna. Jellemzői voltak egy 533 MHz-es DDR2 vezérlő, amely legfeljebb 8 GiB ECC memóriát támogatott, x8-as PCIe busz, integrált négyportos Gigabit Ethernet IPv4 TCP/UDP terheléscsökkentővel (offloading), USB 2.0 portokkal, egy flashmemória-interfésszel. Az északi híd integrált PowerPC 405 magot tartalmazott, a rendszervezérlő és konfigurációs képességek ellátására.

Sínek

Az IBM saját fejlesztésű IBM Elastic Interface (EI) buszát használja a modulokban.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a PowerPC 970 című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További információk

• "IBM's PPC970 Becomes Apple's G5" (Az IBM PPC970 lesz az Apple G5-je), 2003. július 7., Microprocessor Report
• "IBM Takes the Lead" (Az IBM átveszi a vezetést), 2004. február 9., Microprocessor Report
• "IBM's Double-Shot of PowerPC" (Az IBM kétlövetű PowerPC-je), 2005. november 7., Microprocessor Report
• Ars Technica cikk, I. rész (angol)
• Ars Technica cikk, II. rész (angol)
• IBM PowerPC 970FX RISC Microprocessor User's Manual
• Understanding 64-bit PowerPC architecture
• ISSCC 2006: IBM PowerPC 970MP
• IBM dokumentáció: PowerPC 9XX Microprocessors

Magyar nyelven

• Apple – IBM: PowerPC G5
• A PowerPC G5 processzor belülről
• A PowerPC G5 elektronmikroszkóp alatt
• Így működik a Power Macintosh G5!
• Quad Xeon 3.0GHz Mac Pro és Quad G5 2.5GHz Power Mac :: Nagygépek versenye
• VeriTest mérések
• A PowerPC G5 belseje
• Power Mac G5 duál 2GHz

Kapcsolódó szócikkek

Néhány korábbi szuperszámítógép-modell a Spanyol Szuperszámítógépes Hálózatban PowerPC processzorokat használt, például a Magerit 1. verzió és a MareNostrum 2. verziója.