Кіріспе

PowerPC G4 – бұрын Apple компаниясы 32-биттік PowerPC микропроцессорларының төртінші буынын сипаттау үшін қолданған атау. Apple бұл атауды Motorola компаниясының бұрынғы бөлігі болған Freescale компаниясынан шыққан, әртүрлі (бірақ тығыз байланысты) процессор модельдеріне қолданды. Motorola және Freescale компанияларының осы процессорлар отбасының нақты атауы – PowerPC 74xx. PowerBook G4 және iBook G4 ноутбуктері, Power Mac G4 және Power Mac G4 Cube үстел компьютерлері сияқты Macintosh компьютерлерінің барлығы процессордың атымен аталыпты. PowerPC G4 процессорлары сондай-ақ eMac, бірінші буын Xserve, бірінші буын Mac Mini және PowerPC 970 енгізілгенге дейін iMac G4 құрылғыларында қолданылған. Apple компаниясы 64-биттік IBM өндірген PowerPC 970 процессорын PowerPC G5 сериясының негізі ретінде таңдағаннан кейін үстелдік модельдерде G4 сериясын толықтырып жойды. G4 процессорын соңғы рет қолданған үстелдік модель – Mac Mini болды. G4 процессорын соңғы рет қолданған портативті құрылғы – iBook G4 болды, ол Intel негізіндегі MacBook құрылғысымен алмастырылды. PowerBook G4 Intel негізіндегі MacBook Pro құрылғысымен алмастырылды. PowerPC G4 процессорлары басқа компьютер жүйелерінде де танымал, мысалы AmigaOne сериялы компьютерлерде және Genesi компаниясының Pegasos компьютерлерінде. Үстелдік компьютерлерден басқа PowerPC G4 маршрутизаторлар, телекоммуникациялық коммутаторлар, бейнелеу, медиа өңдеу, авиация және әскери салаларда, AltiVec және оның SMP мүмкіндіктерін пайдалануға болатын кіріктірілген жүйелерде кеңінен қолданылады.

PowerPC 7400-тің функциялары

PowerPC 7400 (кодтық атауы "Max") 1999 жылдың тамызында дебют жасады және "G4" деген атауды алғаш рет алып жүрген процессор болды. Чип 350-ден 500 МГц дейін жылдамдықпен жұмыс істейді және Motorola компаниясының 0,20 мкм HiPerMOS6 технологиясымен жасалған 10,5 миллион транзистордан тұрады. Чиптің өлшемі 83 мм² және мыс қосылыстармен жабдықталған. Motorola компаниясы Apple-ға 500 МГц жылдамдыққа дейін компоненттерді жеткізуге уәде берген, бірақ бастапқыда өнім өте төмен болды. Бұл Apple-ды жарнамаланған 500 МГц Power Mac G4 модельдерін қайтарып алуға мәжбүр етті. Power Mac сериясы чиптегі мәселелер шешілген кезде 400, 450 және 500 МГц процессор жылдамдықтарынан 350, 400 және 450 МГц жылдамдықтарына күрт төмендетілді. Бұл жағдай Apple мен Motorola арасындағы қарым-қатынаста шиеленіс тудырды және, хабарлама бойынша, Apple-дың Motorola 7400 сериялы желіде өндіріс көлемін арттыру үшін IBM-ден көмек сұрауына әкелді. 500 МГц моделі 2000 жылдың 16 ақпанында қайтадан ұсынылды.

Дизайн

7400-дің көп бөлігі Motorola компаниясы Apple және IBM компанияларымен тығыз ынтымақтастықта жасалды. AIM альянсының үшінші мүшесі IBM компаниясы чипті Motorola компаниясымен бірге Somerset дизайн орталығында жобалады, бірақ оны өндіруді қаламады, себебі сол кезде Векторлық өңдеу блогының қажеттілігін сезінбеді. Нәтижесінде, G4 архитектурасының дизайнында Motorola компаниясының AltiVec деп аталған 128 биттік векторлық өңдеу блогы болды, ал Apple маркетингі оны "Velocity Engine" деп атады. PowerPC 970 (G5) – VMX/AltiVec-ті жүзеге асырған IBM-нің алғашқы CPU-сы, осы үшін IBM Сомерсетте Motorola-мен бірлесіп жасаған дизайнынан әлі сақталған ескі 7400 дизайнын қайта пайдаланды. Xbox 360-тағы Xenon процессоры да VMX-ты қамтиды, сонымен қатар Microsoft үшін арнайы жасалған қосымша кеңейтімдерге ие. 2007 жылы ұсынылған POWER6 – IBM-нің VMX-ты қолдайтын алғашқы "үлкен серверлік" CPU-сы. AltiVec блогының арқасында 7400 микропроцессоры бір цикл ішінде төрт жолды бір дәлдікті (32 бит) қалқыма нүктелік математиканы, немесе 16 жолды 8 биттік, 8 жолды 16 биттік немесе төрт жолды 32 биттік бүтін сандық математиканы орындай алады. Бұған қоса, векторлық өңдеу блогы суперскалярлы болып табылады және бір уақытта екі векторлық операцияны орындай алады. Intel-дің сол кездегі x86 микропроцессорларымен салыстырғанда, бұл мүмкіндік AltiVec блогын пайдалануға бағытталған бағдарламалардың өнімділігін едәуір арттырды. Мысалдардың бірі – эффекттер мен көшулерді жылдам көрсету үшін AltiVec блогын пайдаланатын Adobe Photoshop, сондай-ақ файлдарды жылдам импорттау және түрлендіру үшін осы блокты қолданатын Apple iLife жиынтығы. Сонымен қатар, 7400 симметриялық мультипроцессорлық (SMP) қолдауын жақсартты, жақсартылған кэш сәйкестік протоколы (MERSI) және 64 биттік қалқыма нүктелік құрылғы (FPU) арқасында, олардың бір бөлігі 604 сериясынан алынған. 603 сериясында 32 биттік FPU болды, ол 64 биттік қалқыма нүктелік арифметиканы орындау үшін екі тактылік циклды қажет етті. PowerPC G4 отбасы екі автобус технологиясын қолдайды: PowerPC 600 және PowerPC 7xx отбасыларымен ортақ ескі 60x автобусы және MPX автобусы. 60x шинасын пайдаланатын құрылғылар 6xx немесе 7xx процессорларымен үйлесімді болуы мүмкін, бұл кең ауқымды ұсыныстарды және ыңғайлы әрі арзан жаңарту жолын қамтамасыз етеді, сонымен қатар үйлесімділік мәселелерін азайтады. 7xx және 7xxx компьютерлері үшін жүйелік контроллерлерді өндіретін екі негізгі компания бар: Tundra (Tsi1xx контроллерлерімен) және Marvell (Discovery контроллерлерімен).

PowerPC 7410-ның

PowerPC 7410 "Nitro" – 7400-дің төмен қуатты нұсқасы, бірақ ол 200 нм емес, 180 нм технологиясымен өндірілді. 7400 сияқты, оның да 10,5 миллион транзисторы бар. Ол 2001 жылдың 9 қаңтарында PowerBook G4 құрылғысында дебют жасады. Бұл чип процессордың физикалық адрестік кеңістігіне қалағандай бейімделетін, жоғары жылдамдықты, кэшке салынбаған жадты, кештің барлық немесе жартысын пайдалану мүмкіндігін қосты. Бұл мүмкіндікті Mercury Computer Systems сияқты кіріктірілген жүйелерді өндірушілер қолданды.

PowerPC 7450-нің

PowerPC 7450 "Voyager"/"V'ger" G4 процессорының жалғыз маңызды жаңартылуы болды. 33 миллион транзистордан тұратын чип, 7400-дің орындалу конвейерін (7-ге қарсы 4 кезеңдік минимум) жоғары сағаттық жылдамдыққа жету үшін едәуір кеңейтті, нұсқаулардың өңделуін жақсартты (цикл сайын 3 + тармаққа қарсы 2 + тармақ) жоғары нұсқаулар күту уақытын өтеу үшін, сыртқы L2 кэшін (2 МБ дейін, 2 жолды жиынтық ассоциациясы, 64 биттік дерек жолы) интеграцияланған кэшпен (256 КБ, 8 жолды жиынтық ассоциациясы, 256 биттік дерек жолы) алмастырды, сыртқы L3 кэшін қолдады (2 МБ дейін, 8 жолды жиынтық ассоциациясы, 64 биттік дерек жолы) және көптеген басқа архитектуралық жетістіктерді ұсынды. AltiVec блогы 7450-мен жақсартылды; 7400/7410 сияқты цикл сайын бір векторлық алмастыру нұсқаулығы мен бір векторлық ALU (қарапайым сан, күрделі сан, қалқымалы сан) нұсқаулығын орындаудың орнына, 7450 және оның Motorola/Freescale ізбасарлары бір мезгілде екі кездейсоқ векторлық нұсқаулықты орындай алады (алмастыру, қарапайым сан, күрделі сан, қалқымалы сан). Ол 2001 жылдың 9 қаңтарында 733 МГц Power Mac G4 құрылғысымен бірге ұсынылды. Motorola, 7455 сияқты, "Аполлон 6" кодолық аты бар 7451 аралық нұсқасын шығарды. Алғашқы AmigaOne XE компьютерлері 7451 процессорымен жабдықталды. 745x дизайнына енгізілген жақсартулар оған G4e немесе G4+ деген лақап аттар берді, бірақ бұл ешқашан ресми атаулар болған жоқ.

PowerPC 7447 және 7457

PowerPC 7447 "Аполлон 7" моделі 7450/55-тен сәл жақсартылған, 512 КБ көлеміндегі L2 кэшке ие және SOI технологиясымен 130 нм процесінде өндірілген, осылайша энергияны аз тұтынады. Онда 58 миллион транзистор бар. 7447A моделінде интеграцияланған жылу диоды және DFS (динамикалық жиілік ауыспалылығы) енгізілген, бұл Freescale компаниясына сәл жоғары такталық жиілікке қол жеткізуге мүмкіндік берді. 7447B моделі – бұл 7447A моделінен де жоғары жиілік ауыспалылығымен, ресми түрде 1,7 ГГц дейін, ал разгон арқылы оңай 2,4 ГГц дейін жетеді. 7457 және 7457A модельдері қосымша L3 кэш интерфейсіне ие, ол 7455 және 7450 модельдері қолдайтын 2 МБ-тан жоғары, 4 МБ дейін L3 кэшін қолдайды. Дегенмен, Apple 7457 модельдерінің орнына 7447 модельдерін пайдалануды шешкендіктен, оның жиілік ауыспалылығы тоқтап қалды, 7457 – бұл Apple бұрын қолданған L3 кэшін қолдайтын 7455 моделінің L3 кэшін қолдайтын жалғасы еді. Power Mac G4, iMac G4 және Power Mac G4 Cube модельдеріне жаңартулар түрінде 7457-ні ұсынатын компаниялар – Giga Designs, Sonnet Technology, Daystar Technology (олар 7457-ні тек iMac G4 жаңартулары үшін қолданады) және PowerLogix. Genesi компаниясының Pegasos компьютерлік платформасы да өзінің Pegasos II/G4 модельдерінде 7447-ні қолданады. 7457 көбінесе AmigaOne XE CPU модулін жөндеу үшін қолданылады; кейбір AmigaOS бағдарламалық жасақтамалары 7457 орнатылған AmigaOne-ді Pegasos II компьютері деп қате түсінуі мүмкін, себебі Eyetech компаниясы ресми 7457 тақталарын шығармаған.

e600

2004 жылы Freescale G4 өзегін e600 деп атады және жалпы мақсаттағы процессорлардан жоғары деңгейдегі кіріктірілген SoC құрылғыларына бағытталды, сондай-ақ MPC86xx деген жаңа атау жүйесін енгізді. 7448 – соңғы таза G4 процессор болып табылды және ол жеті сатылы, үш нүктелі конвейерлік жүйесі және он алтыға дейін команданы ретсіз орындайтын қуатты тармақтарды болжау блогы бар жаңа e600 өзегінің негізін құрады. Ол 1 МБ L2 кэшке және шектеулі ретсіз орындау мүмкіндігіне ие жақсартылған AltiVec блогына ие.