PowerPC 970 - PowerPC 970

PowerPC 970
PowerPC-970.jpg
Künstlerisches Rendering einer PowerPC 970 CPU
Allgemeine Information
Gestartet 2002
Entworfen von IBM
Gängige Hersteller
Leistung
max. CPU- Taktrate 1,0 GHz bis 2,7 GHz 
Zwischenspeicher
L1- Cache 64 KB Anweisung
32 KB Daten
L2-Cache 512–1024 KB
Architektur und Klassifizierung
Anwendung Desktop
Mindest. Feature-Größe 130 nm bis 90 nm
Mikroarchitektur ppc970, POWER4
Befehlssatz 32/64-Bit- PowerPC 2.01
Physikalische Spezifikationen
Kerne
Produkte, Modelle, Varianten
Variante(n)
Geschichte
Vorgänger POWER4
POWER- , PowerPC- und Power ISA- Architekturen
NXP (ehemals Freescale und Motorola)
IBM
IBM/Nintendo
Sonstiges
Ähnliche Links
Abgebrochen in grau , historisch in kursiv

Der PowerPC 970 , PowerPC 970FX und PowerPC 970MP ist 64-Bit - PowerPC - Prozessoren von IBM im Jahr 2002 eingeführt , als in PowerPC-basierten verwendet Macintosh Computern von Apple bezeichnete sich als die PowerPC G5 .

Die 970er-Familie entstand durch eine Zusammenarbeit zwischen IBM und Apple . Das Projekt lief unter dem Codenamen GP-UL oder Giga Processor Ultra Light, wobei Giga Processor der Codename für den POWER4 war, von dem der Kern abgeleitet wurde. Als Apple den Power Mac G5 vorstellte , gaben sie an, dass dies eine fünfjährige Zusammenarbeit mit einer Roadmap für mehrere Generationen sei. Diese Prognose war jedoch nur von kurzer Dauer, als Apple sein Versprechen, nur ein Jahr nach seiner Einführung einen 3-GHz-Prozessor zu liefern, später zurückziehen musste. IBM war auch nicht in der Lage, den Stromverbrauch auf das für Laptops erforderliche Maß zu reduzieren. Letztendlich hat Apple nur drei Varianten des Prozessors verwendet.

Die Blade-Module JS20/JS21 von IBM sowie einige Low-End- Workstations und System p- Server basieren auf dem PowerPC 970. Er wird auch in einigen High-End-Embedded-Systemen wie Mercurys Momentum XSA-200 verwendet. IBM lizenziert auch den PowerPC 970-Core für die Verwendung in benutzerdefinierten Anwendungen.

Entwurf

PowerPC 970FX-Prozessor

Der PowerPC 970 ist ein Single-Core-Derivat des POWER4 und kann sowohl 32-Bit- als auch 64-Bit- PowerPC- Befehle nativ verarbeiten. Es hat eine Hardware- Vorabrufeinheit und eine Dreiwege- Verzweigungsvorhersageeinheit .

Wie beim POWER4 ist das Frontend neun Stufen lang. Der PowerPC 970 kann bis zu acht Befehle abrufen und decodieren, bis zu fünf an Reservestationen verteilen, bis zu acht an die Ausführungseinheiten ausgeben und bis zu fünf pro Zyklus zurückziehen. Die Ausführungspipelines wurden im Vergleich zum POWER4 verlängert, um einen höheren IPC zu erreichen . Es verfügt über acht Ausführungseinheiten: zwei arithmetisch-logische Einheiten (ALUs), zwei Gleitkommaeinheiten mit doppelter Genauigkeit , zwei Lade-/Speichereinheiten und zwei AltiVec- Einheiten.

Eine der AltiVec-Einheiten führt Integer- und Gleitkomma-Befehle aus, die andere nur permutierte Befehle. Letztere hat drei Untereinheiten für einfache Integer-, komplexe Integer- und Gleitkomma-Befehle. Diese Einheiten haben Pipelines unterschiedlicher Länge: 10 Stufen für einfache Ganzzahl- und Permutierungsbefehle, 13 Stufen für komplexe ganzzahlige Befehle und 16 Stufen für Gleitkommabefehle.

Der Prozessor verfügt über zwei unidirektionale 32-Bit - Doppeldatenrate (DDR) Busse (ein für liest, die andere für Schreibvorgänge) zu dem System - Controller - Chip ( Northbridge bei einem Viertel der Prozessorkern Geschwindigkeit läuft). Die Busse führen neben Daten auch Adressen und Steuersignale, sodass nur ein Prozentsatz der Spitzenbandbreite realisiert werden kann (6,4 GB/s bei 450 MHz). Da die Busse unidirektional sind, kann jede Richtung nur die halbe Gesamtbandbreite oder 3,2 GB/s realisieren.

Prozessoren

PowerPC 970

Der PowerPC 970 von IBM im Oktober angekündigt wurde 2002 wurde veröffentlicht Apple Computer ‚s Power Mac G5 im Juni 2003 (In seinen früheren Namenskonventionen halten, bezeichnete Apple die PowerPC 970 basierten Produkte G5 , für die fünfte Generation von PowerPC Mikroprozessoren.) IBM hat im November 2003 seine ersten PowerPC 970 Blade-Server, den BladeCenter JS20 , auf den Markt gebracht .

Der PowerPC 970 verfügte über 512 KB Full-Speed- L2-Cache und Taktraten von 1,6 bis 2,0 GHz. Der Front-Side-Bus lief mit der halben Taktrate des Prozessors.

PowerPC 970FX

Der PowerPC 970FX verwendet einen 90-nm- Fertigungsprozess und hat eine maximale Leistung von 11 Watt bei 65 °C (149 Grad Fahrenheit) bei einer Taktung von 1 GHz und maximal 48 Watt bei 2 GHz.

Die Pipeline des PowerPC 970 wurde von 9 Stufen auf 16 bis 21 Stufen für den PowerPC 970 FX verlängert. Es verfügt über 10 Funktionseinheiten – 2 Festkommaeinheiten, 2 Lade-/Speichereinheiten, 2 Gleitkommaeinheiten, 1 Zweigeinheit, 1 SIMD ALU-Einheit, 1 SIMD Permute-Einheit und 1 Bedingungsregister. Es unterstützt bis zu 215 In-Flight-Instruktionen: 16 in der Instruction Fetch Unit, 67 in der Instruction Decode Unit, 100 in den Functional Units und 32 in der Store Queue. Es hat 64 KByte direkt zugeordneten Instruction Cache und 32 KByte D-Cache.

Apple hat im Laufe des Jahres 2004 seine 970FX-basierten Maschinen auf den Markt gebracht : den Xserve G5 im Januar, den Power Mac G5 im Juni und den iMac G5 im August. Der Power Mac führte eine Spitzentaktrate von 2,5 GHz ein, während er flüssigkeitsgekühlt war (und im April 2005 schließlich bis zu 2,7 GHz erreichte). Der iMac lief den Front-Side-Bus mit einem Drittel der Taktrate.

Trotz der intensiven Nachfrage der Benutzer nach einer schnelleren Laptop-CPU als dem G4, hat Apple nie eine CPU der G5-Serie in seinen PowerBook- Laptops verwendet. Der ursprüngliche 970 verbrauchte viel zu viel Strom und wurde nie ernsthaft als Kandidat für einen tragbaren Computer angesehen. Der 970FX reduzierte die Thermal Design Power (TDP) auf etwa 30 W bei 1,5 GHz, ein Wert, der viele Benutzer glauben ließ, dass ein PowerBook G5 möglich sein könnte. Mehrere Hindernisse verhinderten jedoch, dass selbst der 970FX in dieser Anwendung verwendet werden konnte. 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 verwendet. Darüber hinaus waren die Northbridge-Chips, die für die Schnittstelle des 970FX mit dem Speicher und anderen Geräten verfügbar sind, nicht für tragbare Computer ausgelegt und verbrauchten zu viel Strom. Schließlich hatte der 970FX für eine tragbare CPU unzureichende Energiesparfunktionen. Seine minimale (Leerlauf-)Leistung war viel zu hoch, was bei einem Notebook zu schlechten Akkulaufzeiten geführt hätte.

PowerPC 970MP

IBM kündigte den PowerPC 970MP mit dem Codenamen "Antares" am 7. Juli 2005 auf dem Power Everywhere-Forum in Tokio an. Der 970MP ist ein Dual-Core-Derivat 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 , das Doppelte des 970FX. Dieser Chip wurde wie der 970FX im 90-nm-Verfahren hergestellt. Wenn einer der Kerne im Leerlauf ist, geht er in einen "Dösen"-Zustand und wird heruntergefahren. Der 970MP enthält auch Partitionierungs- und Virtualisierungsfunktionen.

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

Aufgrund des hohen Strombedarfs hat IBM beschlossen, Teile, die schneller als 2,0 GHz laufen, einzustellen.

Galerie

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

  • Der erste PowerPC 970, hergestellt in einem 130-nm-Prozess in der 20. Woche des Jahres 2003.

  • Der PowerPC 970FX wurde in Woche 25 des Jahres 2004 in einem 90-nm-Prozess hergestellt und der kleinere Chip ist deutlich zu erkennen.

  • Der PowerPC 970MP hatte zwei Kerne auf demselben Die und den doppelten L2-Cache pro Kern als der 970FX, sodass seine Größe viel größer ist. Es wird in KW 24 von 2005 hergestellt.

Nordbrücken

Es gibt zwei dedizierte Northbridges für PowerPC 970-basierte Computer, die beide von IBM hergestellt werden:

  • CPC925  – Von Apple entwickelt und U3 oder U3H genannt (das ECC- Speicher unterstützt ). Er kann bis zu zwei PowerPC 970s oder PowerPC 970FXs unterstützen und verfügt über zwei unidirektionale 550 MHz Prozessorbusse, einen 400 MHz DDR Speichercontroller, x8 AGP und einen 400 MHz 16-Bit HyperTransport Tunnel. Es wurde in einem 130-nm-Prozess hergestellt. Außerdem befand sich für das PowerBook G5 eine unveröffentlichte U3Lite-Northbridge in der Entwicklung, die jedoch nie auf den Markt kam.
  • CPC945  – Von IBM entworfen und von Apple U4 genannt , kann es zwei PowerPC 970MPs unterstützen und verfügt über zwei unidirektionale 625-MHz-Prozessorbusse, zwei Speichercontroller, die bis zu 64 GB 533 MHz DDR2-SDRAM mit ECC-Fähigkeit unterstützen, und verfügt über einen x16- PCIe Spur und einen 800-MHz-16-Bit-HyperTransport-Tunnel. Es wird in einem 90-nm-Prozess hergestellt.

Es gab auch eine stornierte CPC965 Northbridge. Für die Veröffentlichung im Jahr 2007 geplant, sollte es sich um eine Nur-Uniprozessor-Northbridge handeln. Seine Features waren ein 533-MHz-DDR2-Controller, der bis zu 8 GB ECC-Speicher unterstützt, ein 8x PCIe-Bus, integriertes Gigabit-Ethernet mit vier Ports mit IPv4 TCP / UDP- Offloading, USB 2.0-Ports, eine Flash- Schnittstelle. Die Northbridge enthält einen integrierten PowerPC 405- Kern zur Bereitstellung von Systemverwaltungs- und Konfigurationsfunktionen.

Busse

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

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links