Le PowerPC 64-bit d'IBM (PPC 970 "G5")

Les processeurs PowerPC

X704 PowerPC 405 Génération 1 Génération 2 Génération 3 CMOS 7S Altivec Génération 4 Génération 5

• La génération 1:
  
  Le PowerPC 601 (PowerMac 6100 en 1994):
  
  
  
  

  Performances du 601+ à 100MHz (9 mm de côté):

  	SPECint92	SPECfp92
  	105	125

  
  
  

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• La génération 2:
  
  Le PowerPC 603 (PowerMac 6500 à 300MHz en 1997):
  
  

  PPC 603 à 300MHz: 6 mm de côté; 0,29µm; 423MIPS; 2,5V; 32KoL1

  
  

  Performances du 603ev "GoldenEye" à 300MHz:

  	SPECint95	SPECfp95
  	7,4	6,1

  
  
  Le PowerPC 604 (PowerMac 9600 à 350MHz en 1997):
  
  
  

  PPC 604 à 350MHz: 7 mm de côté; 0,25µm; 629MIPS; 1,8V; 64KoL1

  
  

  Performances du 604e "MachV" à 350MHz:

  	SPECint95	SPECfp95
  	14,6	9

  
  
  Le PowerPC 620 (64 bits, jamais sorti):
  
  
  
  

  Performances du 620 à 133MHz (18 mm de côté):

  	SPECint92	SPECfp92
  	225	300

  
  
  

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• La génération 3 (0,29micron et moins, à partir de 200MHz):
   
  Le PowerPC 750 PID8p "LoneStar" (fabriqué par IBM, 1er processeur en cuivre):
  
  
  
  

  PPC 750 PID8p à 400MHz d'IBM: 6 mm de côté; 0,22µm;
  consomme 5W à 400MHz; 1,9V; 64KoL1

  
  
  

  Performances du 750 "LoneStar" à 400MHz (0,22µm):

  	SPECint95	SPECfp95
  	18,8	12,2

  
  

  N'oublions pas de comparer avec les performances du Pentium 2 à 450MHz:

  	SPECint95	SPECfp95
  	17,2	?

  
  
  
   
  Les PowerPC 750CX et 750CXe (fabriqués par IBM, 0.18µm, cache 256Ko interne, CX utilisé dans l'iBook 2000):
  
  
  
  

  PPC 750CX à 550MHz d'IBM: 6,5 mm de côté; 0,18µm;
  consomme 4W à 400MHz; 1,8V; 64KoL1; 256Ko L2 interne

  
  
  

  Performances du 750CX à 550MHz (0,18µm):

  	SPECint95	SPECfp95
  	22,4	13,3

  
  
  
   
  Le PowerPC 750FX (fabriqué par IBM, de 700MHz à 1GHz, cache 512Ko interne) :
  
  

  Hautes fréquences.

  Support des Bus Systèmes à 200MHz

  Gravure SOI/SiLK low-K dielectric:
  

      réduction des interférences des connections en cuivre et optimisation de la consommation

  Nouvelles unités de calcul

  29 millions de transistors

  Extension des pipelines

  25% de gain de bande passante

  Jusqu'à 15% de performances en + qu'un G3 précédent à même fréquence.

  
  
  

  PPC 750FX à 800MHz d'IBM: 5,9 mm de côté; 0,13µm;
  consomme 3,6W à 800MHz; 512Ko L2 interne; 1,2/1,4V

  
  

  Sources IBM et MacNN.

  
  
  
  
   
  
• Le PowerPC 405 (Processeur Embarqué):
  

  Le PPC 405 se destine aux utilisations grand public. Grâce à un nouveau système de compression des instructions ("CodePack"), les besoins en mémoire sont réduits. De plus, ce processeur chauffe 10 fois moins que le PPC 750.

  
  

  PPC 405D4 à 266MHz d'IBM: 1,2 mm de côté; 0,18µm; 1,8V; 32Ko cache L1; consomme 500mW

  
  
  
  
  

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  Mais qu'est-ce que la technologie CMOS 7S?
  

  Cela consiste à remplacer l'aluminium par du cuivre (L'aluminium avec le silicium, jusqu'à aujourd'hui, étaient les composants des circuits des PowerPC). Cette nouvelle technologie n'a pas vu le jour plus tôt car le cuivre et le silicium ont des difficultés à cohabiter (ce qui n'est pas le cas de l'aluminium avec le silicium). Les circuits gravés en cuivre sont composés de quelques centaines de millions de transistors alors que les processeurs "aluminium" en comportent souvent moins de 10 millions.
  IBM maîtrise parfaitement cette technique de gravure et possède quelques années d'avance sur ces concurrents.

  Sources: CMP Net, IBM.

  
  

La "vectorisation" Altivec :

Altivec (VMX ou Velocity Engine) est un jeu d'instructions supplémentaires, destinées au multimédia, qui permet de doper les traitements graphiques et qui ajoute au PowerPC des capacités de traitement de signal.
Avec Altivec, le PowerPC G4 devient capable d'exécuter un vecteur 128bits d'instructions (16 en même temps pour des instructions 8 bits) en plus des instructions entières et réelles.
Altivec ajoute 162 commandes spécialisées au PowerPC.




Pics de performances théoriques de l'Altivec sur un PPC 400MHz:




	GigaOps (entiers)	GigaFlops (flottants)
	12,8	3,3





Les librairies de MacOSX optimisées Altivec sont, entre autres, la bibliothèque OpenGL d'Apple, Quartz, QuickTime, les librairies de calcul mathématique, les outils de cryptage...
Altivec, dans le G4 "Max" à 400MHz, peut émuler un modem à 45Mbits/s, tripler les performances de reconnaissance vocale, traiter les images 15 fois plus vite, accélérer les jeux en 3D de plus de 6 fois au niveau du nombre d'images par seconde.

Sources: Motorola et MacWorld






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• La génération 4 (Altivec; cuivre; jusqu'à 1GHz):
  

  Les G4 ont des capacités multiprocessing symétrique exceptionnelles.
  Ils ont une architecture compatible avec les PowerPC précédents.
  L'ensemble des processeurs présentés ici comme "G4" ont été développé uniquement par Motorola et Apple.

  
  
  
  Les PowerPC 7400 "Max" et 7410 "Nitro" (Altivec, bus 128bit, cuivre, jusqu'à 500MHz, carte mère "Sawtooth"):
  

  Le G4-Max inclue la technologie Altivec (Velocity Engine) en standard. C'est le premier processeur en cuivre de Motorola. Le multiprocessing est amélioré par rapport au PPC 604. Les G4 Max sont pin-compatibles avec les cartes mères de tous les PowerMac G3.
  Le nouveau bus MaxBus (MPX) à 128-bit du 7400 est utilisé dans le PowerMac G4 AGP permettant des transferts mémoires 3 fois plus rapides que les PMacs G3.
  Motorola produit également des PowerPC 7410 qui ont une architecture identique à la version 7400 mais gravés plus fin (0,15µm - 6W à 500MHz - jusqu'à 6,4Gbits/sec).

  

  Source Motorola.

  PPC 7400 "Max" à 400MHz: 9 mm de côté; 0,25µm; MaxBus-MPX à 128 bits;
  8W à 400MHz;1,8V; 64KoL1; jusqu'à 2Mo BackSide 128 bits
  Altivec occupe 23% de la surface du G4 avec 1,2 millions de transistors sur 19,5 mm2

  
  
  

  Performances du G4 "Max" à 450MHz (825MIPS):

  	SPECint95	SPECfp95
  	21,4	20,4

  
  
  
   
  Les PowerPC 744x et 745x (G4+, 533MHz à plus d'1GHz, cacheL2 dans la puce, SOI) :
  

  5,5 GigaFLOPS

  Extension des pipelines pour monter en fréquence

  11 unités d'exécutions

  33 millions de transistors

  Augmentation des performances d'Altivec (support de 2 instructions Altivec en même temps)

  Supporte jusqu'à 64Go de mémoire vive

  Mémoire cache niveau2 256Ko dans la puce à la fréquence du PPC

  BackSide-Cache niveau 3 pouvant atteindre 2Mo

  La barre du GigaHertz a été franchie en janvier 2002 avec la version SiliconOnInsulator nommée "Apollo" (PowerPC 7455). Une variante numérotée 7457 est disponible depuis 2003.
  Cette famille de micro-processeurs 745x s'est retrouvée dans les iMac G4, eMac G4, iBook G4, PowerBook G4, PowerMac G4 et XServe G4.

  
  
  

  PPC 7450 "V'Ger" à 733MHz: 10,3 mm de côté; 0,18µm;
  consomme 14W à 533MHz; 1,8V; 64KoL1 en 256 bits; 256Ko L2 interne en 256 bits

  
  
  

  Performances du 7450 à 733MHz:

  	SPECint95	SPECfp95
  	32,1	23,9

  
  
  

  Sources Apple, Motorola, Macintouch et The Register.

  
  
  
  

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• La génération 5 (Famille 97x; Adressage 64-bit; architecture héritée du Power4):
  

  Le G5 d'IBM marque l'abandon par Apple des technologies PowerPC de Motorola.
  C'est le premier PowerPC à adressage 64-bit destiné aux ordinateurs de bureau.
  Il fait la transition en douceur vers le 64-bit en restant compatible avec les programmes 32-bit. Ainsi, aucune recompilation des logiciels n'est nécessaire pour utiliser normalement le processeur. Cela dit, avec un travail d'optimisation sur les logiciels et grâce à des options de compilation spécifiques, il est possible d'exploiter tout le potentiel du G5.
  

  
  
  Le PowerPC 970 (0.13µm; à partir de 1,4 et 1,8GHz) :
  

  Le PPC 970 est conçu pour faire face aux processeurs IA-64 d'Intel comme l'Itanium 2 ainsi que l'Athlon 64 d'AMD (qui se destine également au marché du grand-public). Comme tous les G4, il répond aux spécifications de la norme MERSI du multiprocessing. De plus, son bus de données développe en général la moitié de la fréquence du processeur. Donc par exemple, deux 970 à 2GHz vont communiqués entre eux à 1GHz.
  Le 970 est le premier processeur d'IBM à intégrer le jeu d'instructions Altivec (Velocity Engine). Il embarque 2 unités de traitement vectoriel Altivec.
  Un excellent article technique sur le PPC 970 se trouve chez Ars Technica.
  La performance d'un 970 2GHz en calculs scalaires en virgule flottante est de 7,2GFLOPS tandis qu'en calculs vectoriels en virgule flottante, il peut atteindre 14,4GFLOPS.
  Son apparition dans les Macs date de l'été 2003 avec les PowerMac G5.

  
  
  

  PPC 970 à 1,8GHz: 0,18µm; consomme 42W à 1,8GHz et 19W à 1,2GHz;
  1,3V; 64KoL1(instructions)+32KoL1(données); 512Ko L2(données) interne;
  5220MIPS; 12 unités d'exécution; 52 millions de transistors

  
  
  

  Performances SPEC2k comparées du 970 à 1,8GHz:

  		SPECint2k	SPECfp2k
  	AMD Opteron 64-bit à 2GHz carte ASUS SK8N (destiné aux serveurs):	1271/1335	1250/1339
  	Itanium 2 64-bit à 1,4GHz carte Dell PowerEdge 3250 (destiné aux serveurs):	824	1444
  	PowerPC 970 64-bit à 1,8GHz:	937	1051
  	AMD Athlon 64 à 2GHz carte MSI K8 Neo (ordinateur grand-public):	1266/1335	1180/1250
  	Power 4 64-bit à 1,0GHz (destiné aux serveurs):	650	900
  	Pentium 4 à 2,0GHz:	656	714
  	Alpha à 833MHz:	533	644

  
  
  

  ... pour les calculs scientifiques, c'est sans commentaire ;)

  
  
  

  Sources IBM, Apple, The Register et Sambot.

  
  
  
  

(processeur en technologie Bipolaire, environ 80Watts, aurait dû "booster" les PMacs "Halo" à l'été 1997 à plus de 400MHz)

Performances du X704 à 533MHz:

	SPECint95	SPECfp95
	13	10

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