Все новости от 10 июля 2003 г.

Вдвое шире, вдвое быстрее

"Сердцем" новых Маков является процессор нового поколения PowerPC G5, известный нашим читателям также под именем IBM PowerPC 970 (см., например, PC Week/RE, № 14/2002, с. 16).

Правда, с момента объявления этого чипа его спецификация претерпела некоторые изменения (точнее, прогнозы аналитиков оказались не совсем точными), так что позволим себе вспомнить его основные черты.

Прежде всего PowerPC G5 (или PowerPC 970) — полноценный представитель семейства процессоров PowerPC и поэтому может исполнять любые приложения, написанные для его "старших братьев".

Это значит, что на Power Mac G5 будет работать и операционная система Mac OS X 10.2, и подавляющее большинство программ (если только они не работали напрямую с оборудованием, — изменение архитектуры компьютера может сыграть в этом случае злую шутку).

Казалось бы, что тут удивительного? Но дело в том, что PowerPC G5 — процессор 64-разрядный. Таким образом, Power Mac G5 в момент выхода на рынок окажется не только самым быстрым компьютером, но еще и первым настольным ПК с 64-разрядным процессором!

Что, впрочем, вполне понятно, поскольку PowerPC G5 был получен из POWER4 путем удаления второго процессорного ядра и контроллера кэша третьего уровня, уменьшения размера встроенного кэша второго уровня с полутора до полумегабайта и добавления SIMD-модуля VMX (являющегося функциональным аналогом AltiVec процессора PowerPC G4).

Если по структуре PowerPC G4 можно описать как "широкий, но мелкий" (здесь довольно мало стадий у конвейера исполнения микроинструкций и много параллельно работающих специализированных арифметических и логических блоков), а Pentium 4 — "узкий, но глубокий" (длинный конвейер и мало исполнительных блоков), то PowerPC G5 — скорее "очень широкий и довольно глубокий".

Длина конвейера по сравнению с PowerPC G4 заметно увеличена, что позволило резко повысить тактовую частоту процессора. Но при этом она по-прежнему несколько уступает Pentium 4, из чего следует, что "разгонный" потенциал последнего все же больше (Джобс в своей речи обещал уже к следующей весне довести тактовую частоту PowerPC G5 до 3 ГГц).

PowerPC G5 имеет 12 исполнительных блоков (два целочисленных, два загрузки/сохранения результата, два плавающей арифметики, четыре векторной SIMD-арифметики, один блок предсказания переходов и один — работы с регистром состояний) и может исполнять до девяти команд за такт.

Если эту схему сравнить со строением Pentium 4, то можно предположить, что PowerPC G5 имеет лишь одну слабую сторону — небольшое количество блоков целочисленной арифметики (у Pentium 4 их тоже два, но они работают с удвоенной тактовой частотой, а кроме того, имеется специальный медленный блок работы со "сложными" целочисленными операциями типа деления).

Судя по результатам тестирования, именно в целочисленных тестах Pentium 4 способен оказать сколько-нибудь заметное сопротивление PowerPC G5.

Архитектура двухпроцессорного Power Mac G5

PowerPC G5 снабжен сложной системой очередей, что позволяет ему на разных стадиях — загрузки, декодирования, исполнения и сохранения результата — одновременно обслуживать до 215 микрокоманд (у Pentium 4 — всего 126).

Столь большой "пул готовых к исполнению микрокоманд" позволяет более свободно переупорядочивать команды, достигая оптимальной загрузки всех процессорных блоков.

С системным контроллером (или, в терминах IBM, чипом-компаньоном) процессор соединяется DDR-шиной, тактируемой на четверти его тактовой частоты и представляющей собой две однонаправленные 32-разрядные шины.

Данные и адреса передаются попеременно, поэтому фактическая полоса пропускания несколько ниже теоретической: у 2 ГГц PowerPC G4 она немного превышает 7 Гб/c (что опять-таки является рекордом для "настольных" процессоров).

Возникает закономерный вопрос — а насколько гладко пройдет переход на 64-разрядные PowerPC? Особенностью архитектуры PowerPC G5 является то, что он одинаково эффективно работает с 32- и 64-разрядными данными и режимами адресации; фактически "лишние" разряды просто корректно маскируются.

Более того, вы легко можете смешивать 32- и 64-разрядный код даже в одном приложении, так что переход на новые приложения обещает быть настолько плавным, насколько это вообще допустимо.

Правда, имеется и небольшая проблема. Поскольку структуры PowerPC G5 и предыдущих процессоров, используемых в Маках, довольно сильно различаются, для эффективного исполнения программ потребуется их перекомпиляция. По некоторым оценкам, при этом можно достичь роста производительности в полтора — два раза. Впрочем, и без этого программы исполняются достаточно быстро.