PowerPC 970 (G5), “ультра-легкий”

Последняя часть кодового наименования проекта PPC 970 (GP-UL) обозначала “ультра-легкий”. GP было кодовым наименованием процессора POWER 4. Критики обвиняли Apple и IBM в обмане, PPC G5 не был даже просто “легким”, но где обман в GP-UL? Судьба PowerPC пятого поколения широко известна, все знают что “не получилось”, что Apple, отчаявшись, перешла на Intel – отражение этих событий в общественном сознании прямолинейно и беспощадно к павшим. Мол, история Apple – это история лжи, глупости и фантастической корысти.

А эпопея с PowerPC G5 доказывает это. Фигуранты эпопеи, в течение двух лет (с июня 2003 по июнь 2005), “меняли показания” и “изворачивались”.

Сначала PowerPC пятого поколения обещали небо в алмазах и невероятные достижения “уже через год”, потом – чуть ли не мешали их с грязью, утверждая что для развития одной единицы мощности (что это такое?) PowerPC расходует в 5 раз больше энергии чем Intel-процессоры.

Но все было проще и банальнее. Потенциал PowerPC G5 не был реализован и на сотую его часть, и развивалось это поколение не хуже, чем предыдущие три, просто ситуация в мире иногда меняется слишком быстро.

Разработчикам PowerPC просто не хватило времени. В 2005 году Intel работала над новой архитектурой процессоров (Core), соединявшую в себе преимущества RISC и CISC, проект был близок к завершению. Тем кого посвятили в подробности этого проекта стало ясно: у PowerPC, шансов на быструю и легкую победу нет. Среди посвященных был Стив Джобс.

Если бы не Intel Core, поражение PowerPC было бы временным.

IBM, Freescale и P.A. Semi (ведущие разработчики PowerPC в 2005 году), несомненно взяли бы реванш. Но у Apple, основного потребителя PowerPC в индустрии, именно в 2005 году ни времени, ни желания, ждать реванша уже не было. У Apple была альтернатива.

PowerPC 970 – первая презентация

Дата и обстоятельства возникновения проекта GP-UL… неизвестны. Зато известно где и когда об этом проекте было заявлено публично. 15 октября 2002 года, в конференц-центре именем МакЭнери в Сан-Хосе, во второй день микропроцессорного форума MPF.

Представил PowerPC 970 сотрудник IBM Microelectronics, старший архитектор процессоров PowerPC Питер Сэндон. PowerPC 970 он назвал “первым в новой семье 64-битных высоко-производительных PowerPC процессоров”.

Происхождение PowerPC 970 было почти царское: он был разработан на основе POWER 4, одного из отлично зарекомендовавших себя процессоров-тяжеловесов для особо важных и ответственных задач. В его конструкции производительность была принесена в жертву надежности, умышленно: в областях его применения ошибка стоила бы слишком дорого, и эта паранойя была уместна.

Для PowerPC 970 параноидальные меры были избыточны, в “ультра-легком”, по сравнению с его предком, процессоре, ничто не мешало инженерам IBM вдавить педаль газа в пол и разогнать их детище до немыслимых для POWER 4 тактовых частот.

В обывательском создании “легкий” значит “ослабленный”, но реальность парадоксальна (это её главное свойство): PowerPC 970 не уступал своему ответственному предку почти ни в чем, а по ряду очень важных свойств даже превосходил его.

Также как POWER 4, PowerPC 970 был “настоящим 64-битным процессором”. 64-битными были все его внутренности: и регистры, и магистрали данных. Более того, все что связано с AltiVec (векторные модули процессора) было 128-битным… Обыватели были в восторге.

Правда, увеличение разрядности не имело никакого отношения ни к производительности, ни к мощи – но мощь психологического эффекта была какой надо. Тем не менее, самым главным достоинством POWER 4 и PowerPC 970 была поддержка 32-битного кода. То есть, никаких 32- и 64-битных режимов или вариантов программ не требовалось.

С точки зрения пользователя и прикладного программиста, обе разновидности программ просто работали.

Число регистров поражало воображение: 32 64-битных целочисленных регистра, 32 64-битных регистров для чисел с плавающей точкой, 32 128-битных регистра для векторного блока, и по 48 регистров каждого из этих типов данных для “переименования”.

8 исполнительных модулей – два для целочисленных операций, два для арифметики с плавающей точкой, два для векторных операций и два для работы с памятью (загрузка и выгрузка). Разные конвейеры для разных типов данных, с разным число стадий: от 17 для целочисленных до 25 для векторных.

Техническими подробностями можно было бы занять еще несколько страниц, но вместо этого мы просто подведем итог: инженеры IBM, в сотрудничестве с Apple (в чем, кроме разработки “северного моста”, оно заключалось выяснить я так и не смог) создали самый настоящий шедевр.

На заводе IBM в штате Нью-Йорк, предельно автоматизированные и почти безлюдные цеха которого через несколько месяцев (на мероприятии Apple) были показаны публике – любят “яблочники” производственную тему – вскоре началось производство этих процессоров. К 15 октября 2002 года новый процессор существовал в нескольких дюжинах экземпляров, а его характеристики сообщались в сослагательном наклонении.

С физической точки зрения процессор был замечательным: технологический процесс 0,13 мкм, 8-слоёв SOI (КНИ, кремний-на-изоляторе) на медной основе, медные межсоединения и прочие “вкусности”.

PowerPC 970, вторжение в реальность

В начале века в индустрии микропроцессоров шла ожесточенная война. За тактовые частоты. IBM в ней не участвовала: за лидерство боролись Intel и AMD. Самый прямой способ увеличить производительность процессора – увеличение его тактовой частоты.

Путь этот… пагубный и конечный, зато простой и эффективный – до поры до времени, да и покупатели прочно подсели на эти числа: 2,5 ГГц, 2.8 ГГц, 3,0 ГГЦ…

Но появление PowerPC 970, которые при меньших тактовых частотах, за счет инженерного искусства его создателей, не уступали лучшим изделиям воюющих сторон, не ускользнуло от их внимания. Возможно, именно этот шок ускорил развитие проекта новой архитектуры процессоров Intel, объединявших в себе лучшее из RISC и CISC…

Пока все выглядело безоблачно и многообещающе. На WWDC 2003 года Стив представил PowerPC 970 (это торговая марка IBM), он же PowerPC G5 (торговая марка Apple), и первые компьютеры на основе этого процессора.

Это были мощные настольные Mac’и предназначенные для профессионалов. В очередной раз Mac’и превосходили “быстрые PC” по всем мыслимым параметрам – в том числе и по части сложности системы охлаждения.

Новый процессор был “горячим” не только по производительности, но и вообще.

В идеальном мире с этим не было бы никаких проблем. Первая цель (быстрый процессор с премиальными характеристиками) была успешно достигнута. Революция свершилась.

Отныне, перед инженерами IBM стояли другие первостепенные задачи: перейти на процесс 90 нанометров (а в перспективе и на 65), снизить энергопотребление при той же или даже большей производительности, уменьшить выделение тепла… В преодолении препятствий на пути к этим целям и состоит работа настоящего инженера.

Пожалуй, к 2006-2007 году они могли бы и преуспеть… Но не судьба.

В 2003-2004 годы, по мнению экспертов, Apple переведет на новые и радикально более мощные PowerPC пятого поколения верхнюю часть её продуктовой линейки, PowerMac и PowerBook (обнадеживающие новости от IBM, казалось, позволяли надеяться на это), а в бытовых компьютерах (eMac, iMac и iBook) будут использоваться все более продвинутые и производительные модификации процессоров четвертого поколения, пока…

Как мы сегодня знаем, эксперты дважды ошиблись в этих прогнозах. IBM удалось снизить теплоотдачу одной из разрабатываемых модификаций PowerPC 970, но для применения в портативных компьютерах он не подходил: он был слишком прожорлив для этого, даже в режиме “sleep”.

С “бытовыми” настольными компьютерами эксперты тоже промахнулись. iMac G5 все-таки вышел в свет, и наделал своим появлением много шума. Термодинамика его корпуса тоже была нетривиальна, зато про энергопотребление можно было скромно промолчать.

А законодатель в области портативных компьютеров в течение двух-трех лет не возмущать спокойствие новыми шедеврами уже не имел никакой возможности. Последствия проблем одной единственной компании для индустрии процессоров были намного драматичнее чем эти её проблемы…

Продолжение следует

Обсудить историю Apple вы можете в нашем Telegram-чате.

Источник