PowerPC 970

PowerPC 970

عرض فني لوحدة المعالجة المركزية PowerPC 970
معلومات عامة
انطلقت	2002
صمم بواسطة	آي بي إم
الشركة المصنعة المشتركة (ق)	آي بي إم
أداء
الأعلى. معدل ساعة وحدة المعالجة المركزية	1.0 جيجاهرتز إلى 2.7 جيجاهرتز
مخبأ
مخبأ L1	تعليمات 64 كيلو بايت 32 كيلو بايت بيانات
مخبأ L2	512–1024 كيلوبايت
العمارة والتصنيف
طلب	سطح المكتب
عقدة التكنولوجيا	130 نانومتر إلى 90 نانومتر
العمارة الدقيقة	ppc970 ، السلطة 4
مجموعة التعليمات	32/64 بت PowerPC 2.01
المواصفات المادية
النوى	1-2
المنتجات والنماذج والمتغيرات
المتغير (ق)	970 ، 970 اف اكس ، 970 ميجابيكسل
تاريخ
السلف	القوة 4

تعد PowerPC 970 و PowerPC 970FX و PowerPC 970MP معالجات PowerPC 64 بت من شركة IBM التي تم تقديمها في عام 2002. عند استخدامها في أجهزة كمبيوتر Macintosh المستندة إلى PowerPC ، أشارت إليها Apple باسم PowerPC G5 .

تم إنشاء عائلة 970 من خلال تعاون بين IBM و Apple . ^{[1] [2]} ذهب المشروع تحت الاسم الرمزي GP-UL أو Giga Processor Ultra Light ، حيث كان Giga Processor هو الاسم الرمزي لـ POWER4 الذي اشتق منه النواة. عندما قدمت Apple جهاز Power Mac G5 ، ذكروا أن هذا كان جهدًا تعاونيًا لمدة خمس سنوات ، مع خارطة طريق متعددة الأجيال. لكن هذه التوقعات لم تدم طويلاً عندما اضطرت شركة Apple لاحقًا إلى التراجع عن وعدها بتقديم معالج 3 جيجاهرتز بعد عام واحد فقط من طرحه. لم تتمكن شركة IBM أيضًا من تقليل استهلاك الطاقة إلى المستويات اللازمة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة. في النهاية ، استخدمت Apple فقط ثلاثة أنواع مختلفة من المعالج.

تعتمد الوحدات النصلية JS20 / JS21 من IBM وبعض محطات العمل المنخفضة وخوادم النظام p على PowerPC 970. كما أنها تستخدم في بعض الأنظمة المدمجة المتطورة مثل Mercury 's Momentum XSA-200. تقوم شركة IBM أيضًا بترخيص PowerPC 970 core للاستخدام في التطبيقات المخصصة.

تصميم

معالج PowerPC 970FX

يعد PowerPC 970 مشتقًا أساسيًا واحدًا من POWER4 ويمكنه معالجة تعليمات PowerPC 32 بت و 64 بت محليًا. يحتوي على وحدة الجلب المسبق للأجهزة ووحدة التنبؤ بالفرع ثلاثي الاتجاهات .

مثل POWER4 ، يبلغ طول الواجهة الأمامية تسع مراحل. يمكن للطراز PowerPC 970 جلب وفك تشفير ما يصل إلى ثمانية تعليمات ، وإرسال ما يصل إلى خمس محطات للحجز ، وإصدار ما يصل إلى ثمانية إلى وحدات التنفيذ والتقاعد حتى خمسة في كل دورة. تم إطالة خطوط أنابيب التنفيذ مقارنةً بـ POWER4 لتحقيق مستوى أعلى من IPC . يحتوي على ثماني وحدات تنفيذ: وحدتان منطقيتان حسابيتان (ALUs) ، ووحدتان عائمتان مزدوجتان الدقة ، ووحدتا تحميل / مخزن ، ووحدتان AltiVec . ^[3]

تنفذ إحدى وحدات AltiVec تعليمات الأعداد الصحيحة والعائمة ، بينما تنفذ الأخرى تعليمات التباديل فقط. يحتوي الأخير على ثلاث وحدات فرعية للإعداد الصحيح البسيط ، والأعداد الصحيحة المعقدة وتعليمات الفاصلة العائمة. تحتوي هذه الوحدات على خطوط أنابيب ذات أطوال متفاوتة: 10 مراحل لتعليمات الأعداد الصحيحة والتباديل البسيطة ، و 13 مرحلة لتعليمات الأعداد الصحيحة المعقدة و 16 مرحلة لتعليمات الفاصلة العائمة. ^[3]

يحتوي المعالج على ناقلتي معدل بيانات مزدوجين أحادي الاتجاه 32 بت (DDR) (أحدهما للقراءات والآخر للكتابة) إلى شريحة وحدة التحكم في النظام ( جسر الشمال ) يعمل بربع سرعة المعالج الأساسية. تحمل الحافلات أيضًا عناوين وإشارات تحكم بالإضافة إلى البيانات بحيث يمكن تحقيق نسبة مئوية فقط من عرض النطاق الترددي الذروة (6.4 جيجا بايت / ثانية عند 450 ميجا هرتز). نظرًا لأن الحافلات أحادية الاتجاه ، يمكن لكل اتجاه أن يحقق نصف عرض النطاق الترددي الكلي فقط ، أو 3.2 جيجابايت / ثانية. ^[3]

المعالجات

PowerPC 970

تم الإعلان عن PowerPC 970 من قبل شركة IBM في أكتوبر 2002. وتم إصداره في Power Mac G5 الخاص بحاسوب Apple في يونيو 2003. (تمشيا مع اصطلاحات التسمية السابقة ، أطلقت شركة Apple على المنتجات القائمة على PowerPC 970 G5 ، للجيل الخامس من PowerPC أصدرت شركة IBM أول خوادمها النصلية PowerPC 970 ، وهي BladeCenter JS20 ، في نوفمبر 2003.

يحتوي PowerPC 970 على 512 كيلوبايت من ذاكرة التخزين المؤقت L2 كاملة السرعة وسرعات ساعة من 1.6 إلى 2.0 جيجاهرتز. ركض الحافلة الأمامية بنصف سرعة ساعة المعالج.

PowerPC 970FX

يستخدم PowerPC 970FX عملية تصنيع 90 نانومتر ويبلغ أقصى معدل للطاقة 11 واط عند 149 درجة فهرنهايت (65 درجة مئوية) بينما يعمل على مدار الساعة عند 1 جيجا هرتز وبحد أقصى 48 واط عند 2 جيجا هرتز. ^[4]

تم إطالة خط أنابيب PowerPC 970 من 9 مراحل إلى 16-21 مرحلة لـ PowerPC 970 FX. لديها 10 وحدات وظيفية - وحدتان ثابتتان ، وحدتا تحميل / مخزن ، ووحدتان عائمتان ، ووحدة فرعية واحدة ، ووحدة SIMD ALU واحدة ، ووحدة تباعد SIMD ، و 1 سجل حالة. يدعم ما يصل إلى 215 تعليمات أثناء الرحلة: 16 في وحدة جلب التعليمات ، و 67 في وحدة فك التعليمات ، و 100 في الوحدات الوظيفية ، و 32 في قائمة انتظار المتجر. يحتوي على 64 كيلو بايت من ذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات المعينة مباشرة و 32 كيلو بايت من ذاكرة التخزين المؤقت D. ^[5]

أصدرت Apple أجهزتها التي تعمل بتقنية 970FX طوال عام 2004: Xserve G5 في يناير ، و Power Mac G5 في يونيو ، و iMac G5 في أغسطس. قدم جهاز Power Mac سرعة قصوى على مدار الساعة تبلغ 2.5 جيجاهرتز أثناء التبريد بالسائل (وصلت في النهاية إلى 2.7 جيجاهرتز في أبريل 2005). قام iMac بتشغيل الحافلة الأمامية بثلث سرعة الساعة.

على الرغم من طلب المستخدم المكثف لوحدة معالجة مركزية للكمبيوتر المحمول أسرع من G4 ، لم تستخدم Apple مطلقًا وحدة المعالجة المركزية من سلسلة G5 في أجهزة الكمبيوتر المحمولة PowerBook الخاصة بها . استخدم جهاز 970 الأصلي قدرًا كبيرًا جدًا من القوة ولم يُنظر إليه بجدية على أنه مرشح لجهاز كمبيوتر محمول. خفضت 970FX طاقة التصميم الحراري (TDP) إلى حوالي 30 واطعند 1.5 جيجاهرتز ، وهو رقم أدى بالعديد من المستخدمين إلى الاعتقاد بأن PowerBook G5 قد يكون ممكنًا. ومع ذلك ، حالت العديد من العوائق دون استخدام 970FX في هذا التطبيق. عند 1.5 جيجاهرتز ، لم يكن G5 أسرع بشكل كبير من معالجات G4 1.5 و 1.67 جيجاهرتز ، والتي استخدمتها Apple في PowerBooks بدلاً من ذلك. علاوة على ذلك ، فإن رقائق نورثبريدج المتوفرة لواجهة 970FX بالذاكرة والأجهزة الأخرى لم يتم تصميمها لأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، واستهلكت الكثير من الطاقة. أخيرًا ، كان لدى 970FX ميزات توفير طاقة غير كافية لوحدة المعالجة المركزية المحمولة. كان الحد الأدنى من الطاقة (الخاملة) مرتفعًا جدًا ، مما قد يؤدي إلى ضعف عمر البطارية في جهاز كمبيوتر محمول. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

PowerPC 970MP

أعلنت شركة IBM عن PowerPC 970MP ، الذي يحمل الاسم الرمزي "Antares" ، في 7 يوليو 2005 في منتدى Power Everywhere في طوكيو. 970 ميجابيكسل هو مشتق ثنائي النواة من 970FX بسرعات ساعة تتراوح بين 1.2 و 2.5 جيجاهرتز ، وأقصى استخدام للطاقة 75 وات عند 1.8 جيجاهرتز و 100 وات عند 2.0 جيجاهرتز. يحتوي كل نواة على 1 ميجابايت من ذاكرة التخزين المؤقت L2 ، أي ضعف ذاكرة التخزين المؤقت 970FX. مثل 970FX ، تم إنتاج هذه الشريحة في عملية 90 نانومتر. عندما يكون أحد النوى خاملاً ، فإنه سيدخل في حالة "النعاس" ويغلق. ^[6] تتضمن كاميرا 970 ميجابكسل أيضًا ميزات التقسيم والمحاكاة الافتراضية. ^{[7] [8]}

حل PowerPC 970MP محل PowerPC 970FX في أجهزة كمبيوتر Power Mac G5 المتطورة من Apple ، بينما استمر iMac G5 و PCI-X Power Mac G5 القديم في استخدام معالج PowerPC 970FX. يتم استخدام PowerPC 970MP في الوحدات النمطية النصلية JS21 من IBM ومحطة عمل IBM Intellistation POWER 185 و YDL PowerStation بواسطة Fixstars Solutions (Yellow Dog Linux (YDL) PowerStation).

نظرًا لمتطلبات الطاقة العالية ، اختارت شركة IBM التوقف عن تشغيل الأجزاء التي تعمل بشكل أسرع من 2.0 جيجاهرتز.

معرض

رسوم توضيحية لأجيال مختلفة من معالجات 970. تم تصنيعها جميعًا في مصنع East Fishkill التابع لشركة IBM في نيويورك على ركيزة من السيراميك الأبيض كانت نموذجية لمعالجات IBM المتطورة في ذلك العصر.

• 

  أول محرك PowerPC 970 ، تم تصنيعه باستخدام عملية 130 نانومتر في الأسبوع 20 من عام 2003. ^[9]

• 

  تم تصنيع PowerPC 970FX على عملية 90 نانومتر في الأسبوع 25 من عام 2004 ، ^[9] ويمكن رؤية القالب الأصغر بوضوح.

• 

  يحتوي PowerPC 970MP على قلبين في نفس القالب ومرتين لذاكرة التخزين المؤقت L2 لكل نواة مقارنة بـ 970FX لذا فإن حجمه أكبر بكثير. تم تصنيعه في الأسبوع 24 من 2005. ^[9]

نورثبريدجز

هناك نوعان من الجسور الشمالية المخصصة لأجهزة الكمبيوتر المستندة إلى PowerPC 970 ، وكلاهما من صنع شركة IBM:

• CPC925  - صممه Apple ^[10] ويسمى U3 أو U3H (الذي يدعم ذاكرة ECC ). وهي قادرة على دعم ما يصل إلى اثنين من PowerPC 970s أو PowerPC 970FXs ولديها ناقلان للمعالج أحادي الاتجاه سعة 550 ميجاهرتز ووحدة تحكم في الذاكرة DDR بسرعة 400 ميجاهرتز و x8 AGP ونفق نقل تشعبي بسرعة 400 ميجاهرتز 16 بت . انها ملفقة على عملية 130 نانومتر. بالإضافة إلى ذلك ، كان هناك جسر نورثبريدج U3Lite غير مطروح قيد التطوير من أجل PowerBook G5 ، والذي لم يتم طرحه في السوق.
• CPC945  - تم تصميمه بواسطة IBM وتسمى U4 من قبل Apple ، وهو قادر على دعم اثنين من PowerPC 970MPs ويحتوي على ناقلتي معالج أحادي الاتجاه 625 ميجاهرتز ، وجهازي تحكم في الذاكرة يدعمان ما يصل إلى 64 جيجابايت من 533 ميجاهرتز DDR2 SDRAM مع إمكانية ECC ولديه x16 PCIe ممر ونفق نقل تشعبي بسرعة 800 ميجاهرتز 16 بت. إنها ملفقة على عملية 90 نانومتر.

كان هناك أيضًا نورثبريدج CPC965 ملغاة . كان من المقرر إطلاقه في عام 2007 ، وكان من المقرر أن يكون نورثبريدج أحادي المعالج فقط. كانت ميزاته عبارة عن وحدة تحكم DDR2 بسعة 533 ميجاهرتز تدعم ما يصل إلى 8 جيجابايت من ذاكرة ECC ، وناقل 8x PCIe ، وإيثرنت Gigabit Ethernet مدمج بأربعة منافذ مع تفريغ IPv4 TCP / UDP ، ومنافذ USB 2.0 ، وواجهة فلاش . يحتوي Northbridge على نواة PowerPC 405 متكاملة لتوفير إدارة النظام وقدرات التكوين. ^[11]

الحافلات

تستخدم شركة IBM ناقل الواجهة المرنة (EI) الخاص بها في الوحدات النمطية.

انظر أيضا

• POWER3 و POWER4 و POWER5
• PowerPC G4 و Altivec
• Power Mac G5 و Xserve G5
• أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي تستخدم PowerPC 970:
  • النظام العاشر
  • جميع أجهزة الكمبيوتر العملاقة في شبكة الحوسبة الفائقة الإسبانية ( Magerit و Marenostrum هما أقوى جهازي كمبيوتر عملاقين في الشبكة)
• قائمة بنماذج Macintosh مجمعة حسب نوع وحدة المعالجة المركزية

المراجع

قراءات إضافية

• "PPC970 من IBM يصبح G5 لشركة Apple". (7 يوليو 2003). تقرير المعالج الدقيق .
• "آي بي إم تأخذ زمام المبادرة". (9 فبراير 2004). تقرير المعالج الدقيق .
• "لقطة مزدوجة لـ PowerPC من IBM". (7 نوفمبر 2005). تقرير المعالج الدقيق .

روابط خارجية

• مقالة آرس تكنيكا ، الجزء الأول
• مقالة آرس تكنيكا ، الجزء الثاني
• دليل مستخدم المعالج الدقيق IBM PowerPC 970FX RISC
• فهم بنية PowerPC 64 بت
• ISSCC 2006: IBM PowerPC 970MP
• وثائق شركة IBM: المعالجات الدقيقة PowerPC 9XX