باور بي سي 970

باور بي سي 970

رسم فني لوحدة المعالجة المركزية PowerPC 970
معلومات عامة
تم إطلاقه	2002
صمم بواسطة	آي بي إم
الشركة المصنعة المشتركة	آي بي إم
أداء
الحد الأقصى لمعدل ساعة وحدة المعالجة المركزية	1.0 جيجاهرتز إلى 2.7 جيجاهرتز
مخبأ
ذاكرة التخزين المؤقت L1	تعليمات بحجم 64 كيلو بايت وبيانات بحجم 32 كيلو بايت
ذاكرة التخزين المؤقتة L2	512–1024 كيلو بايت
الهندسة المعمارية والتصنيف
طلب	سطح المكتب
عقدة التكنولوجيا	130 نانومتر إلى 90 نانومتر
الهندسة المعمارية الدقيقة	ppc970، باور 4
مجموعة التعليمات	باور بي سي 2.01 32/64 بت
المواصفات المادية
النوى	1-2
المنتجات والنماذج والمتغيرات
متغير	970، 970FX، 970MP
تاريخ
السلف	باور 4

PowerPC 970 و PowerPC 970FX و PowerPC 970MP هي وحدات معالجة مركزية PowerPC 64 بت من IBM تم طرحها في عام 2002. أطلقت Apple على 970 اسم PowerPC G5 لجهاز Power Mac G5 الخاص بها .

بعد إنشاء بنية PowerPC في أوائل التسعينيات عبر تحالف AIM ، تم إنشاء عائلة 970 من خلال تعاون إضافي بين IBM و Apple . ^{[1] [2]} تم تسمية المشروع باسم GP-UL أو Giga Processor Ultra Light، حيث Giga Processor هو الاسم الرمزي لـ POWER4 الذي تم اشتقاق النواة منه. عندما قدمت Apple Power Mac G5 ، ذكرت أن هذا كان جهدًا تعاونيًا لمدة خمس سنوات، مع خارطة طريق متعددة الأجيال. ومع ذلك، كان هذا التوقع قصير الأجل عندما اضطرت Apple لاحقًا إلى سحب وعدها بتقديم معالج بسرعة 3 جيجاهرتز بعد عام واحد فقط من تقديمه. لم تتمكن IBM أيضًا من تقليل استهلاك الطاقة إلى المستويات اللازمة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة. في النهاية، استخدمت Apple ثلاثة أنواع فقط من المعالج.

تعتمد وحدات الشفرات JS20/JS21 من IBM وبعض محطات العمل منخفضة التكلفة وخوادم System p على PowerPC 970. كما يتم استخدامه في بعض الأنظمة المضمنة عالية الجودة مثل Mercury 's Momentum XSA-200. كما تقوم IBM بترخيص نواة PowerPC 970 لاستخدامها في التطبيقات المخصصة.

يعد PowerPC 970 مشتقًا أحادي النواة من POWER4 ويمكنه معالجة تعليمات PowerPC 32 بت و 64 بت بشكل أصلي. يحتوي على وحدة استرجاع مسبقة للأجهزة ووحدة تنبؤ ثلاثية الاتجاه .

مثل POWER4، فإن الواجهة الأمامية تتكون من تسع مراحل. يمكن لـ PowerPC 970 جلب وفك تشفير ما يصل إلى ثماني تعليمات، وإرسال ما يصل إلى خمس تعليمات إلى محطات الاحتياطي، وإصدار ما يصل إلى ثماني تعليمات إلى وحدات التنفيذ وسحب ما يصل إلى خمس تعليمات لكل دورة. تم إطالة خطوط أنابيب التنفيذ مقارنة بـ POWER4 لتحقيق IPC أعلى . يحتوي على ثماني وحدات تنفيذ: وحدتان منطقيتان حسابيتان (ALUs)، ووحدتان عائمتان بدقة مزدوجة ، ووحدتان تحميل/تخزين ووحدتان AltiVec . ^[3]

تنفذ إحدى وحدات AltiVec تعليمات الأعداد الصحيحة والفاصلة العائمة، بينما تنفذ الأخرى تعليمات التبديل فقط. تحتوي الأخيرة على ثلاث وحدات فرعية لتعليمات الأعداد الصحيحة البسيطة والأعداد الصحيحة المعقدة والفاصلة العائمة. تحتوي هذه الوحدات على خطوط أنابيب بأطوال مختلفة: 10 مراحل لتعليمات الأعداد الصحيحة البسيطة والتبديل، و13 مرحلة لتعليمات الأعداد الصحيحة المعقدة و16 مرحلة لتعليمات الفاصلة العائمة. ^[3]

يحتوي المعالج على ناقلين أحاديي الاتجاه بمعدل بيانات مزدوج (DDR) 32 بت (أحدهما للقراءة والآخر للكتابة) إلى شريحة وحدة التحكم في النظام ( الجسر الشمالي ) يعملان بسرعة ربع سرعة نواة المعالج. تحمل الناقلات أيضًا عناوين وإشارات تحكم بالإضافة إلى البيانات بحيث لا يمكن تحقيق سوى نسبة مئوية من عرض النطاق الترددي الأقصى (6.4 جيجابايت/ثانية عند 450 ميجاهرتز). نظرًا لأن الناقلات أحادية الاتجاه، يمكن لكل اتجاه تحقيق نصف عرض النطاق الترددي الإجمالي فقط، أو 3.2 جيجابايت/ثانية. ^[3]

تم تصنيع جميع أجيال معالجات 970 في مصنع IBM East Fishkill في نيويورك على ركيزة سيراميكية بيضاء كانت نموذجية لمعالجات IBM المتطورة في ذلك العصر.

أعلنت شركة IBM عن PowerPC 970 في أكتوبر 2002. وتم إصداره في جهاز Power Mac G5 من Apple Computer في يونيو 2003. ومثل تسمية G3 وG4، أطلقت Apple على المنتجات التي تعتمد على PowerPC 970 علامة G5، للجيل الخامس من PowerPC. أصدرت IBM أول خوادمها النصلية PowerPC 970، BladeCenter JS20 ، في نوفمبر 2003.

يحتوي PowerPC 970 على ذاكرة تخزين مؤقتة L2 عالية السرعة بحجم 512 كيلوبايت وسرعات ساعة تتراوح من 1.6 إلى 2.0 جيجاهرتز. تعمل ناقلة الجانب الأمامي بسرعة نصف سرعة ساعة المعالج.

تتميز PowerPC 970FX بعملية تصنيع 90 نانومتر وتتمتع بتصنيف طاقة أقصى يبلغ 11 وات عند 149 درجة فهرنهايت (65 درجة مئوية) عند تردد 1 جيجاهرتز وحد أقصى يبلغ 48 وات عند تردد 2 جيجاهرتز. ^[5]

تحتوي على 10 وحدات وظيفية - وحدتان ثابتتان، ووحدتا تحميل/تخزين، ووحدتان فاصلة عائمة، ووحدة فرعية واحدة، ووحدة SIMD ALU واحدة، ووحدة تبديل SIMD واحدة، وسجل حالة واحد. وهي تدعم ما يصل إلى 215 تعليمة أثناء التشغيل: 16 في وحدة جلب التعليمات، و67 في وحدة فك التعليمات، و100 في الوحدات الوظيفية، و32 في قائمة التخزين. وتحتوي على 64 كيلوبايت من ذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات المرسومة مباشرة و32 كيلوبايت من ذاكرة التخزين المؤقت D. ^[6]

أطلقت شركة Apple أجهزة تعمل بمعالج 970FX طوال عام 2004: Xserve G5 في يناير، وPower Mac G5 في يونيو، و iMac G5 في أغسطس. قدم Power Mac سرعة تردد قصوى تبلغ 2.5 جيجاهرتز أثناء التبريد السائل (وصلت في النهاية إلى 2.7 جيجاهرتز في أبريل 2005). كان iMac يعمل على ناقل الجانب الأمامي بسرعة تردد تساوي ثلث سرعة التردد.

كان الطلب في السوق شديدًا على وحدة معالجة مركزية أسرع من G4، لكن Apple لم تقدم أبدًا وحدة معالجة مركزية من سلسلة G5 في أجهزة الكمبيوتر المحمولة PowerBook . يستخدم 970 الأصلي قدرًا كبيرًا جدًا من الطاقة ولم يُنظر إليه بجدية على أنه مرشح لجهاز كمبيوتر محمول. قلل 970FX من الطاقة الحرارية التصميمية (TDP) إلى حوالي 30 وات عند 1.5 جيجاهرتز، مما دفع العديد من المستخدمين إلى الاعتقاد بأن PowerBook G5 قد يكون ممكنًا. ومع ذلك، منعت العديد من العقبات حتى 970FX من الاستخدام في هذا التطبيق. عند 1.5 جيجاهرتز، لم يكن G5 أسرع بشكل كبير من معالجات G4 بسرعة 1.5 و1.67 جيجاهرتز، والتي استخدمتها Apple في PowerBooks بدلاً من ذلك. علاوة على ذلك، لم يتم تصميم شرائح الجسر الشمالي المتاحة لربط 970FX بالذاكرة والأجهزة الأخرى لأجهزة الكمبيوتر المحمولة، واستهلكت الكثير من الطاقة. أخيرًا، كان 970FX يتمتع بميزات توفير طاقة غير كافية لوحدة معالجة مركزية محمولة. كانت طاقته الدنيا (الخاملة) عالية جدًا، مما كان من شأنه أن يؤدي إلى أرقام عمر بطارية رديئة في الكمبيوتر المحمول. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

أعلنت شركة IBM عن PowerPC 970MP ، والذي يحمل الاسم الرمزي "Antares"، في 7 يوليو 2005، في منتدى Power Everywhere في طوكيو. يعد 970MP مشتقًا ثنائي النواة من 970FX بسرعات ساعة تتراوح بين 1.2 و2.5 جيجاهرتز، واستهلاك أقصى للطاقة يبلغ 75 وات عند 1.8 جيجاهرتز و100 وات عند 2.0 جيجاهرتز. يحتوي كل نواة على 1 ميجابايت من ذاكرة التخزين المؤقت L2 ، وهو ضعف ذاكرة 970FX. مثل 970FX، تم إنتاج هذه الشريحة باستخدام عملية 90 نانومتر. عندما يكون أحد النوى خاملاً، فإنه يدخل في حالة "نوم" ويغلق. ^[7] يتضمن 970MP أيضًا ميزات التقسيم والافتراضية. ^{[8] [9]}

حلت معالجات PowerPC 970MP محل معالج PowerPC 970FX في أجهزة كمبيوتر Power Mac G5 المتطورة من Apple ، بينما استمرت أجهزة iMac G5 و PCI-X Power Mac G5 القديمة في استخدام معالج PowerPC 970FX. يتم استخدام معالج PowerPC 970MP في وحدات الشفرات JS21 من IBM ومحطة العمل IBM Intellistation POWER 185 وYDL PowerStation من Fixstars Solutions (Yellow Dog Linux (YDL)).

بسبب متطلبات الطاقة العالية، أوقفت شركة IBM إنتاج الوحدات التي تزيد عن 2.0 جيجاهرتز.

قامت شركة IBM بتصنيع جسرين شماليين مخصصين لأجهزة الكمبيوتر المستندة إلى PowerPC 970:

• CPC925 – صممته شركة Apple ^[10] وأطلق عليه اسم U3 أو U3H (الذي يدعم ذاكرة ECC ). وهو قادر على دعم ما يصل إلى بطاقتي PowerPC 970 أو PowerPC 970FX وله ناقلان للمعالج أحادي الاتجاه بسرعة 550 ميجاهرتز ووحدة تحكم في ذاكرة DDR بسرعة 400 ميجاهرتز وx8 AGP ونفق HyperTransport بسرعة 400 ميجاهرتز 16 بت . وقد تم تصنيعه على عملية 130 نانومتر. بالإضافة إلى ذلك، كان هناك جسر شمالي U3Lite غير مُصدر قيد التطوير لجهاز PowerBook G5، والذي لم يصل إلى السوق مطلقًا.
• CPC945 – صممته شركة IBM وأطلقت عليه شركة Apple اسم U4 ، وهو قادر على دعم معالجين PowerPC 970MP ويحتوي على ناقلين للمعالج أحادي الاتجاه بسرعة 625 ميجاهرتز ووحدتي تحكم في الذاكرة تدعمان ما يصل إلى 64 جيجابايت من ذاكرة DDR2 SDRAM بسرعة 533 ميجاهرتز مع إمكانية ECC ويحتوي على مسار PCIe x16 ونفق HyperTransport بسرعة 800 ميجاهرتز 16 بت. وهو مصنوع على عملية 90 نانومتر.

تم إلغاء الجسر الشمالي CPC965. كان من المقرر إطلاقه في عام 2007، وكان من المقرر أن يكون جسرًا شماليًا أحادي المعالج فقط. كانت ميزاته عبارة عن وحدة تحكم DDR2 بسرعة 533 ميجاهرتز تدعم ذاكرة ECC تصل إلى 8 جيجابايت، وناقل PCIe 8x، و Gigabit Ethernet مدمج بأربعة منافذ مع تفريغ IPv4 TCP / UDP ، ومنافذ USB 2.0، وواجهة Flash . يحتوي الجسر الشمالي على نواة PowerPC 405 مدمجة لتوفير إمكانيات إدارة النظام والتكوين. ^[11]

تستخدم IBM ناقل Elastic Interface (EI) الخاص بها في الوحدات النمطية.

• أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي تستخدم PowerPC 970:
  • نظام اكس
  • استخدمت بعض النماذج السابقة من أجهزة الكمبيوتر العملاقة في شبكة الحوسبة العملاقة الإسبانية معالجات PowerPC، مثل Magerit الإصدار 1 و MareNostrum الإصدار 2.
• قائمة موديلات Macintosh مجمعة حسب نوع وحدة المعالجة المركزية

• "جهاز PPC970 من IBM يصبح جهاز G5 من Apple". (7 يوليو 2003). تقرير المعالج الدقيق .
• "IBM تتولى زمام المبادرة". (9 فبراير 2004). تقرير المعالجات الدقيقة .
• "IBM تتفوق على PowerPC مرتين". (7 نوفمبر 2005). تقرير المعالج الدقيق .

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