PowerPC G4: differenze tra le versioni

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{{F|microprocessori|agosto 2012}}

The '''PowerPC G4''' is a [[RISC]]-based [[microprocessor]] belonging to the [[PowerPC]] family of processors. It is used in [[Apple Macintosh]] computers such as the [[PowerBook G4]], the 2002 2nd generation "Sunflower" [[iMac]], the [[eMac]], the 3rd generation [[iBook]], and the desktop [[Power Macintosh G4]].

[[File:PowerPC G4e.png|thumb|upright=1.6|Schema del processore PowerPC G4e]]

Il '''PowerPC G4''' è un [[microprocessore]] [[Reduced instruction set computer|RISC]] a [[32 bit]] appartenente alla famiglia dei processori [[PowerPC]]. È utilizzato nei computer [[Apple Macintosh]]. In particolare nei [[PowerBook G4]], nella seconda generazione "Sunflower" degli [[Famiglia iMac G4|iMac]], negli [[Famiglia eMac|eMac]], nella terza generazione degli [[Famiglia iBook G4|iBook]], e nei computer desktop [[Power Macintosh G4]] di Apple, [[AmigaONE]] di [[Eyetech]] e [[Pegasos]] di [[Genesi]].

La maggior parte della progettazione del G4 è stata svolta dalla [[Motorola]] in stretta collaborazione con Apple. Il nome si riferisce alla quarta generazione di processori PowerPC sviluppati da Motorola. [[IBM]], il terzo partner del progetto PowerPC decise di non partecipare alla progettazione del G4 per divergenze sulla progettazione dell'unità di calcolo vettoriale integrata nella CPU. Questa unità di calcolo è chiamata [[AltiVec]]. È un'unità di calcolo a 128 bit dedicata al calcolo vettoriale, nella documentazione tecnica di Apple viene chiamata "Velocity Engine".

Most of the G4 design was done by Motorola in close cooperation with Apple. The name refers to the design being the "fourth generation" of PowerPC's from Motorola. [[International Business Machines|IBM]], the third member of the [[AIM alliance]], chose not to participate in the design of the G4 in part owing to microprocessor design disagreements concerning a Vector Processing Unit on the chip. Ultimately, the G4 architecture design contained a 128-bit vector processing unit called [[AltiVec]] (also known as "Velocity Engine" in Apple's marketing literature).

==DescriptionDescrizione==

Grazie all'unità AltiVec il G4 è in grado di eseguire quattro operazioni in virgola mobile a singola precisione o un'operazione a 16 bit di precisione per ciclo di clock. L'unità è [[superscalare]], infatti è in grado di eseguire fino a due operazioni contemporaneamente per ciclo di clock. Questo fa capire che questa unità forniva un notevole vantaggio prestazionale al G4 rispetto ai processori [[Architettura X86|x86]] prodotti da [[Intel]] o [[Advanced Micro Devices|AMD]]. Il principale difetto di questa tecnologia era che le applicazioni andavano ricompilate per la tecnologia AltiVec e quindi le applicazioni vecchie non erano in grado di avvantaggiarsene.

Motorola introdusse un supporto migliore della tecnologia [[Multiprocessore simmetrico|SMP]] dei processori G4. Sebbene già i processori [[PowerPC G3]] erano predisposti per il SMP l'implementazione di G3 sacrificava le prestazioni e era complessa da utilizzare su una scheda madre. La realizzazione del SMP su G4 era decisamente più snella ed efficace e introduceva una modalità di trasferimento dati tra CPU molto efficiente.

With the AltiVec unit, the G4 microprocessor can do four-way single precision floating point math, or 16-way byte math in a single cycle. Furthermore, the vector processing unit on the G4 is [[superscalar]], and can do two vector operations at the same time. Compared to [[Intel]]'s [[x86]] microprocessors at the time, this feature offered a substantial performance boost -- if the application was coded to take advantage of the AltiVec unit.

Un ulteriore incremento delle prestazioni è derivato dalla nuova unita ALU a 64 bit derivata dal processore 604. I processori G3 hanno un ALU a 32 bit quindi le operazioni in virgola mobile vengono eseguite in due cicli di clock, cosa non più necessaria sui processori G4.

Additionally, Motorola designed the G4 with enhanced support for [[symmetric multiprocessing]] (SMP). The [[PowerPC G3|G3]] microprocessor line had some support for SMP, but computers using G3s in the SMP role took performance hits. By contrast, the G4 supports not only multi-processing, but also allows G4s used in SMP computers to pass data chip-to-chip in an extremely efficient manner.

==Produzione==

Another big performance boost in the G4 microprocessor came from a 64-bit [[Arithmetic and logical unit|ALU]], derived in part from the 604 series ALU. The 603 and G3 series had 32-bit ALUs, which took two [[clock cycle]]s to accomplish 64-bit [[floating point]] arithmetic.

[[File:Motorola XPC7400RX400TK top.jpg|thumb|upright=0.7|PowerPC G4 prodotto da Motorola]]

Il primo processore della serie G4 è stato il MPC 7400. È stato presentato nel gennaio del [[1999]] e aveva frequenze di funzionamento comprese tra 350 e 500 MHz. Il chip contiene 10.5 milioni di transistor ed è stato prodotto da Motorola utilizzando una tecnologia a 0.20 µm. Il chip di silicio occupa un'area di 83 mm² e utilizza delle interconnessioni al rame.

Nel 1999 Motorola annunciò di non poter rispettare le specifiche dichiarate. I chip che riusciva a produrre non erano in grado di funzionare alle frequenze dichiarate. Apple fu costretta a ridurre la frequenza dei [[Power Mac G4]] portandoli dai 400, 450 e 500 MHz annunciati a 350, 400 e 450 MHz. Questa perdita di prestazioni dei processori irritò Apple e questa decise di rivolgersi a IBM per ottenere dei processori a frequenza elevata.

==Production==

In un’epoca avveniristica come il 1999 però, i computer Apple ebbero difficoltà a competere sul piano delle prestazioni coi computer IBM-compatibili, dato che questi funzionavano a frequenze sensibilmente più elevate dei Power Mac G4. Ciò spinse Apple a migliorare i Power Mac rilasciandone versioni biprocessore che sfruttando il SMP potevano rivaleggiare con i computer WinTel corrispondenti. Fu in quel periodo infatti che Apple lanciò la campagna pubblicitaria "Two brains are better than one" (due cervelli sono meglio di uno) volta a convincere gli utenti che i suoi computer biprocessore potevano tranquillamente competere con i computer basati su [[Architettura X86|Intel 80x86]] a frequenze superiori.

The first version of the G4 microprocessor line was called the MPC 7400. It debuted in late summer of 1999 at speeds ranging from 350 to 500 MHz. The chip contained 10.5 million transistors and was manufactured using Motorola's 0.20 μm HiPerMOS6 process. The [[Integrated circuit|chip die]] measured [[1 E-5 m²|83 mm²]] and featured copper interconnects.

==Varianti del G4==

Motorola's inability in 1999 to obtain yields of the G4 line at Apple's desired clock speed caused Apple to do an abrupt about-face on sales of its Power Macintosh G4 tower series of computers. The PowerMac series was downgraded abruptly from 400, 450, and 500 MHz processor speeds, to 350, 400, and 450 MHz. The incident caused a rift in the Apple-Motorola relationship, and reportedly caused Apple to ask IBM for assistance to get the production yields up on the Motorola G4 line.

A partire dal 2004, il più veloce processore G4 utilizzato da Apple è il MPC 7447A, funzionante a 1.5 GHz e 1.67 GHz, impiegato negli ultimi Macintosh portatili dotati di CPU PowerPC.

Nel frattempo Apple aveva già abbandonato il G4 in favore dei [[PowerPC G5]] prodotti da IBM per i propri computer desktop ([[iMac]] e [[Famiglia Power Macintosh]]).

The 1999 problems foreshadowed difficulities Motorola and Apple faced in competing with Wintel-x86 system clock speed increases, and the "Megahertz myth." It also perhaps ultimately caused Apple to release SMP versions of the Power Mac G4 series (with the ad campaign "Two brains are better than one") to make up for a perceived gap in performance between the Power Mac line, and competing x86-based systems running at higher microprocessor clock speeds.

A partire dal 2006, Apple ha infine abbandonato i processori G4 in favore dei processori [[Architettura X86|Intel 80x86]]. Prima dell'annuncio ufficiale di Apple, le voci di corridoio pronosticavano l'utilizzo di processori prodotti da IBM, evoluzione del [[PowerPC G5]] o eventualmente dei processori derivati dai PowerPC prodotti da Freescale. I processori Freescale derivano dal G4 ma, oltre a integrare molta componentistica nella CPU e quindi a rendere più economica la progettazione di schede madri, risolvono il problema principale del G4: la frequenza del bus di sistema. I G4 hanno un bus 167 MHz che tende a rallentare il processore. Sebbene molti affermino che un bus così lento mortifica le prestazioni dell'unità AltiVec, Motorola ha dimostrato che nelle situazioni reali questo non accade, essendo la larghezza di banda sufficiente.

==G4 variants==

Un metodo per risolvere i problemi dei bus del G4 è quello di dotarlo di una linea di comunicazione con la memoria di tipo veloce e utilizzando un gestore della memoria integrato della scheda madre.

As of late 2004, the fastest clocked G4 processor shipping in Apple's G4 lineup is the MPC 7447A, running at 1.5 GHz. It's thought that Apple is planning on phasing out the G4 in favor of either the IBM-produced [[PowerPC 970]] or the planned Freescale-produced [[system-on-a-chip]] PowerPC variant. SMP and Altivec, however, did correct for the deficiency in the G4's platform bandwidth. While only a 166MHz [[Front side bus|FSB]], the width of the bus was such that the vector units (which processed Altivec) were never starved for data as some have erroneously claimed. Furthermore, this issue could only have happened in a situation where one was running a pure altivec code mix, so, even if the bus had not provided sufficient bandwidth, the top end would never have been reached in a real world situation.

Dopo che Apple ha abbandonato l'architettura PPC, e dopo l'interruzione della produzione degli AmigaONE di prima generazione a causa della carenza dei chip Northbridge [[Articia]] di MAI Technologies (e recente passaggio di questi ultimi alla CPU [[PWRficient]] di PASemi), nonché l'interruzione della produzione di schede madri Pegasos II, non vi sono al momento in produzione [[motherboard]] di tipo desktop facenti uso di questa CPU.

The shortcomings of the original G4 design in terms of bandwidth is belived to be fixed with the line of ''SoC'' chips, sporting an option for a faster RapidIO bus, and an onboard memory controller.

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