Procesor Apple G4 – superpočítač na vašem stole?
1.10.1999, Jindřich Šaršon, zpráva
Poslední z řady PowerPC má 3-4x větší výkon než srovnatelné Pentium III.
Poslední z řady PowerPC vyvíjený společně firmami Apple, Motorola a IBM má podle oficiálních informací 3-4x větší výkon než srovnatelné Pentium III. Co je na tomto novém procesoru tak převratného?
V současné době se neustále mluví o nástupci Pentia III – Mercedu či o novém procesoru K7 – Althonu. Ovšem pokud se neomezíme na platformu x86, zjistíme, že výkon konkurence může být několikrát větší než u vlajkových lodí těchto výrobců.
Nejnovější PowerPC 7400, známý pod kódovým označením G4 se chlubí přívlastkem “Superpočítač v jednom čipu”. Jeho rychlost v plovoucí řadové čárce dosahuje až miliardu operací za sekundu, což je dle Amerického úřadu pro export opravdu parametr pro superpočítače a tak pro něj platí přísná pravidla pro vývoz.
G4 v sobě obsahuje všechny základní moderní prvky, tak jak je u dnešních procesorů zvykem. Samozřejmostí je zpracování několika instrukcí najednou (pipelining). Základní čtyři fáze zpracování instrukce jsou naimplementovány poměrně pokročile:
S pipeliningem souvisí také předpovídání běhu programu v místech větvení. Pokud procesor narazí na instrukci, ve které má dojít k rozvětvení programu a pokud nemá implementovanou tuto vlastnost, celý proces pipeliningu se musí zastavit a počkat, až se instrukce zpracuje a je jasné, kterou částí bude program pokračovat. Větvení v programech je poměrně časté, proto většina moderních procesorů zvládá výsledek předpovídat. Dělá to pomocí tabulky, ve které je uloženo, kolikrát se program vydal každou větví programu. Procesor proto začne předběžně zpracovávat tu větev, která se volala častěji (samozřejmě bez toho, aby měnil registry nebo data v paměti) a pokud se po vyhodnocení podmínky ukáže, že byla zvolena správně, pokračuje se v běhu. Pokud ne, procesor ukončí zpracovávání špatně zvolené větve a pokračuje tou správnou (v tomto případě tedy k žádnému urychlení nedojde).
Pipelining i předpovídání instrukcí jsou v různé míře implementovány ve většině moderních procesorů. Čím je ale G4 ojedinělá, je zpracování čísel v plovoucí řádové čárce. Na rozdíl od podobných technologií od Intelu (MMX) nebo AMD (3Dnow!) ovšem umožňuje pracovat s celými vektory a to ve třech formátech – 16-ti 8-bitových, osmi 16-bitových nebo čtyřmi 32-bitovými čísly. K disposici je 162 AltiVec instrukcí, které zvládají sčítáním/odčítáním, skalární a vektorové násobení, ale i komplexnější funkce lineární algebry. Možná vám není jasné, proč takový povyk kvůli několika instrukcím pro práci s vektory. Ovšem stačí si uvědomit, že např. veškeré operace s 3D scénami (otočení, transformace, řešení viditelnosti) jsou počítány pomocí matic, čili ve svém důsledku pomocí vektorů.
Aplikací, které to využijí je spousta, ať už se jedná o zábavu – 3D hry, nebo o vážnou práci s programy na zpracování videa a obrazu. Apple slibuje, že do měsíce umístí na webu knihovny, které programátorům zajistí snadný přístup k těmto instrukcím, takže úprava stávajících aplikací by neměla trvat dlouho. Zvýšení rychlosti bylo demonstrováno na populárním PhotoShopu, u kterého v porovnání s Pentiem III na 600Mhz byla doba provádění grafických filtrů 2-4 rychlejší.
Jaké jsou šance G4 na úspěch? Procesor má trochu smůlu, že není kompatibilní s x86 a tím pádem na něm nejdou spustit aplikace ze světa Windows. Sestavy poháněné G4 vypadají velmi pěkně, jak už jsme u firmy Apple zvyklí. Jako operační systém si můžete vybrat MacOS 8.0 nebo některým z Unixů (Linux, BSD). G4 najde uplatnění ve grafických pracovištích, ve střižnách videa a všude tam, kde je potřeba dostatečný výkon za rozumnou cenu, do domácností se dostane pouze v případě, že pro něj bude vyvíjeno větší množství software (hry a podobně), ale v tom jsem spíše skeptik. K disposici je 400, 450, a 500 MHz verze. Nejlevnější sestava přijde na $1599.
Zdroj: Firingsquad, Apple
V současné době se neustále mluví o nástupci Pentia III – Mercedu či o novém procesoru K7 – Althonu. Ovšem pokud se neomezíme na platformu x86, zjistíme, že výkon konkurence může být několikrát větší než u vlajkových lodí těchto výrobců.
Nejnovější PowerPC 7400, známý pod kódovým označením G4 se chlubí přívlastkem “Superpočítač v jednom čipu”. Jeho rychlost v plovoucí řadové čárce dosahuje až miliardu operací za sekundu, což je dle Amerického úřadu pro export opravdu parametr pro superpočítače a tak pro něj platí přísná pravidla pro vývoz.
G4 v sobě obsahuje všechny základní moderní prvky, tak jak je u dnešních procesorů zvykem. Samozřejmostí je zpracování několika instrukcí najednou (pipelining). Základní čtyři fáze zpracování instrukce jsou naimplementovány poměrně pokročile:- Načtení instrukce (fetch) – procesor načítá instrukci z paměti či cache. V jednom cyklu mohou být načteny až 4 instrukce
- Dekódování (decode/dispatch) – rozhoduje se, o jaký typ instrukce se jedná. Může jít např. o práci s celými čísly, v plovoucí řádové čárce nebo o přistup do paměti a podobně. Je určeno, která část procesoru ji zpracuje. V jenom cyklu mohou být zpracovávány maximálně tři instrukce.
- Vykonání instrukce (Execute) – jelikož je G4 superskalární procesor, tzn. má 8 nezávislých jednotek, které se starají o určitou podmnožinu operací, může v ideálním případě vykonat až 8 operací najednou.
- Dokončení (completion/write-back) - v poslední fázi dochází k zapsání výsledků operace do registrů a k ošetření konfliktů a výjimek, ke kterým mohlo nastat. Najednou mohou být zpracovávány maximálně dvě instrukce.
S pipeliningem souvisí také předpovídání běhu programu v místech větvení. Pokud procesor narazí na instrukci, ve které má dojít k rozvětvení programu a pokud nemá implementovanou tuto vlastnost, celý proces pipeliningu se musí zastavit a počkat, až se instrukce zpracuje a je jasné, kterou částí bude program pokračovat. Větvení v programech je poměrně časté, proto většina moderních procesorů zvládá výsledek předpovídat. Dělá to pomocí tabulky, ve které je uloženo, kolikrát se program vydal každou větví programu. Procesor proto začne předběžně zpracovávat tu větev, která se volala častěji (samozřejmě bez toho, aby měnil registry nebo data v paměti) a pokud se po vyhodnocení podmínky ukáže, že byla zvolena správně, pokračuje se v běhu. Pokud ne, procesor ukončí zpracovávání špatně zvolené větve a pokračuje tou správnou (v tomto případě tedy k žádnému urychlení nedojde).
Pipelining i předpovídání instrukcí jsou v různé míře implementovány ve většině moderních procesorů. Čím je ale G4 ojedinělá, je zpracování čísel v plovoucí řádové čárce. Na rozdíl od podobných technologií od Intelu (MMX) nebo AMD (3Dnow!) ovšem umožňuje pracovat s celými vektory a to ve třech formátech – 16-ti 8-bitových, osmi 16-bitových nebo čtyřmi 32-bitovými čísly. K disposici je 162 AltiVec instrukcí, které zvládají sčítáním/odčítáním, skalární a vektorové násobení, ale i komplexnější funkce lineární algebry. Možná vám není jasné, proč takový povyk kvůli několika instrukcím pro práci s vektory. Ovšem stačí si uvědomit, že např. veškeré operace s 3D scénami (otočení, transformace, řešení viditelnosti) jsou počítány pomocí matic, čili ve svém důsledku pomocí vektorů.
Aplikací, které to využijí je spousta, ať už se jedná o zábavu – 3D hry, nebo o vážnou práci s programy na zpracování videa a obrazu. Apple slibuje, že do měsíce umístí na webu knihovny, které programátorům zajistí snadný přístup k těmto instrukcím, takže úprava stávajících aplikací by neměla trvat dlouho. Zvýšení rychlosti bylo demonstrováno na populárním PhotoShopu, u kterého v porovnání s Pentiem III na 600Mhz byla doba provádění grafických filtrů 2-4 rychlejší.
Jaké jsou šance G4 na úspěch? Procesor má trochu smůlu, že není kompatibilní s x86 a tím pádem na něm nejdou spustit aplikace ze světa Windows. Sestavy poháněné G4 vypadají velmi pěkně, jak už jsme u firmy Apple zvyklí. Jako operační systém si můžete vybrat MacOS 8.0 nebo některým z Unixů (Linux, BSD). G4 najde uplatnění ve grafických pracovištích, ve střižnách videa a všude tam, kde je potřeba dostatečný výkon za rozumnou cenu, do domácností se dostane pouze v případě, že pro něj bude vyvíjeno větší množství software (hry a podobně), ale v tom jsem spíše skeptik. K disposici je 400, 450, a 500 MHz verze. Nejlevnější sestava přijde na $1599.
Zdroj: Firingsquad, Apple
