PowerPC G4

PowerPC G4 es una denominación que Apple utilizaba anteriormente para describir la cuarta generación de microprocesadores PowerPC de 32 bits . Apple ha aplicado este nombre a varios modelos de procesadores (aunque estrechamente relacionados) de Freescale , antigua filial de Motorola . El nombre interno que Motorola y Freescale dan a esta familia de procesadores es PowerPC 74xx .

Los ordenadores Macintosh , como los portátiles PowerBook G4 e iBook G4 y los ordenadores de sobremesa Power Mac G4 y Power Mac G4 Cube, tomaron su nombre del procesador. Los microprocesadores PowerPC G4 también se utilizaron en el eMac , los Xserve de primera generación , los Mac mini de primera generación y el iMac G4 antes de la introducción del PowerPC 970 , denominado G5 por Apple.

Apple eliminó por completo la serie G4 de sus modelos de escritorio tras seleccionar el procesador PowerPC 970 de 64 bits fabricado por IBM como base para su serie PowerPC G5 . El último modelo de escritorio que utilizó el G4 fue el Mac mini. El último portátil en utilizar el G4 fue el iBook G4, que fue reemplazado por el MacBook con procesador Intel . El PowerBook G4 fue reemplazado por el MacBook Pro con procesador Intel .

Los microprocesadores PowerPC G4 también fueron populares en otros sistemas informáticos, como la serie de ordenadores AmigaOne y el Pegasos de Genesi . Además de en ordenadores de sobremesa, el PowerPC G4 fue popular en entornos embebidos, como routers, conmutadores de telecomunicaciones, procesamiento de imágenes y multimedia, aviónica y aplicaciones militares, donde se puede aprovechar al máximo la tecnología AltiVec y sus capacidades de multiprocesamiento simétrico ( SMP ).

El PowerPC 7400 (nombre en clave "Max") debutó en agosto de 1999 y fue el primer procesador en llevar la denominación "G4". El chip funciona a velocidades que van desde 350 a 500 MHz y contiene 10,5 millones de transistores, fabricados con el proceso HiPerMOS6 ^de 0,20 μm de Motorola. El chip mide 83  mm² y cuenta con interconexiones de cobre .

Motorola le había prometido a Apple entregar componentes con una velocidad de hasta 500  MHz, pero los rendimientos resultaron demasiado bajos inicialmente. Esto obligó a Apple a retirar los  modelos Power Mac G4 de 500 MHz anunciados . La serie Power Mac se redujo abruptamente de  velocidades de procesador de 400, 450 y 500 MHz a 350, 400 y 450  MHz mientras se solucionaban los problemas con el chip. El incidente generó una ruptura en la relación Apple-Motorola y, según se informa, provocó que Apple solicitara ayuda a IBM para aumentar los rendimientos de producción en la línea Motorola 7400. ^{[ 1 ]} El  modelo de 500 MHz se reintrodujo el 16 de febrero de 2000.

El PowerPC 7410 "Nitro" es una versión de bajo consumo del 7400, pero se fabricó con una tecnología de 180  nm en lugar de 200  nm. Al igual que el 7400, cuenta con 10,5 millones de transistores. Su debut tuvo lugar en el PowerBook G4 el 9 de enero de 2001.

El chip incorporó la capacidad de usar la totalidad o la mitad de su caché como memoria de alta velocidad sin caché, asignada al espacio de direcciones físicas del procesador según se deseara. Esta característica fue utilizada por proveedores de sistemas embebidos como Mercury Computer Systems.

El PowerPC 7450 "Voyager"/"V'ger" fue el único rediseño importante del procesador G4. El chip de 33 millones de transistores extendió significativamente la tubería de ejecución del 7400 (7 frente a 4 etapas como mínimo) para alcanzar velocidades de reloj más altas, mejoró el rendimiento de instrucciones (3  + bifurcación frente a 2  + bifurcación por ciclo) para compensar la mayor latencia de las instrucciones, reemplazó una caché L2 externa (hasta 2  MB asociativa de 2 vías, ruta de datos de 64 bits) por una integrada (256  KB asociativa de 8 vías, ruta de datos de 256 bits), admitió una caché L3 externa (hasta 2  MB asociativa de 8 vías, ruta de datos de 64 bits) y presentó muchos otros avances arquitectónicos. La unidad AltiVec se mejoró con el 7450; En lugar de ejecutar una instrucción de permutación vectorial y una instrucción ALU vectorial (int simple, int complejo, float) por ciclo como el 7400/7410, el 7450 y sus sucesores Motorola/Freescale pueden ejecutar dos instrucciones vectoriales arbitrarias simultáneamente (permutación, int simple, int complejo, float). Curiosamente, V'ger fue diseñado como un procesador de doble núcleo, pero el segundo núcleo se eliminó justo antes de su fabricación como una decisión estratégica de reducción de costos. Podría haber sido el primer procesador de doble núcleo de la historia, un honor que ahora corresponde al POWER4. El 7450 se presentó con el Power Mac G4  de 733 MHz el 9 de enero de 2001. Motorola le siguió con un lanzamiento intermedio, el 7451, con nombre en clave "Apollo 6", al igual que el 7455. Los primeros ordenadores AmigaOne XE se enviaron con el procesador 7451.

Las mejoras introducidas en el diseño del 745x le valieron los apodos de G4e o G4+ , pero estas nunca fueron designaciones oficiales.

El PowerPC 7455 "Apollo 6" se presentó en enero de 2002. Contaba con una caché integrada de 256 bits y se fabricó con el proceso HiPerMOS de Motorola de 0,18  μm (180  nm), con interconexiones de cobre y silicio sobre aislante (SOI). Fue el primer procesador de Apple en superar la  marca de 1 GHz. El 7445 es el mismo chip, pero sin la interfaz de caché L3. El 7455 se utiliza en el AmigaOne XE G4 y en el Power Mac G4 de doble núcleo a 1  GHz (Quicksilver 2002).

El PowerPC 7447 "Apollo 7" es una versión ligeramente mejorada del 7450/55. Cuenta con una caché L2 integrada de 512 KB y se fabricó mediante un proceso de 130  nm con SOI, lo que reduce su consumo energético. Incorpora 58 millones de transistores. Con el 7447A, que introdujo un diodo térmico integrado y escalado dinámico de frecuencia, Freescale logró alcanzar una frecuencia de reloj ligeramente superior. El 7447B es, en esencia, un 7447A con un escalado de frecuencia aún mayor, alcanzando  oficialmente hasta 1,7 GHz y fácilmente hasta 2,4  GHz mediante overclocking . ^{[ 2 ] [ 3 ]} Los 7457 y 7457A tienen una interfaz de caché L3 adicional, que admite hasta 4 MB de caché L3, en comparación con los 2 MB admitidos por los 7455 y 7450. Sin embargo, su escalado de frecuencia se estancó cuando Apple optó por utilizar los 7447(s) en lugar de los 7457(s), a pesar de que el 7457 es el sucesor habilitado para caché L3 del 7455 habilitado para caché L3 que Apple utilizó anteriormente.

Las únicas empresas que ofrecen el chip 7457 como actualización para los equipos Power Mac G4 , iMac G4 y Power Mac G4 Cube son Giga Designs, Sonnet Technology, Daystar Technology (que utiliza el 7457 únicamente para las actualizaciones del iMac G4) y PowerLogix. La plataforma informática Pegasos de Genesi también utiliza el chip 7447 en su modelo Pegasos-II/G4.

El 7457 se usa a menudo para reparar un módulo de CPU AmigaOne XE; ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} algunos programas de AmigaOS con el 7457 instalado pueden confundir el AmigaOne con un ordenador Pegasos II, ya que Eyetech nunca lanzó placas 7457 oficiales .

El PowerPC 7448 "Apollo 8" es una evolución del PowerPC 7447B, presentado en el primer Freescale Technology Forum en junio de 2005. Las mejoras incluyeron una  caché L2 más grande de 1 MB, un  bus frontal más rápido de 200 MHz y un menor consumo de energía (18  W a 1,7  GHz). Fue fabricado con un  proceso de 90 nm, interconexiones de cobre y encapsulado SOI.

Los usuarios de PowerPC 7448 fueron:

• Daystar para sus actualizaciones de PowerBook G4 de aluminio de alta resolución (las actualizaciones de PowerBook G4 de aluminio de baja resolución de Daystar usaban el 7447A, no el 7448).
• NewerTech para sus actualizaciones de Power Mac G4
• PowerLogix para su actualización del Power Mac G4 Cube
• Cisco en el módulo de procesador de red NPE-G2 para sus enrutadores 7200VXR ^{[ 8 ]}
• Router Cisco 7201 ^{[ 9 ]}
• Extreme Engineering Solutions para su ordenador de placa única XPedite6244 ^{[ 10 ]}
• Aitech para su ordenador de placa única CompactPCI C104 ^{[ 11 ]}
• Emerson Network Power para su módulo PMC PmPPC7448 ^{[ 12 ]}

En 2004, Freescale renombró el núcleo G4 a e600 y cambió su enfoque de las CPU de uso general a los dispositivos SoC integrados de gama alta , introduciendo un nuevo esquema de nomenclatura, MPC86xx. El 7448 iba a ser el último G4 puro y constituyó la base del nuevo núcleo e600 con una arquitectura de segmentación de siete etapas y tres emisiones, y una potente unidad de predicción de bifurcaciones que maneja hasta dieciséis instrucciones fuera de orden. Cuenta con una unidad AltiVec mejorada capaz de ejecutar instrucciones fuera de orden de forma limitada y una  caché L2 de 1 MB.

Esta lista contiene todos los diseños conocidos basados ​​en G4 (excluyendo los diseños más recientes con procesador Core e600). Las imágenes son ilustraciones y no están a escala.

• Lista de modelos Macintosh agrupados por tipo de CPU.

• Diefendorff, Keith ( 25 de octubre de 1999). "PowerPC G4 gana velocidad". Microprocessor Report . págs.  10-15 .
• Gwennap, Linley (16 de noviembre de 1998). "G4 es el primer PowerPC con AltiVec". Microprocessor Report .
• Halfhill, Tom R. (5 de julio de 2005). "PowerPC aún no ha muerto". Microprocessor Report . págs.  13-15 .