G5 (Prozessor)

Ein PowerPC-970FX-Prozessor

Innenraum eines Rev. A G5 iMac, mit 970FX Prozessor "G5"

G5 ist die Bezeichnung für die Generation 5 der PowerPC-CPUs von IBM. Es handelt sich dabei um die erste Generation der PowerPCs mit 64 Bit Wortbreite. Vorgänger waren nicht die G4-Prozessoren, wie der Name vermuten lässt, sondern der Mehr-Chip-Mikroprozessor Power4+ aus dem Hochgeschwindigkeitsrechner-Bereich.

Um die Geräuschentwicklung des Power Mac G5 auf dem bei Apple üblichem niedrigen Niveau zu halten, hat Apple bei dem damaligen 2,5GHz-Topmodell (sowie bei den beiden nachfolgenden Revisionen des Topmodells mit 2×2,7 GHz bzw. 2×2,5 GHz DualCore) eine Flüssigkeitskühlung eingesetzt; mit insgesamt neun individuell gesteuerten Lüftern ist das Gerät angenehm leise. Ein Power Mac mit einem 3 GHz-G5-Prozessor sollte laut Steve Jobs im Jahr 2004 erscheinen, ob dieses nie eingehaltene Versprechen jedoch in Rücksprache mit IBM stattfand, ist unklar.

G5 ist ebenfalls der umgangssprachliche Name für den Rechner Power Mac G5 von Apple. IBM setzt den G5 selbst in ihren eigenen JS20- (970FX) und JS21 (970MP/FX)-Blades ein, einige TOP500-Cluster wie der MareNostrum in Spanien nutzen IBM-Blades. Andere Hersteller bieten ebenfalls G5-Blades an, auch der PPC-Hersteller Genesi will eine Open Server Workstation auf Basis des Dualcore-G5 veröffentlichen.

Der G5-Prozessor ist multiprozessorfähig und verfügt über zwei Gleitkommaeinheiten mit doppelter Genauigkeit, die die besonders für Number-Crunching (Hochleistungsrechnen mit vielen gleichartigen Zahlen und Rechenoperationen) wichtigen FMAC-Instruktionen (Fused Multiply Add) beherrschen, bei welchen der Prozessor mit nur einem Befehl eine Multiplikation und Addition durchführt. Seine AltiVec-Implementierung entspricht der der ersten G4, während G4-Versionen ab der 745x-Generation über eine verbesserte AltiVec-Implementierung verfügen.

Im Gegensatz zum von IBM und Motorola 1999 entworfenen G4 hat der G5 einen wesentlich größeren Lookahead-Puffer, mit dem er eintreffende Instruktionen antizipieren und entsprechend reagieren kann (beispielsweise um schon vorab später benötigte Daten aus dem Speicher anzufordern). Dies bedeutet allerdings auch, dass zusammen mit seinem höheren Takt die Pipeline (die Anzahl der Stationen, die ein Befehl im Prozessor durchläuft) deutlich länger ist als die des G4. Der G5 arbeitet Befehle in Fünfergruppen ab, die gemeinsam durch den Chip geschleust werden, da sonst der Verwaltungsaufwand bei insgesamt maximal 215 gleichzeitig in der Verarbeitung befindlichen Instruktionen zu groß wäre. Diese Fünfergruppen, die immer aus vier Rechenbefehlen und einem Sprungbefehl bestehen, versucht der G5 am Anfang der Verarbeitung möglichst optimal zu füllen, ungenutzte Slots bleiben frei. Angepasste Compiler können durch entsprechende Codegenerierung helfen, die Fünfergruppen besser zu füllen.

In Apples G5-Modellen ist der G5 über den Elastic Bus genannten, bidirektionalen, in jede Richtung 32 Bit breiten Front Side Bus mit dem System Controller verbunden. Der Elastic Bus läuft in den Power Macs und Xserve G5 normalerweise mit der Hälfte des jeweiligen Prozessortaktes. Nur beim iMac G5 und dem danach veröffentlichten Single-1,8 GHz Power Mac G5 late 2004 (welcher intern weitgehend dem iMac G5 Rev. A und nicht den anderen Power Macs G5 entspricht) taktet der EB mit einem Drittel der CPU-Geschwindigkeit, aber auch andere Multiplikatoren sind laut IBM möglich.

Mit dem neuen Chipsatz der Dualcore-G5 und der letzten iMac G5 hat Apple nicht nur PCI-Express in Macs eingeführt, sondern auch den verwendeten Speicher von DDR400 auf DDR2 533 beschleunigt. Außerdem wurde die Speicherlatenz verbessert, was neben der Integerleistung der Hauptkritikpunkt der ersten G5-Generation war.

Eckdaten der letzten von Apple eingesetzten G5-Prozessorgeneration:

• 90 Nanometer Strukturgröße
• 64 bit
• VMX (IBM-Äquivalent zu AltiVec)
• 1,9 GHz bis 2,5 GHz (970FX bis 2,7 GHz)
• 633 MHz bis 1,25 GHz Front Side Bus (Elastic Bus) (970FX bis 1,35 GHz)
• 512 KByte (970FX) / 1 MByte (970MP) L2-Cache

Prozessoren der Reihe

• IBM PowerPC 970 - Grundmodell (130 nm)
• IBM PowerPC 970FX - erhöhte Geschwindigkeit (90 nm)
• IBM PowerPC 970MP - zwei Prozessorkerne, auf 1 MB verdoppelter Cache, neue Energiesparfunktionen