パワーPC G4

PowerPC G4 は、 Appleが以前32 ビットPowerPCマイクロプロセッサの第 4 世代を表すために使用していた名称です。Apple は、以前はMotorolaの一部門であったFreescaleのさまざまな (ただし密接に関連した) プロセッサ モデルにこの名称を適用しました。Motorola と Freescale によるこのプロセッサ ファミリの社内名はPowerPC 74xxです。

PowerBook G4やiBook G4ラップトップ、Power Mac G4やPower Mac G4 CubeデスクトップなどのMacintoshコンピュータはすべて、このプロセッサにちなんで名付けられました。PowerPC G4 マイクロプロセッサは、PowerPC 970が導入される前のeMac、第 1 世代Xserve、第 1 世代Mac Mini、iMac G4でも使用されていました。

Apple は、PowerPC G5 シリーズのベースとして IBM 製の 64 ビット PowerPC 970 プロセッサを選択した後、デスクトップ モデル用の G4 シリーズを完全に段階的に廃止しました。G4 を使用した最後のデスクトップ モデルは Mac Mini でした。G4 を使用した最後のポータブル モデルは iBook G4でしたが、これは Intel ベースのMacBookに置き換えられました。PowerBook G4 は Intel ベースのMacBook Proに置き換えられました。

PowerPC G4 マイクロプロセッサは、AmigaOneシリーズのコンピュータやGenesiのPegasosなど、他のコンピュータ システムでも人気がありました。デスクトップ コンピュータ以外にも、PowerPC G4 は、ルーター、通信スイッチ、画像処理、メディア処理、航空電子工学、軍事アプリケーションなどの組み込み環境で人気があり、 AltiVecテクノロジとそのSMP機能を最大限に活用できます。

PowerPC 7400 (コード名「Max」) は 1999 年 8 月にデビューし、「G4」という名前を冠した最初のプロセッサでした。このチップは 350 ～ 500 MHzの速度で動作し、モトローラの 0.20 μm HiPerMOS6 プロセスを使用して製造された 1,050 万個のトランジスタを搭載しています。ダイのサイズは 83 mm ^{2 で}、銅の相互接続が特徴です。

モトローラはアップルに最高500MHzの速度の部品を供給すると約束していたが、当初は歩留まりが低すぎた。このためアップルは宣伝していたPower Mac G4の500MHzモデルの出荷を取り消さざるを得なくなった。Power Macシリーズのプロセッサ速度は、チップの問題が解決するまで400、450、500MHzから350、400、450MHzに突然ダウングレードされた。この事件によりアップルとモトローラの関係に亀裂が生じ、伝えられるところによるとアップルはモトローラ7400シリーズの生産歩留まりを上げるためにIBMに支援を求めたという。^[1] 500MHzモデルは2000年2月16日に再導入された。

7400 の設計の大部分は、 AppleおよびIBMとの緊密な協力のもと、Motorola によって行われました。AIM アライアンスの 3 番目のメンバーである IBM は、サマセット設計センターで Motorola と共同でチップを設計しましたが、当時はベクトル処理装置の必要性を感じなかったため、製造は行いませんでした。最終的に、G4 アーキテクチャ設計には、 Motorola によってAltiVecと名付けられた 128 ビットのベクトル処理装置が組み込まれましたが、Apple のマーケティングではこれを「Velocity Engine」と呼んでいました。

PowerPC 970 (G5) は、 VMX/AltiVec を実装した最初の IBM 製 CPU であり、IBM はサマセットの Motorola と共同で設計した古い 7400 設計を再利用しました。Xbox 360のXenon CPUも VMX を搭載しており、Microsoft 専用の独自の拡張機能が追加されています。2007年に導入されたPOWER6は、VMX を実装した IBM 初の「ビッグ アイアン」CPU です。

AltiVec ユニットにより、7400 マイクロプロセッサは、4 方向の単精度 (32 ビット) 浮動小数点演算、または 16 方向の 8 ビット、8 方向の 16 ビット、または 4 方向の 32 ビット整数演算を 1 サイクルで実行できます。さらに、ベクトル処理ユニットはスーパースカラーであり、2 つのベクトル演算を同時に実行できます。当時のIntelのx86マイクロプロセッサと比較して、この機能により、AltiVec ユニットを活用するように設計されたアプリケーションのパフォーマンスが大幅に向上しました。例としては、Adobe Photoshop が AltiVec ユニットを使用してエフェクトやトランジションのレンダリングを高速化したり、Apple のiLifeスイートがユニットを使用してファイルを即座にインポートおよび変換したりすることが挙げられます。

さらに、7400 では、改良されたキャッシュ コヒーレンシ プロトコル ( MERSI ) と、 604 シリーズから一部派生した64 ビット浮動小数点ユニット(FPU) により、対称型マルチプロセッシング(SMP) のサポートが強化されています。603シリーズには32 ビット FPU があり、64 ビット浮動小数点演算を実行するのに 2クロック サイクルかかりました。

PowerPC G4 ファミリーは、PowerPC 600およびPowerPC 7xxファミリーと共有する古い60x バスと、はるかに高度な MPX バスの 2 つのバス テクノロジをサポートしています。60x バスを使用するデバイスは、6xx または 7xx プロセッサと互換性を持たせることができるため、互換性の問題を最小限に抑えながら、幅広い製品と明確で安価なアップグレード パスを実現できます。7xx および 7xxx コンピュータ用のシステム コントローラを製造している主な企業は、Tundraの Tsi1xx コントローラとMarvellの Discovery コントローラの 2 社です。

PowerPC 7410 "Nitro" は 7400 の低電力バージョンですが、200 nm ではなく 180 nm で製造されました。7400 と同様に、1,050 万個のトランジスタを備えています。2001年 1 月 9 日にPowerBook G4でデビューしました。

このチップには、必要に応じてプロセッサの物理アドレス空間にマップされた高速の非キャッシュ メモリとして、キャッシュのすべてまたは半分を使用する機能が追加されました。この機能は、Mercury Computer Systemsなどの組み込みシステムベンダーによって使用されました。

PowerPC 7450 "Voyager"/"V'ger" は、G4 プロセッサの唯一の主要な再設計でした。3,300 万個のトランジスタ チップは、7400 の実行パイプラインを大幅に拡張して (最小 4 ステージに対して 7 ステージ)、より高いクロック速度を実現し、命令スループット (サイクルあたり 3 + 分岐に対して 2 + 分岐) を改善して命令レイテンシの増加を補い、外部 L2 キャッシュ (最大 2 MB 2 ウェイ セット アソシエティブ、64 ビット データ パス) を統合キャッシュ (256 KB 8 ウェイ セット アソシエティブ、256 ビット データ パス) に置き換え、外部 L3 キャッシュ (最大 2 MB 8 ウェイ セット アソシエティブ、64 ビット データ パス) をサポートし、その他多くのアーキテクチャ上の進歩を特徴としていました。AltiVec ユニットは 7450 で改良されました。7400/7410 のように 1 サイクルごとに 1つのベクトル置換命令と 1 つのベクトル ALU (単純整数、複素整数、浮動小数点) 命令を実行する代わりに、7450 とその後継の Motorola/Freescale は、任意のベクトル命令を 2 つ同時に実行できます (置換、単純整数、複素整数、浮動小数点)。これは、2001 年 1 月 9 日に 733 MHz Power Mac G4とともに導入されました。Motorola は、7455 と同様に、暫定リリースとして「Apollo 6」というコード名が付けられた 7451 をリリースしました。初期のAmigaOne XE コンピュータは、7451 プロセッサを搭載して出荷されました。

745x 設計の強化により、 G4eまたはG4+というニックネームが付けられましたが、これらは正式な名称ではありませんでした。

PowerPC 7455「Apollo 6」は、2002 年 1 月に発表されました。より広い 256 ビットのオンチップ キャッシュ パスを備え、銅配線とSOIを使用した Motorola の 0.18 μm (180 nm) HiPerMOS プロセスで製造されました。これは、Apple コンピュータで 1 GHz を超えた最初のプロセッサでした。7445 は、L3 キャッシュ インターフェイスのない同じチップです。7455 は、 AmigaOne XE G4 とデュアル 1 GHz Power Mac G4 (Quicksilver 2002)で使用されています。

PowerPC 7447「Apollo 7」は、7450/55 から若干改良され、512 KB のオンチップ L2 キャッシュを備え、 SOI を使用した130 nmプロセスで製造されたため、消費電力が少なくなっています。トランジスタ数は 5,800 万個です。7447A では、統合サーマル ダイオードと DFS (動的周波数スケーリング) が導入され、Freescale はわずかに高いクロックを実現できました。^{[説明が必要] 7447B は、実質的に 7447A のさらに高い周波数スケーリングで、クロック レートは公式には最大 1.7 GHz、}オーバークロックによって簡単に最大 2.4 GHz まで上げることができます。^{[2] [3]} 7457と7457Aには追加のL3キャッシュインターフェイスがあり、7455と7450でサポートされていた2MBから最大4MBのL3キャッシュをサポートしています。しかし、7457はAppleが以前使用していたL3キャッシュ対応の7455のL3キャッシュ対応の後継機であったにもかかわらず、Appleが7457の代わりに7447を使用することを選択したため、周波数のスケーリングは停滞しました。

Power Mac G4、iMac G4、およびPower Mac G4 Cubeのアップグレードとして 7457 を提供している企業は、Giga Designs、Sonnet Technology、Daystar Technology (iMac G4 のアップグレードにのみ 7457 を使用)、および PowerLogix のみです。GenesiのPegasosコンピュータ プラットフォームも、 Pegasos-II/G4 で 7447 を使用しています。

7457はAmigaOne XE CPUモジュールの修理によく使用されます。^{[4] [5] [6] [7] 7457がインストールされた}AmigaOSソフトウェアの中には、 Eyetechから公式の7457ボードがリリースされたことがないため、AmigaOneをPegasos IIコンピュータと誤認するものもあります。

PowerPC 7448「Apollo 8」は、2005 年 6 月の第 1 回 Freescale Technology Forum で発表された PowerPC 7447B の進化版です。改良点は、1 MB の L2 キャッシュの拡大、200 MHz のフロント サイド バスの高速化、および消費電力の低減 (1.7 GHz で 18 W) です。銅配線と SOI を使用した 90 nm プロセスで製造されました。

PowerPC 7448 ユーザーは次のとおりです。

• Daystar の高解像度アルミニウム PowerBook G4 アップグレード (Daystar の低解像度アルミニウム PowerBook G4 アップグレードでは 7448 ではなく 7447A が使用されました)
• Power Mac G4 アップグレードの NewerTech
• PowerLogix の Power Mac G4 Cube アップグレード
• Ciscoの7200VXRルータ用NPE-G2ネットワークプロセッサモジュール^[8]
• Cisco 7201ルータ^[9]
• Extreme Engineering SolutionsのXPedite6244シングルボードコンピュータ^[10]
• AitechのC104 CompactPCIシングルボードコンピュータ^[11]
• エマソンネットワークパワーのPmPPC7448 PMCモジュール^[12]

2004 年、フリースケールは G4 コアの名前をe600に変更し、汎用 CPU からハイエンドの組み込みSoCデバイスに焦点を移し、新しい命名スキーム MPC86xx を導入しました。7448 は最後の純粋な G4 となり、7 ステージ、3 発行パイプライン、および最大 16 命令をアウトオブオーダーで処理する強力な分岐予測ユニットを備えた新しい e600 コアのベースを形成しました。このコアには、制限されたアウトオブオーダー実行が可能な拡張 AltiVec ユニットと 1 MB の L2 キャッシュがあります。

このリストは、既知の G4 ベースの設計の完全なリストです (新しいコア e600 設計は除く)。画像はイラストであり、実際の縮尺ではありません。

• CPU タイプ別にグループ化された Macintosh モデルのリスト

• Diefendorff, Keith (1999 年 10 月 25 日)。「PowerPC G4 の速度向上」。マイクロプロセッサ レポート。pp. 10 ～ 15。
• Gwennap, Linley (1998 年 11 月 16 日)。「G4 は AltiVec を搭載した最初の PowerPC」。マイクロプロセッサ レポート。
• Halfhill, Tom R. (2005 年 7 月 5 日)。「PowerPC はまだ死んでいない」。マイクロプロセッサ レポート。pp. 13 ～ 15。