Apple - Power Mac G4

Den splinternye Xserve-baserede systemarkitektur får Power Mac G4 til at præstere endnu mere.

De nye Power Mac G4-computere bygger på den velrenommerede Apple Xserve-arkitektur, så de kan levere den ultimative beregningskraft. Da disse nye arbejdsstationer kombinerer en eller to PowerPC G4-processorer, DDR-hovedhukommelse, dedikeret L3-buffer og indbygget I/O og er udviklet med et klart formål for øje - nemlig en drastisk øget kapacitet - er resultatet blevet et overordentligt hurtigt reagerende system.

Supereffektiv PowerPC G4-processor
PowerPC G4-processoren er udviklet til uforlignelig effektivitet og ydeevne. Den kan i samme tidsrum udføre flere opgaver end Pentium-processorer pga. den kortere “pulsåre” samt Velocity Engines vektorberegningskraft.

Kort “datapulsåre”
Alle processorer udfører beregninger i en række trin eller stadier, som man ofte kalder processorens “pulsåre”. Disse trin indebærer overførsel, afkodning og lagring af data samt udførelse af instruktioner. Og det er her, PowerPC G4-processoren demonstrerer sit klare forspring sammenlignet med Pentium 4-systemerne: PowerPC G4 er udviklet med en kort “pulsåre” på 7 trin, mens Pentium 4-processorer har to instruktionscykler og 20 trin. På grund af den kortere “pulsåre” bruger den supereffektive PowerPC G4 13 trin færre end Pentium 4 til udførelse af en opgave.

Propper opløses hurtigt
Desuden gør denne kortere processorpulsåre PowerPC G4 i stand til hurtigt at tilpasse sig ændrede betingelser. For at forbedre ydeevnen prøver alle avancerede processorer at gætte, hvad de skal gøre næste gang. Dette er kendt som spekulativ operation. Selvfølgelig gætter processoren ikke altid rigtigt, og når den gætter forkert, må den ofte rydde sin “pulsåre” og begynde forfra. Dette resulterer i bobler - eller perioder hvor der ikke er nogen data tilgængelig til behandling. Fordi “pulsåren” i PowerPC G4 er så kort - omtrent en trediedel af “pulsårens” længde i en Pentium 4 - restitueres processoren hurtigere fra propperne og genoptager meget hurtigt databehandlingen.

Velocity Engine
PowerPC G4 forbedrer yderligere effektiviteten vha. den 128 bit vektorbehandlingsenhed, der lyder det passende navn Velocity Engine. Velocity Engine benytter sig af SIMD-teknologien, der anvender en enkelt instruktion på flere databidder på samme tid, så databehandlingen foregår hurtigere.

De programmer, der benytter sig af vektorbehandling - og de findes i hundredvis til Mac OS X - omformer typisk store mængder data, mens de redigerer et billede eller gengiver en videoeffekt. Når et Photoshop-filter f.eks. bliver brugt til at føje bevægelse eller sløring til et digitalt billede, skal hvert punkt i billedet ændres i henhold til de samme instruktioner. Dette er en tilbagevendende beregningsopgave. Velocity Engine udfører denne opgave hurtigere ved at ændre billedet i bidder på op til 128 bit ad gangen. Og da den er en separat processorenhed i PowerPC G4, kan Velocity Engine arbejde på en krævende opgave, mens de andre funktionsenheder i processoren er travlt beskæftiget med andre data.

Opråb til verdens tidtagere
Takket være fordelene ved den kortere “pulsåre” og Velocity Engine kan PowerPC G4 konkurrere med en Pentium 4, selv om denne er hurtigere på papiret, og PowerPC'en vil ofte kunne udføre de samme opgaver i samme tidsrum. Faktisk viser PowerPC'en sig af og til at være betragteligt hurtigere, når det drejer sig om opgaver af særlig interesse for professionelle inden for digitale medier.

Avanceret systemdesign med lille forsinkelse
Optimal ydeevne forudsætter effektiv drift på alle områder af systemarkitekturen. Power Mac G4 er udviklet til at reagere hurtigt (med lille forsinkelse) - selv med den mængde systemtrafik, der kræves i forbindelse med komplicerede beregningsopgaver som f.eks. 3D-modellering, redigering af digital video og anvendelse af Photoshop-filtre i billedarkiver. Nøglefunktionerne ved dette design tæller bl.a. en L3-buffer, en hurtig systembus, DDR-hovedhukommelse, to ATA-harddiskstyreenheder, en direkte PCI-bus og lynhurtige indbyggede I/O-styreenheder.

Fordelen ved L3-bufferen
En effektiv processor kan ikke alene garantere resultater med de programmer, du arbejder med til daglig. For at opnå maksimal hastighed skal systemarkitekturen give hurtig adgang til de data og programkoder, som processoren benytter - og det er netop der, hvor Power Mac G4’s enestående bufferarkitektur giver PowerPC G4-processoren et afgørende forspring.

Og det er forresten PC-verdenens bløde punkt: I de grå kabinetter, der indeholder komponenter fra forskellige producenter og har set dagens lys på et samlebånd - her er der ikke plads til de store arkitektoniske nyskabelser - får processoren stadig adgang til data fra harddisken og hovedhukommelsen. Det tager et stykke at hente data fra harddisken, da disse data skal overføres via en fælles - og ofte forstoppet - bus. Det er derimod beviseligt noget hurtigere at få adgang til data via hovedhukommelsen. Det er derfor, de drevne professionelle brugere, der arbejder med store datamængder, foretrækker at installere så meget RAM i deres computere som overhovedet muligt.

Final Cut Pro-graf

Power Mac G4-arkitekturen viderefører dette princip i kraft af sin endnu hurtigere hukommelse - kendt som en L3-buffer. L3-bufferen er standardudstyr på mange af de mest avancerede servere, men den findes sjældent i de mest almindelige stationære PC'er. Den er selvfølgelig en nøgleingrediens ved Power Mac G4’s systemarkitektur.

L3-bufferen forsyner PowerPC G4’erens motor med brændsel
L3-bufferen er lynhurtig DDR-hukommelse (Double Data Rate). Den giver hurtig adgang til data- og programkode via en dedikeret bus til processoren. Denne dedikerede bus giver en overførsel på op til 4 GB pr. sekund (Gbps), og den opererer fuldstændig uafhængigt af andre dataoverførsler. Den høje hastighed skyldes L3-bufferen, der med sin dedikerede bus gør PowerPC G4-processoren i stand til at modtage data mere end fem gange hurtigere, end den kunne fra hovedhukommelsen (hvor en fælles bus sænker farten). På grund af denne lave forsinkelse fodres G4-processoren hele tiden med data. Den venter ikke bare passivt på, at det næste datasæt skal ankomme. Og hvad enten du vælger en ny Power Mac G4 med en enkelt eller to processorer, kan du være sikker på én ting: Hver processor leveres med sin egen dedikerede L3-buffer. I konfigurationen med to processorer medfører det, at begge processorer deler data uden at holde pause for at opdatere hovedhukommelsen. Resultatet? Accelereret databehandling.

Med op til 2 MB dedikeret hukommelse kan L3-bufferen lagre store mængder aktiv programkode og data. Når du afvikler et program, forbliver størstedelen af den aktive programkode og brugerdata i L3-bufferen. På den måde er de vigtigste oplysninger hele tiden tilgængelige for processoren (ligesom når du lagrer websider på harddisken: Når du klikker på knappen Tilbage i webbrowseren, bruger computeren de digitale data, som du lige har hentet, i stedet for at hente de samme data en gang til). Denne procedure adskiller sig markant fra PC-arkitekturen, hvor data overføres fra hovedhukommelsen til processoren gennem systemets styreenhed, idet de møver sig frem gennem datastrømme og instruktioner fra andre undersystemer. Den “forstoppelse”, der følger af sammenblandingen af alle disse datastrømme, resulterer i, at den overordnede overførselshastighed sænkes, hvilket igen medfører, at programmerne afvikles langsommere.

Systemets hurtige styreenhed
Systemets styreenhed, der blev lanceret første gang i Apples anerkendte Xserve-serie, koordinerer og overfører data og instruktioner mellem processoren(-erne), PCI-bussen, hukommelsen, grafik- og I/O-busserne i Power Mac G4. Styreenheden i de nye Power Mac G4-konfigurationer opererer ved helt op til 167 MHz.

RAM

DDR-hoved hukommelse (Double Data Rate)
Power Mac G4-systemerne indeholder DDR SDRAM, der gør det muligt for systemet at læse og skrive data til og fra hukommelsen to gange pr. cyklus. Den leverer en overførselshastighed på 2,7 Gbps mellem hovedhukommelsen og systemets styreenhed. Det er dobbelt så høj overførselshastighed som SDR SDRAM, som kun læser og skriver én gang pr. cyklus. DDR SDRAM øger hukommelsens båndbredde - både til processorerne og til alle systemets øvrige elementer. Den direkte hukommelsesadgang (DMA) gør systemets elementer som f.eks. harddiskens styreenhed og grafikprocessoren i stand til at sende og modtage data direkte fra hovedhukommelsen, uden at de skal igennem processorerne. Denne øgede hukommelsesbåndbredde gør systemets elementer i stand til at fungere uafhængigt af høje overførselshastigheder, så systemets samlede ydeevne forbedres drastisk.

To ATA-harddisk styreenheder
Power Mac G4 indeholder en ATA/100-bus og en ATA/66-bus. Alle standardkonfigurationer leveres med en harddisk (7200 o./min.) på ATA/100-bussen. Hvis du tilføjer endnu en harddisk, er det bedst at slutte den til ATA/66-bussen, så overførselshastigheden bliver højere. Du kan installere op til to harddiske på hver bus, så lagringsbåndbredden bliver størst muligt. Ydermere kan Mac OS X-programmet RAID tilbyde flere “striped” og spejlede diske, der kan forbedre ydeevnen.

Direkte PCI-bus
Et andet eksempel på Power Mac G4's overlegne arkitektur er optimeringen af PCI-ydeevnen, der skyldes den direkte forbindelse mellem PCI-bussen og systemets styreenhed. I en typisk PC-arkitektur sluttes PCI-enhederne til I/O-styreenheden gennem en bro, en flaskehals i datastien, hvor alle de tilsluttede PCI-enheders hastighed sænkes, så man undgår overbelastning af systemets styreenhed. Når PCI-indholdet passerer gennem denne bro, begrænses den til 133 Mbps (bushastigheden på Pentium 4-systemer), selv om PCI-enhederne i øvrigt er hurtige. Denne langsommere datatrafik til og fra PCI-enhederne resulterer i en større samlet systemforsinkelse. Power Mac G4 indeholder derimod en direkte 266 Mbps-bus til PCI-pladserne, hvilket garanterer en høj kapacitet og meget lidt “forstoppelse”, hvorved forsinkelsen mindskes. Power Mac G4 understøtter også “write combining”, således at skriveinstruktioner samles i én stor instruktion, så datakapaciteten øges yderligere.

Indbygget
I/O med høj hastighed
FireWire og Gigabit Ethernet er lynende hurtige teknologier, der muliggør tilslutning af computeren til det nyeste tilbehør og højhastighedsnetværk. På PC'er kan dette ofte kun lade sig gøre vha. PCI-kort. Derved bliver de dyrebare PCI-pladser optaget, hvilket medfører endnu mere “forstoppelse” i PCI-bussen og I/O-styreenheden.

På Power Mac G4 er FireWire, Gigabit Ethernet og selv ATA/100-bussen indbygget i systemet og integreret direkte i systemets styreenhed (ATA/66-bussen har sin egen styreenhed). Da forbindelsen forbeholdes bestemte formål, er PCI-“forstoppelsen” begrænset, og forsinkelsen garanteret lav. Resultatet er optimal FireWire-, Ethernet- og harddiskydeevne. Og som en sidegevinst er computerens PCI-pladser ledige, så du kan tilslutte specielle lyd- og skærmkort i stedet for at spilde pladserne på de grundlæggende teknologier.

.	.	.
-	PowerMac G4	Februar
-	Dual processor	2003