非主流处理器大观(三)——PowerPC传奇
硬件周刊
说到PowerPC不少人就会联想到苹果电脑，知道苹果电脑的人很多，但是对于PowerPC又会有多少人清楚呢？PowerPC是Motorola和IBM联合为苹果的MAC机开发的处理器芯片，商标的使用权同时属于Motorola和IBM，这就是为什么两家公司都有PowerPC处理器的原因所在。由于共用品牌加上各自产品的型号命名方式的差异，所以PowerPC处理器的型号标示法比x86处理器的频率标示法复杂得多。
PowerPC 970
了解苹果电脑的人都知道G系列的经典苹果机型。最新的G5采用的是IBM开发的PowerPC 970，这款处理器虽然早在2002年就公开了，但是由于G5的历史并不长，加上RISC处理器的生命周期要比x86构架的CISC处理器长，所以相对来说PowerPC 970还是一个比较新的产品。
PowerPc 970处理器
与先前的PowerPC处理器相比，PowerPC 970处理器的一个重要改进就是实现了64位整数单元和硬件寻址。和AMD的Athlon64处理器计划相同的是，PowerPC 970实现了将64位运算带进桌面平台并且兼容以前的32位系统的目标。G5采用的MacOS X10.3就是全新的64位操作系统。PowerPC 970并不是IBM特意为G5打造的处理器，早在G5使用之前，它就已经在IBM的入门级AIX服务器上使用了。PowerPC 970一共具有16级的流水线，对于频率和指令的执行效率来说显得比较平衡，在每个时钟周期可以预存8条指令并向流水线分派其中的5条，在一个周期中流水线可以处理200多条指令。PowerPC 970具有64KB的指令Cache和双路的32KB的数据Cache，如此一来它就具有了128KB的L1 Cache，同时它还具有512KB全速的L2 Cache。PowerPC 970的FSB是处理器频率的一半，也就是说1.8GHz的PowerPC 970处理器的FSB为900MHz。
虽然和P4的800MHz的FSB比起来并不算高，但由于PowerPC 970具有两个单向性的通道，每个通道32位，所以900MHz FSB的理论带宽为7.2GB/s。由于地址和控制信息也是在总线上传递，IBM提出的理论带宽就是6.4GB/s左右。不过主频为2.0GHz的PowerPC 970的FSB就是1GHz了，配合DDR2 533内存，其性能还会有不小的提升。PowerPC 970一共具有12个执行单元，包括两个载入/存储单元，两个FXU单元，两个单/双精度浮点单元，两个整数单元和一个SIMD矢量引擎，这些单元各自拥有32个64位的浮点寄存器和通用寄存器，以及128位的矢量寄存器。此外，改进的VMX(Vector Multimedia Extensions矢量多媒体扩展指令集)引擎较G4处理器有了更高的执行效率，这个引擎与Motorola的Altivec引擎一样，属于IBM与Motorola共同开发的产物，都具有162条SIMD指令。PowerPC 970采用了IBM的0.13微米8层铜互连SOI工艺制造，其核心面积为118平方毫米，工作电压为1.3V，1.8GHz产品的功耗为42瓦。
PowerPC 970核心示意图
MPC 7457
G4的机器现在看来仍然不算过时，华丽的外形是一方面，Motorola的MPC 7457也是重要原因之一。MPC 7457采用的是Motorola自己的0.13微米6层铜互连SOI工艺，483针CBGA封装方式，其L1 Cache由一个32KB指令Cache和一个32KB数据Cache组成，同时具备512KB的全速L2 Cache，并且可以支持2MB的L3 Cache，但只能工作于CPU频率的1/4。
它是一个32位的RISC处理器，它也是MPC 74XX系列中规格最高的一款处理器，其余规格的处理器分别安装在不同价位的G4电脑中。MPC 7457的最高工作频率为1267MHz，前端总线提升到了166MHz。尽管它的工作频率不高，但它只有7级流水线，比x86产品的流水线数量要少得多。因此，执行效率也相应高了不少，每个周期可处理的任务数也大为增加，MPC 7457每个时钟周期可以执行4条指令。MPC 745处理器核心由4个32位整数单元、1个单/双精度浮点单元和一个128位的Altivec单元共同构成。Altivec单元就是所谓的矢量处理单元，其128位引擎可以让MPC 7457具有4路32位或8路16位或16路8位的并行矢量运算能力。另外，额外的162条SIMD指令所构成的Altivec引擎，可以只用3个周期就将一条指令处理完毕，而支持SSE2的浮点运算单元则需要20个周期左右。这就是为什么CPU频率比P4低很多的G4在处理图像方面仍然比采用P4的电脑还要快的根本原因。
MPC 7457处理器
MPC 7457核心示意图
最后
Motorola和IBM都拥有PowerPC商标的使用权，我们从苹果电脑身上分别看到了两家公司的不同的PowerPC处理器。虽然它们之间存在一些差异，但总体来说设计思想是非常接近的。正是由于这两家公司在RISC处理器设计上的先进理念，才让苹果电脑大放异彩。当然PowerPC的家族远不止这两款处理器，但限于篇幅，笔者只能介绍应用得最为广泛的这两款，希望通过此文，大家可以对苹果的世界有所了解。