Silberpfeil

Apples Power Mac G4/450 mit Sawtooth-Board

Test & Kaufberatung | Test

Bei der Vorstellung bezeichnete Apple-Chef Steve Jobs die neue G4-Linie stolz als ‘Supercomputer’. Nachdem sich das erste Modell mit alter Yosemite-Platine im c't-Test als nur ‘halbwegs super’ erwiesen hat, waren wir umso mehr gespannt auf die Highend-Variante mit Sawtooth-Board, das der Mac-Gemeinde unter anderem einen schnelleren Speicherbus und AGP-Grafik beschert.

Aufmacher

Das Paket kam völlig überraschend in die Redaktion. Obwohl wir die 450-MHz-Konfiguration gleich nach ihrer Ankündigung bestellt hatten, gingen wir von einer mehrwöchigen Verzögerung aus, nachdem Apple jüngst gezwungen war, die Konfigurationen herabzustufen (c't 22/99, S. 52). Wir haben noch die alte Konfiguration zum alten Preis bekommen - mit 128 MByte RAM und DVD-ROM-Laufwerk. Der neue 450er hingegen besitzt mit 256 MByte RAM und DVD-RAM die Ausstattung des ursprünglich geplanten 500er Modells, das ja aufgrund eines Fehlers im PowerPC erst Anfang 2000 auf den Markt kommt.

Von außen gleicht der neue ‘Sawtooth’ dem ersten G4-Mac mit Yosemite-Board [[#lit1 1]] wie ein Ei dem anderen - es gibt nur ein Merkmal auf der Geräterückseite, an dem man die beiden unterscheiden kann: Beim neuen sind die Audio-Klinkenbuchsen für Mikrofon und Lautsprecher untereinander angeordnet, beim alten nebeneinander.

Klappt man das Mainboard heraus, zeigen sich schon mehr Unterschiede. Da springt einem zuerst der massive Kühlkörper ins Auge, der CPU und L2-Cache abdeckt. Obwohl auf der CPU-Platine kaum mehr Elektronik sitzt, fällt sie fast viermal so groß aus wie die des Yosemite-G3 und -G4. Statt per ZIF-Sockel (Zero Insertion Force) findet sie nun via µPGA (Micro Pin Grid Array) Anschluss zum Mainboard, einem 300poligen Steckverbinder, den auch Intel für seine Notebook-Prozessoren verwendet.

Der PowerPC 7400 alias G4 ist mit 450 MHz getaktet, der 1 MByte große L2-Cache mit 225 MHz und das Board mit 100 MHz. Das Teilerverhältnis zwischen CPU- und Systemtakt darf maximal 9:1 betragen, G4-Prozessoren können im Sawtooth-Board also theoretisch mit bis zu 900 MHz arbeiten. Auch Cache-Performance und -Ausstattung können sich noch verbessern; der G4 kann bis zu 2 MByte Zwischenspeicher adressieren.

Sawtooth basiert auf Apples ‘Unified Mainboard Architecture’, die auch als Grundlage für iMac und iBook dient. Wo die beiden schon mit der moderneren AGP-Grafik on Board arbeiten, ist der Sawtooth-G4 der erste Apple-Rechner, der auch einen AGP-Slot besitzt. Der Advanced Graphics Port hängt an einem eigenen Bus und kann daher mit einer höheren Taktrate als PCI betrieben werden. Der Steckverbinder ist etwas kürzer und nicht kompatibel zu PCI. Apple verbaut wie schon beim G3-Mac die Rage128-Grafikkarte von ATI. Wenn deren 16 MByte Video-SDRAM nicht ausreichen, kann der Grafikchip Daten in den Hauptspeicher auslagern. Dieses Verfahren kommt bei modernen 3D-Spielen zum Einsatz, deren Texturen immer realistischer und damit speicherintensiver werden.

Für 2D-Anwendungen wie Bildbearbeitung, CAD oder DTP reicht der Framebuffer von 16 MByte locker aus: Selbst die höchstmögliche Auflösung von 1920 x 1440 Pixel belegt bei 32 Bit Farbtiefe gerade mal 11 MByte. Da im PC-Markt AGP-Grafikkarten mit 32 MByte Video-RAM keine Seltenheit mehr sind, kann man davon ausgehen, dass demnächst der eine oder andere Hersteller sein PC-Produkt mit Macintosh-Treibern ausstattet. 3dfx macht es mit seiner Voodoo 3 3000 vor (www.3dfxgamers.com/view.asp?IOID=30). Der Mac-Fan darf sich freuen, denn dadurch könnten Grafikkarten endlich so preisgünstig werden wie im PC-Markt.

Den Ausgang für digitale LCDs wie etwa das 22"-Cinema-Display von Apple haben wir übrigens vergeblich gesucht - die Rage128-Karte in unserem G4 besitzt nur einen normalen 15poligen VGA-Anschluss. Offenbar setzt Apple in den Bundle-Konfigurationen, die mit Display verkauft werden, eine Karte ein, bei welcher der Feature-Connector mit einem passenden Zusatzmodul bestückt ist. So jedenfalls handhabt es ATI im PC-Markt. Bei unserem Exemplar ist der Steckverbinder allerdings nicht verlötet, sodass man auch nicht ohne weiteres ein Modul nachrüsten kann.

Doch nicht nur CPU und Grafikkarten-Slot sind neu. Das Sawtooth-Board besitzt auch einen überarbeiteten Chipsatz ([#kasten1 siehe Kasten]) und ein neues Speicher-Interface namens MaxBus - Apple verspricht beachtliche 800 MByte/s Bandbreite. Wiewohl davon in der Praxis nur ein Viertel übrig bleibt ([#kasten2 siehe Kasten]), profitieren Anwendungsprogramme, die mit großen Datenmengen hantieren, durchaus vom MaxBus. Das zeigt etwa unser Photoshop-Benchmark, der dem G4/450 einen 40 Prozent besseren Weichzeichnerwert bescheinigt als dem G4/400 (Yosemite) - die höhere Taktrate der CPU allein würde nur einen Performance-Gewinn von 12,5 Prozent bringen.

Wo beim Yosemite-Board die Festplatte trotz des UltraATA-66-Kabels noch am UltraATA33-Controller hing, gibt es bei Sawtooth nun erstmals einen UltraATA-66-Controller. Die Fireball Plus KX mit 20 GByte Kapazität erreicht zwar mit ihren 19,8 MByte/s beim Lesen und 24,3 MByte/s beim Schreiben mittlere Transferraten, die noch unterhalb der Spezifikation des UltraATA33-Standards liegen (gemessen mit Helios LanTest 2.5, kostenlos unter www.helios.com). Die schnellere Schnittstelle ermöglicht aber auch höhere Peak-Werte und ist außerdem für künftige, noch schnellere Festplattenmodelle gewappnet. Nervig: Da die Fireball ihre Scheiben 7200 mal pro Minute dreht, pfeift sie recht laut.

Am 80poligen Kabel ist ein Steckverbinder für eine zweite Festplatte vorgesehen, die man über der ersten am Gehäuseblech festschrauben kann. DVD-ROM- und Zip-Laufwerk werden weiterhin am Standard-EIDE-Interface betrieben, das auch für die Transferraten von theoretisch 3,6 MByte/s (24X) im CD-ROM-Modus respektive 5,4 MByte/s im DVD-ROM-Modus genügend Reserven besitzt. Wer die beiden noch freien 3,5"-Einbauplätze im G4-Chassis mit weiteren Festplatten bestücken möchte, muss eine PCI-Karte mit SCSI- oder ATA-Controller [[#lit2 2]] hinzukaufen.

Da der PowerPC inzwischen die benötigte Rechenleistung zum Dekodieren von DVD-Video in Echtzeit besitzt, spart sich Apple die Huckepackplatine für die ATI-Grafikkarte, die beim G3 noch für ruckelfreien Filmgenuss sorgte [[#lit3 3]]. Jetzt wird das Signal per Software dekodiert, was zu den gleichen Problemen führt wie bei den neuen iMacs (siehe c't 23/99, Seite 220). Ein TV-Ausgang fehlt ebenso wie ein SPDIF-Anschluss für Dolby-Digital-Sound. DVD-Video im Macintosh bleibt damit weiter hinter den Möglichkeiten der PC-Lösungen zurück, wenngleich es zum digitalen Zeitvertrieb zwischendurch freilich ausreicht.

Erstmals gibt es auf einem Mac-Board auch einen internen FireWire-Anschluss. Allerdings dürfte der vorerst noch ungenutzt bleiben, denn Massenspeicher mit echter IEEE-1394-Schnittstelle sind noch immer nicht erhältlich. Für die beiden externen FireWire-Ports kann man immerhin schon einige Peripherie kaufen, von Videokameras über Drucker bis hin zu CD-Brennern.

Wo sich bei Yosemite noch zwei USB-Ports einen Controller teilen mussten, gibt es bei Sawtooth derer zwei. Damit verdoppelt sich die Bandbreite des Universellen Seriellen Busses in der Summe auf 24 MBit/s, die Zahl der anschließbaren Geräte auf 254. Was für Macintosh-Anwender viel wichtiger ist: Endlich soll man von externen Laufwerken am USB booten können. Das klappte mit dem neuen USB-Zip 250 von Iomega (siehe c't 23/99, Seite 80) allerdings noch nicht.

Was das MacOS theoretisch schon konnte, beherrscht nun auch die Hardware: Isochrone Transfers, benötigt zum Betrieb von Lautsprechern und Mikrofonen über USB. Solange es die analogen Klinkenbuchsen für Stereo-In und -Out weiterhin gibt, sollte man die aber bevorzugen, denn Audio geht völlig unnötigerweise zu Lasten der USB-Bandbreite.

Nur als Option gibt es die AirPort-Karte für die Anbindung an drahtlose Netze. Apple verspricht eine Datenübertragung per Funk mit bis zu 11 MBit/s (IEEE 802.11). Der Steckverbinder ähnelt dem von PC-Cards; davor sitzt ein Blechrahmen, der die Karte aufnimmt. Die beiden AirPort-Antennen sind vorne im oberen Gehäusegriff eingebaut; das zugehörige Kabel muss man beim Einbau nur noch mit der Karte verbinden. Mangels Testexemplar konnten wir das allerdings noch nicht ausprobieren.

Wo der Rechner bei laufender 7200-UPM-Platte gehörig Lärm macht (40,3 dBA/3,0 Sone), ist er im Ruhezustand erfreulich leise: Zum ersten Mal schaltet Apple da nicht mehr nur die Platte, sondern auch die Stromversorgung des PCI-Busses ab. Ohne aktive PCI-Karten braucht auch der große Gehäuselüfter nicht zu laufen - dann ist der Rechner so leise, dass er sogar unsere sensible Audio-Messelektronik überfordert. Selbst im schallarmen Raum hört man das Gerät nicht mehr.

Voraussetzung dafür ist allerdings, dass alle im System befindlichen PCI-Karten kompatibel zu Apples Power Manager 2.0 sind. In unserem Testfundus fand sich noch kein solches Exemplar. Ältere Karten können dem System nicht über ihren Treiber mitteilen, dass sie den Power-Down-Modus unterstützen - in diesem Fall bleibt die Stromversorgung des PCI-Bus erhalten und der Lüfter läuft weiter.

Ohne zusätzliche PCI-Karten klappt das Ganze aber gut. Damit man den Rechner nicht für ausgeschaltet hält, und aus Versehen eine PCI-Karte oder RAM aufs Board steckt, blinkt im Ruhezustand die Betriebs-LED orange; auf dem Board leuchtet eine helle rote Leuchtdiode. Öffnet man im Dornröschenschlaf die Klappe, wacht der Rechner sinnvollerweise auf.

Statt 28 Watt im Normalbetrieb verbraucht der Mac im Ruhezustand nur noch 4 Watt Strom - gerade mal doppelt so viel wie im Standby-Modus. Wirklich abgeschaltet ist ein Mac nie, weil er den Power-Knopf der Tastatur stets abfragen muss. Deshalb empfiehlt es sich nach wie vor, Mac und Peripherie an einer schaltbaren Mehrfachsteckdose zu betreiben, um Strom zu sparen.

Zwar ist der Leistungszuwachs, den das Sawtooth-Board zustande bringt, durchaus ordentlich. Von der Performance eines Supercomputers kann aber noch immer nicht die Rede sein. Mit seinen 32-bittigen Integer-Registern vermag der G4-Prozessor den 64-bittigen Speicherbus nicht zu nutzen, und von AltiVec profitieren noch zu wenig Systemkomponenten. Immerhin zeigt sich hier noch einiges Potential, das Apple vielleicht mit künftigen Boards und MacOS-Versionen besser zu nutzen weiß. Sobald auch mehr Anwendungsprogramme an die Recheneinheit angepasst sind, wird man das Thema G4-Performance neu diskutieren müssen. Doch auch so dürfte sich der Silberpfeil verkaufen wie ‘geschnitten Brot’. (se)

[1] Stephan Ehrmann: Halbwegs super, Apples erster G4-Mac mit 400 MHz und ‘Velocity Engine’, c't 20/99, S. 64

[2] Carsten Meyer: Strammer Max, ATA/IDE-Adapterkarte für PCI-Macs, c't 18/99, S. 47

[3] Sven Schulz: Kinokarten, Acht DVD-Hardware-Decoder für Windows und MacOS, c't 20/99, S. 118

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Obwohl die Rechner von außen gleich aussehen, werkelt in den Modellen G4/400 und G4/450 (nach Herabstufung) ein anderes Board als im jetzigen G4/350 (‘Yosemite’, früher mit 400 MHz [[#lit1 1]]). ‘Sawtooth’ ist sehr übersichtlich, weil die wesentlichen Komponenten in hochintegrierten Apple-ASICs zusammengefasst sind. Insgesamt vier Busse übertragen die Daten zwischen den Bausteinen und Schnittstellen.

Zwischen PowerPC G4, ROM, PCI-Slots und AGP-Steckplatz sowie dem RAM vermittelt ‘UniNorth’, Memory-Controller und PCI-Bridge in Siliziumunion (VLSI 9933). Prozessor und UniNorth sind über den 100 MHz schnellen, 64-bittigen MaxBus verbunden, der doppelt so viel Bandbreite besitzt wie der 32-bittige 100-MHz-60x-Bus bei Yosemite. Der Memory-Bus wird ebenfalls mit 100 MHz betrieben. Schnelle PC-133-SDRAMs wird man wohl erst in der kommenden Board-Generation bertreiben können, welche die Gerüchteküche derzeit unter dem Codenamen ‘Hammerhead’ handelt.

Die PCI-to-PCI-Bridge (Intel 21154-BC) stellt den Kontakt zum PCI-Bus und den drei 64-bittigen PCI-Slots mit 33 MHz her. Obwohl der 32-bittige 66-MHz-Slot, bei Yosemite noch für die Grafikkarte verwendet, vom Chipsatz weiter unterstützt wird, findet er sich nicht mehr auf der Sawtooth-Platine. Für die Grafik ist jetzt der Advanced Graphics Port zuständig, der über den AGP-Bus wiederum an UniNorth hängt.

Auf der Vorderseite finden sich nur eine Handvoll Controller. Für Fast-Ethernet (10 und 100 MBit/s) ist der Intel-Chip 21143-TD zuständig, den Sound erzeugt ‘Screamer’, ein Crystal CS4212. Den FireWire-Transceiver stellt Lucent mit dem FW803 06. Zwischen allen I/O-Controllern vermittelt ‘KeyLargo’, der zweite ASIC auf der Board-Rückseite (Lucent 1258AK3), via PCI. Er beinhaltet außerdem den EIDE- und UltraDMA66-Controller und stellt den Kontakt zu der optionalen AirPort-Karte für Wireless LANs sowie dem Modem her. Dieses basiert auf einem Rockwell-Chipsatz und sitzt auf einem eigenen 70-poligen Steckverbinder.

Von den vier DIMM-Slots ist von Haus aus eines belegt. Da Apple nur ein Modul mit CAS-Latency 3 verbaut, verschenkt der G4-Mac einige wenige Prozentpunkte Performance. Die DIMM-Slots sind zu normalen-PC100-SDRAMs kompatibel, wenn diese eine Zugriffszeit von mindestens 8 ns (125 MHz) erreichen. Steckt kein oder inkompatibles RAM im Rechner, macht der darauf mit Pieptönen aufmerksam - das PC-Bios lässt grüßen ...

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Power Mac G4/450
Hersteller Apple Computer, Feldkirchen (089/99 640-0), www.apple.com/de
Vertrieb Fachhandel oder Apple Store im Internet
Lieferumfang MacOS 8.6, Internet-Browser, Tastatur, Maus, FireWire-Kabel (4- auf 6polig),
iSwitch
Technische Daten
Prozessor PowerPC G4/450 MHz
L2-Cache 1 MByte (225 MHz)
Board Sawtooth
RAM 128 MByte, max. 2 GByte (vier 168pol. PC-100-SDRAM-DIMM-Slots, drei frei)
Grafik ATI Rage128, 2X AGP, 16 MByte SDRAM
Festplatte Quantum Fireball Pus KX, 20 GByte, UltraATA 66
DVD-ROM Matsushita SR-8584A (6X DVD, 24X CD-ROM)
Modem 56 kBit/s, V.90-tauglich
Schnittstellen extern 2 x FireWire, 2x USB, Fast Ethernet, Audio in/out, Modem, VGA
Schnittstellen intern (frei) 3 x 64-Bit-PCI, 1x FireWire, 1x UltraATA66, AirPort (PC-Card, optional)
Leistungsaufnahme
Betrieb 28 W
Ruhezustand 4 W
ausgeschaltet 2 W
Geräuschmessung
normaler Betrieb 34,3 dBA/1,9 Sone
Zugriff HD 40,3 dBA/3,0 Sone
Zugriff HD+CD 46,4 dBA/5,3 Sone
Preis 5999 DM

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Apple bewirbt das Sawtooth-Board stolz mit einer Speicherbandbreite von 800 MByte/s. Eine solche Performance wäre nicht nur im Macintosh-Bereich revolutionär. Rein rechnerisch hat der Wert durchaus seine Berechtigung, denn ein 64-Bit-Datenbus bringt es im Verein mit 100-MHz-Arbeitsspeicher auf 800 MByte/s. Doch welchen Durchsatz erreicht das Board in der Praxis?

Unser neuer Benchmark ‘ctMemMessMac’ kopiert in einer simplen Schleife einen 10 MByte großen Block von einem RAM-Bereich in einen anderen - Memory-to-Memory-Transfers sind die schnellsten überhaupt. Das Messergebnis beim G4/450 beträgt ernüchternde 220 MByte/s, also gerade mal rund ein Viertel von dem, was Apple angibt. Trotzdem ist das beileibe kein schlechter Wert: modernste PC-Boards mit Via-Apollo-Chipsatz, 133 MHz Systemtakt und schnellem Virtual-Channel-SDRAM bringen es gerade mal auf 200 MByte/s.

Dass bei Apple momentan nicht mehr drin ist, hängt von mehreren Faktoren ab. Zunächst sind die Integer-Register des G4-Prozessors anders als die für Floating-Point-Berechnungen nur 32 Bit breit. Man müsste also schon zwei Register ‘auf einmal’ schreiben, um mehr Performance zu erzielen. Allerdings erwies es sich als ineffizient, immer zwei aufeinanderfolgende 32-Bit-Worte zu lesen und ans Ziel zu kopieren.

Schneller wird das Ganze schon, wenn man stattdessen zwei Quellwerte mit getrennten Pointern liest und anschließend schreibt. Dann sind die Pointer immer ‘ein halbes Datenfeld’ auseinander, und die Kopierschleife wird nur halb so oft durchlaufen wie beim Einzelwort-Transfer. Ob das in einer besseren Auslastung der Instruktions-Pipelines oder in einer effizienteren Nutzung des Daten-Cache begründet liegt, konnten wir bis Redaktionsschluss nicht klären. Immerhin verdoppelte sich die Transferrate aber gegenüber dem simplen Zwei-Wort-Transfer.

Man könnte auch Floating-Point-Register zum Zwischenspeichern von Zahlen doppelter Genauigkeit missbrauchen - bei jedem Lese- oder Schreibbefehl würden dann 64 statt 32 Bit bewegt. Da allerdings die FP-Register nicht mit 64 Bit am internen Bus angebunden sind, bringt das keinen Performance-Vorteil.

Apples Betriebssystem erschwert zudem jede Cache-Messung, denn es bringt den Inhalt des Zwischenspeichers ständig durch irgendwelche Interrupts durcheinander, was man nicht ohne weiteres verhindern kann. Den L1- und L2-Cache einfach abzuschalten, ist hingegen nicht vorgesehen - um den dazu nötigen Supervisor-Modus zu aktivieren, gibt es keinen Systemaufruf.

Wiewohl unser Benchmark während den Messungen andere Prozesse lahmlegt, können das natürlich Anwendungsprogramme für alltägliche Aufgaben nicht machen, auch wenn sie es auf höchste Performance anlegen. Denn damit stören sie das kooperative Multitasking des MacOS. Ein Programmierer, der die volle Bandbreite des Systems nutzen möchte, hat es also schwer.

Unterm Strich ist der G4 trotzdem ganz schön schnell. Auch wenn die werbewirksame Zahl in der Praxis nicht erreicht wird, klappt das Zusammenspiel zwischen Programmen und MacOS recht gut. Eine ausgewogene Gesamt-Performance ist allemal nützlicher als ein nur kurzzeitig zu erreichender Spitzenwert auf Kosten ‘gewöhnlicher’ Applikationen. Und genau darauf legen Motorola und Apple offenbar Wert.

adb

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