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IBM PowerPC 970: Das soll er leisten

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Soeben verkündet IBM auf dem Microprocessor Forum (MPF) die harten Fakten zum 64-Bit-Prozessor PowerPC 970, der Ende nächsten Jahres auf den Markt kommen soll. Die Präsentation war mit Spannung erwartet worden, weil Apple als potenzieller Anwender dieses vom Serverprozessor Power4 abgeleiteten Chips gilt.

Peter Sandon, Senior Processor Architect der IBM-PowerPC-Organisation, erläutert auf dem MPF die technischen Einzelheiten der neuen CPU. Sie wird mit je zwei Gleitkomma- (FP), zwei Festkomma- (Integer) und zwei Load/Store-Einheiten (Units) ausgestattet sein; die 128-bittige SIMD-Einheit ist AltiVec-kompatibel und heißt VRF.

Die Branch Unit beherrscht Highly Accurate Prediction zur Vermeidung falscher Vorausberechnungen, die Fetch Unit schafft 8 Fetches pro Taktzyklus. Die Pipeline ist 9-stufig ausgelegt und verarbeitet bis zu acht Operationen pro Zyklus. Im Native-64-Bit-Modus stehen 42 Bit physikalischer Adressraum zur Verfügung.

Mit den insgesamt rund 52 Millionen Transistoren hat IBM auch noch 64 KByte L1-Instruction-Cache und 32 KByte L1-Daten-Cache sowie einen 8-fach assoziativen L2-Cache mit 512 KByte Kapazität realisiert.

Die Prozessorschnittstelle (Host oder Front Side Bus) ist als zweimal 32 Bit breite Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit 900 MHz Bitrate ausgelegt und überträgt so ECC-geschützt bis zu 6,4 GByte Daten pro Sekunde.

Bei 1,3 Volt Betriebsspannung erreicht der Prozessorkern 1,8 GHz Taktfrequenz, dabei setzt er 42 Watt elektrischer Leistung in Wärme um. Mit 1,1 Volt sind es nur noch 19 Watt und 1,2 GHz Taktfrequenz.

Die Rechenleistung reicht im anerkannten Benchmark SPEC CPU2000 nach IBM-Angaben für 937 Punkte bei Integer-Berechungen (SPECint2000) und 1051 Punkte bei Gleitkomma-Aufgaben (SPECfp2000). Die SIMD-Einheit schafft maximal 14,4 GFlops, skalare Berechnungen laufen theoretisch mit bis zu 7,2 GFlops -- real sind Dhrystone-Werte von 5,22 GFlops erreichbar.

Bei 1000 MHz (1,0 GHz) würde der Prozessor noch etwa 550 SPECint2000 und 680 SPECfp2000 erreichen. Der angestrebte Taktfrequenzbereich liegt bei 1,4 bis 1,8 GHz.

Mit diesen SPEC-CPU2000-Ergebnissen liegt der PowerPC 970 bei der Gleitkomma-Leistung deutlich hinter dem Power4, der schon bei 1,3 GHz 1266 Punkte erreicht, aber vor offiziellen Messungen eines Pentium 4 2,80 GHz mit PC800-Rambus-Speicher. Dieser brachte es allerdings mit anders kompilierten Binaries und PC1066-RDRAM im c't-Labor bereits im fp_base2000 auf 1041 Punkte. Bis Ende nächsten Jahres dürfte Intel bei knapp 4 GHz angekommen sein und per Hyper-Threading seine 32-Bit-CPU noch etwas aufgebohrt haben. Vor allem AMD hat aber mit dem Opteron und dem Clawhammer 64-Bit-Prozessoren in der Hinterhand, die, wenn alles gut geht, dann deutlich leistungsfähiger zu sein versprechen.

Bei der Integer-Rechenleistung ist der PowerPC 970 schneller als der Power4 (839 SPECint2000), liegt aber hinter dem Pentium 4 2,80 GHz mit 984 Punkten. Sogar der Athlon XP 2800+ kommt mit 933 Punkten dicht heran.

IBM hat noch nicht genau erklärt, mit welcher Software und in welchem CPU-Modus (32 oder 64 Bit) diese Leistungsmessungen vorgenommen wurden. Die theoretischen Benchmarks erlauben ohnehin kaum eine Aussage über den Praxiseinsatz des kommenden PowerPC 970 -- hier liegt die Sache ähnlich wie beim Vergleich von AMD Athlon XP mit Intels Pentium 4: Trotz der deutlichen Vorteile des Pentium 4 in den SPEC-Benchmarks und mit Rambus-Speicher sind die Differenzen in den meisten realen Anwendungen gar nicht so groß. Auch mit der Leistung der 1-GHz-Prozessoren im PowerMac G4 sind viele Anwender zufrieden, obwohl der SPEC CPU2000 kaum Unterschiede zum betagten Intel Pentium III 1,0 GHz zeigt, wenn dieser nicht mit optimierter Software läuft. Und im Vergleich zu den aktuellen G4-Prozessoren ist der PowerPC 970 ein gewaltiger Sprung nach vorne. (ciw)

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