Apple PowerMac G5: первые подробности, наш комментарий

АрхивПлатформа

Несколько самоуверенно Apple называет PowerMac G5 «самым быстрым персональным компьютером в мире». Посмотрим, насколько это соответствует действительности.

В последние годы Apple редко радовала своих поклонников. Ситуацию можно было охарактеризовать словом «застой», хотя, на мой взгляд, «застой» уже начинал переходить в «агонию». Архаичная 32-разрядная платформа Motorola PowerPC G4, очевидно, давно исчерпала свой потенциал, и ее использование в секторе «высокопроизводительных» ПК можно было объяснить только отсутствием альтернативы. Добавление второго процессора, конечно, прибавляло скорости в некоторых приложениях, но не могло скрыть недостатки устаревшей архитектуры. Казалось, Apple стала заложником набора команд PowerPC, а два разработчика и производителя этих процессоров — Motorola и IBM — до недавнего времени не предлагали ничего подходящего для нужд Apple. Однако, судя по некоторым признакам, IBM уже довольно давно разрабатывала процессор специально для Apple — речь идет о 64-разрядном PowerPC 970. В компьютерах Apple процессор приобрел достаточно типичное для этой фирмы название «G5», и послужил основой линейки новых PowerMac G5. Для Apple эти системы означают колоссальный рывок вперед — безболезненный переход к 64-разрядной адресации и качественно новый уровень производительности процессора и системных интерфейсов. Несколько самоуверенно Apple называет PowerMac G5 «самым быстрым персональным компьютером в мире». Посмотрим, насколько это соответствует действительности.

PowerMac G5: конфигурация

В настоящее время выпускаются три стандартных модели PowerMac G5 с номерами заказов M9020LL/A, M9031LL/A и M9032LL/A. Разница между ними весьма существенна, отличия заключаются в разной частоте процессора, шины данных, максимальном объеме устанавливаемой памяти, видеокарте и объеме жесткого диска:

	M9020LL/A	M9031LL/A	M9032LL/A
Процессор G5	1.6GHz PowerPC G5	1.8GHz PowerPC G5	Два 2GHz PowerPC G5
Кэш второго уровня	512K	512K	512K на каждом CPU
Шина процессора (FSB)	800MHz	900MHz	1000MHz
Основная память DDR SDRAM	256MB PC2700 (333MHz) максимум 4GB	512MB PC3200 (400MHz)максимум 8GB	512MB PC3200 (400MHz)максимум 8GB
Графическая карта AGP 8x	NVIDIA GeForce FX 5200 Ultra, 64MB DDR SDRAM	NVIDIA GeForce FX 5200 Ultra, 64MB DDR SDRAM	ATI RADEON 9600 Pro, 64MB DDR SDRAM
Винчестер	80GB Serial ATA; 7200 rpm	160GB Serial ATA; 7200 rpm	160GB Serial ATA; 7200 rpm
Оптический привод	SuperDrive (DVD-R/CD-RW)	SuperDrive (DVD-R/CD-RW)	SuperDrive (DVD-R/CD-RW)
Слоты PCI	Три открытых 33MHz 64-bit слота PCI	Три открытых 64-bit PCI-X слота: один 133MHz, два 100MHz	Три открытых 64-bit PCI-X слота: один 133MHz, два 100MHz
Возможности расширения	FireWire 800 порт, два FireWire 400 порта (один спереди), три USB 2.0 порта (один спереди), два USB 1.1 порта (на клавиатуре), разъем AGP 8x, графическая карта AGP8x с разъемами ADC и DVI, два отсека для винчестеров (один занят)
Звук	Оптические цифровые вход и выход, аналоговые вход и выход, миниджек для подключения наушников и колонок
Сеть	10/100/1000BASE-T Ethernet, 56K V.92 модем, возможность подключения карты AitPort Extreme, опциональная поддержка Bluetooth
Дополнительное оборудование	Клавиатура и мышь Apple, кабель расширения USB клавиатуры, переходник DVI-VGA, модемный кабель, антенна AirPort

По желанию покупателя конфигурации могут быть изменены, например, добавлен жесткий диск емкостью 250GB, Fibre Channel RAID-массив, дополнительная память или видеокарта ATi Radeon 9800Pro. Самый «простенький» PowerMac с 1.6GHz процессором в США стоит 1999 долларов, а старшая 2GHz двухпроцессорная модель — $2999. Монитор придется приобретать отдельно, цена варьируется от $699 (17” LCD) до $1999 (23” LCD). Глядя на конфигурации PowerMac, особенно на M9032LL/A, задумываешься — а персональный ли это компьютер в общепринятом смысле, или солидная рабочая станция…? Бесспорно, по масштабируемости PowerMac G5 намного превосходят  ПК на чипсетах nForce2 или i875. Но начнем мы не с интерфейсов и периферии, а сердца новых PowerMac — процессора PowerPC G5.

PowerPC G5 и MacOS

64-разрядный RISC-процессор PowerPC G5 разработан IBM и производится на ее же фабрике в Ист-Фишкилле, штат Нью-Йорк, по 0,13-микронному технологическому процессу с использованием 300mm2-пластин и SOI-технологии. Вычислительное ядро G5 аналогично ядру POWER4, но процессор оснащен лишь 512KB L2 кэша. В настоящее время доступны чипы с частотами 1.6, 1.8 и 2GHz, c частотами шины 800, 900 и 1000MHz. PowerPC G5 (PowerPC 970), как и большинство современных процессоров — суперскалярный с внеочередным исполнением команд и переименованием регистров, одновременно на ранних стадиях исполнения может находиться до 215 инструкций.

Тактовая частота	1.6, 1.8, 2.0GHz
Разрядность регистров общего назначения (GPRs)	64bit
Разрядность физической шины адреса	42bit
Максимальный объем адресуемой памяти	4TB
Векторные возможности	AltiVec, 32 128bit регистров
Шина данных (FSB)	Двунаправленная 2*32bit DDR, 800, 900, 1000MHz
Кэш команд первого уровня	64KB с прямым отображением, выборка до восьми команд за такт
Кэш данных первого уровня	32KB, 2-канальный наборно-ассоциативный
Кэш второго уровня	512KB, 8-канальный наборно-ассоциативный
Максимальное число команд на  разных стадиях исполнения	215
Максимальное число одновременно выполняемых  команд	10
Логика предсказания переходов	Динамическая, трехкомпонентная
Технология производства	0.13мк., SOI-транзисторы, медные соединения
Площадь кристалла	188 кв.мм.

Его основная черта — высокопроизводительный декодер и большое количество исполняющих (функциональных) устройств, благодаря чему возможно параллельное выполнение значительного числа инструкций на сравнительно невысокой частоте. При этом кристалл PowerPC G5 занимает на 25 кв.мм. меньшую площадь, чем Pentium 4 Northwood. В целом, G5 стоит намного ближе к процессорам архитектуры AMD-64, чем к Intel NetBurst.

PowerPC G5 — полноценный 64-разрядный процессор с виртуальным адресным пространством в 18 эксабайт, но текущая аппаратная реализация адресует «всего лишь» 4TB памяти (это в 64 раза больше, чем у Pentium 4 с учетом PSE).  Важнейшая особенность PowerPC G5 — совместимость с 32-разрядным кодом и возможность его исполнения в 64-разрядной операционной системе… Здесь начинается первый «прокол» Apple — заявлено, что благодаря исключительности архитектуры PowerPC, для 64-разрядной версии процессора  не требуется специальная версия ОС, а подходит универсальная 32/64-битная операционная система. Добавляется, что, хотя текущая версия MacOS X 10.27 оптимизирована под G5, максимальный объем памяти, доступный процессу, ограничен 4GB. Что же произойдет, если в PowerMac установить максимально возможные 8GB памяти? Очень просто — одна программа не сможет их полностью использовать, для этого потребуется запустить несколько ресурсоемких приложений. Ясно, что о 64-разрядной адресации речь пока не идет, а существующая ОС суть 32-битная, но «понимающая» G5, благодаря чему можно писать программы, использующие длинные 64-битные регистры PowerPC G5. Это большой плюс, поскольку PowerPC не имеют аналога SSE2, позволяющего работать с 64-разрядными целыми числами, но невозможность выйти за переделы 4GB разочаровывает. Программистам Apple следует поторопиться.

Интерфейсы и периферия

Хронической болезнью PowerPC G4 и PowerMac G4 были недостаточно производительные шины — процессорная, системная и даже графическая. Рывок быстродействия интерфейсов в системах G5 без преуменьшения поражает воображения. Одна лишь пропускная способность шины процессора выросла в шесть раз (!) — больше, чем за все предыдущие 10 лет эволюции PowerPC. PowerMac G5 обладает полным набором современных интерфейсов, включая AGP8x, FireWire, USB 2.0, SATA-150 и даже PCI-X 133MHz. Связь контроллера PCI-X и внешних шин с системным контроллером (так «в стиле IBM» называется северный мост) осуществляется посредством двух двунаправленных 800MHz шин HyperTransport. Все это вместе Apple называет «High-Bandwidth System Architecture», системная архитектура с высокой пропускной способностью. В целом, по сумме характеристик, эта платформа занимает промежуточное положение между Intel Xeon DP и AMD Opteron. Итак, начнем по порядку::

Архитектура двухпроцессорного Apple PowerMac G5.

Каждый процессор PowerPC G4 подключался к чипсету 64-битовой 166MHz шиной с пиковой пропускной способностью лишь 1.32ГБ/с (сравните с 6.4ГБ/с Pentium 4). Грубо говоря, если вам нужно прочитать блок памяти (скажем, фрейм видеоданных или текстуру), система Pentium 4 сделает  это почти в пять раз быстрее, что означает огромный разрыв производительности в значительном числе приложений. Новый PowerPC G5 полностью устраняет этот недостаток. Пропускная способность двунаправленной 32бит*2 1GHz шины равна 8ГБ/с — теперь PowerMac может более чем уверенно соревноваться с Pentium 4 в таких приложениях, как математическое моделирование (особенно векторно-матричные вычисления), видеообработка, профессиональные OpenGL-приложения, и, конечно же, игры. Далее, PowerMac G5 максимально поддерживает два процессора, а самая быстрая  модель с частотой 2GHz и продается, собственно, с двумя установленными процессорами.  В этих SMP-системах G5 каждый процессор использует свою собственную шину для подключения к чипсету (что очень похоже на чипсет AMD 760) — в отличие от систем Intel, где процессоры разделяют одну общую шину. В качестве системной памяти применяется двухканальная (128 бит) DDR400  с пиковой пропускной способностью 6.4ГБ/с. Ясно, что такой скорости памяти недостаточно для полноценного «питания» обоих процессоров — вместе им требуется 16ГБ/с — так проявляется компромисс между ценой и производительностью. Обидно?  А теперь представьте, каково четырем процессорам Xeon MP разделять одну 3.2GB/s шину. Пример полностью сбалансированной в этом смысле системы — AMD Opteron.

PCI-X 133 МГц

PCI-X — сравнительно новый стандарт параллельной шины, обратно совместимой с PCI, который нашел горячую поддержку среди производителей серверного оборудования. Самая быстрая 64 битовая PCI работает на частоте 66MHz, тогда как PCI-X увеличивает частоту шины до 133MHz, при этом сохраняя совместимость со стандартными 3.3V PCI-картами. Уже существуют спецификации второй версии PCI-X с частотой до 533MHz. Необходимость повышения пропускной способности PCI в рабочих станциях и серверах назрела давно — один Ultra320  SCSI контроллер в паре с Gigabit Ethernet полностью «съедает» 66MHz 64бит PCI, а PowerMac G4 обладали лишь 33MHz 64бит PCI-шиной. Если Вы посмотрите на сайт Apple, то обнаружите «небольшое» лукавство — при переходе на PCI-X объявлен прирост пропускной способности в восемь раз, тогда как даже максимальный теоретический прирост (и он, скорее всего, наиболее близок к истине), составляет четыре раза. Желающим ближе познакомиться с PCI-X я рекомендую официальный  документ PCI-X 2.0 White Paper. Но даже четырехкратный прирост скорости более чем достоин уважения. Сегодня 133MHz PCI-X уже можно найти на платах с чипсетами Intel E7505 (Xeon) и AMD 8131 (Opteron). Поддержка PCI-X в PowerMac G5 — сильный ход, и машины Apple теперь могут успешно работать c современными контроллерами и сетевыми интерфейсами, ничем не уступая лучшим рабочим станциям и серверам на платформах IA-32, AMD-64, и даже системам более высокого класса.  У Вас нет дискового массива Fibre Channel на несколько терабайт, поэтому Вы думаете обойтись без PCI-X? Возможно, сейчас это еще верно, но уже через год-два 10GigE может изменить Ваше мнение о требуемой пропускной способности шины.

AGP 8x Pro, USB2.0, FireWire 800, Serial ATA-150, Gigabit Ethernet

Почти исчерпывающий набор самых последних версий разнообразных интерфейсов. Иначе говоря, к PowerMac G5 можно подключать самую быструю периферию, и быть уверенным в том, что передача данных происходит на максимальной скорости, даже если выигрыш составляет лишь несколько процентов (конечно, в том случае, если Ваши устройства поддерживают эти стандарты). В реальности, как обычно, все несколько сложнее — для многих устройств потребуются драйверы под PowerMac, а их может и не оказаться на поставляемом с устройством диске. Далеко не все X86-ПК могут похвастаться таким «джентльменским набором», с другой стороны, все это присутствует в современных рабочих станциях Xeon или Opteron.

Мониторы, винчестеры и все остальное

Все остальное не являет собой что-то особенно уникального — 17”,20” и 23” LCD-мониторы, конечно, есть пока не у каждого владельца ПК, но приобрести их, в общем-то, при желании можно довольно просто. В PowerMac есть SuperDrive — приятная комбинация DVD-R и CD-RW. Дополнительно, PowerMac оснащен V.92 модемом, слотом для опциональной карты для связи по беспроводному интерфейсу 802.11g, звуковыми оптическим и аналоговым выходами, видеокартой GeForceFX 5200 Ultra или ATi Radeon 9600/9800 Pro (по выбору) и жестким диском Serial ATA  емкостью 80 или 160GB. Сразу становится ясно, что перед нами — весьма хорошо оснащенный персональный компьютер.

Короче говоря, «отсталость» систем G4 стала достоянием истории, и теперь флагманские компьютеры Apple стали чрезвычайно похожи на… рабочие станции Intel Xeon (во всяком случае, с аппаратной точки зрения, да и цена у них соответствующая). Преимущества  PowerMac — более быстрая память (DDR400 вместо DDR266), выделенная шина для каждого процессора в SMP-конфигурации, и, конечно же, RISC-набор команд PowerPC. Каковы же новые «маки» в деле? Придется воспользоваться данными, любезно опубликованными фирмой Apple.

Реальные достижения и PR

Согласно Apple, ее компьютеры всегда обгоняли Wintel–машины. Правда, в последнее время им приходилось это делать на довольно специфических задачах, а их «достижения» в таких общепризнанных тестах, как SPEC, не публиковались. Оно и понятно — зачем смущать потенциальных клиентов многократным проигрышем X86-системам. С выходом G5 Apple внезапно стала намного более «демократичной», и теперь мы можем узнать результаты ее машин в SPEC. Видимо, для удобства, рядом с тестами PowerMac G5 Apple поместила результаты систем Dell Precision 650 (dual 3.06GHz Xeon) и Dell Dimension 8300 (3GHz Pentium4). Но что такое?! По данным Apple, результат станции Dell в SPECint_base2000 равен 836, тогда как согласно такому уважаемому ресурсу, как www.spec.org, он равен 1089. Oказывается, Apple использовала для тестов компилятор GCC3.3, причем, похоже, не с самыми оптимальными настройками, а на официальном сайте SPEC приведены данные тестирования с компилятором Intel С++ 6.0.

То же самое со SPECfp_base2000; здесь PowerMac с хорошим отрывом опережает Intel-компьютеры, но, обратившись к www.spec.org, мы узнаем, что с компилятором Intel система Xeon от Dell набирает 1053 очка, сильно опережая машину Apple.

Ход Apple прост и понятен — использовать один и тот же «плохой» компилятор для всех систем, чтобы продемонстрировать преимущества своего компьютера. В этом есть определенный смысл, но, на самом деле, эти шитые белыми нитками хитрости свидетельствуют о слабости. Что толку в высокопроизводительном «железе», если скомпилированные программы работают медленнее, чем на платформе конкурента? Видимо, чтобы составить более верное представление о производительности G5 (PowerPC 970), придется подождать выпуска систем от IBM на этом процессоре (если они будут, конечно). Было бы крайне любопытно взглянуть на тесты SPEC этих машин под ОС AIX и с компилятором IBM C.

Далее, Apple предлагает нашему вниманию результаты PowerMac в многопроцессорных версиях тестов SPEC (там сходная картина, только отрыв от Xeon еще больше), Adobe Photoshop, Logic Versus Cubase, и, конечно, столь любимых этой фирмой биохимических программах BLAST и HMMer. Везде PowerMac уверенно лидирует. Под конец — Quake III — PowerMac G5 обгоняет Pentium 4 3.0 в режиме 1204*768*32 с одной и той же видеокартой Radeon 9800Pro на целых 30%! А ведь это событие — впервые за много лет машина Apple смогла обойти одну из лучших Intel-систем в этом тесте.

Выводы

Без сомнения, новые PowerMac G5 достойны самого пристального внимания. Если Вы занимаетесь обработкой изображений, видео или звука, возможно, Apple PowerMac будут очень хорошим выбором. Эти системы обладают хорошо сбалансированным набором интерфейсов с высокой пропускной способностью, быстрой памятью и современными 64-разрядными процессорами. Даже в играх они показывают превосходную скорость. Слабое место PowerMac G5-программное обеспечение. Операционная система не позволяет в полной мере использовать 64-битные возможности G5, а доступные для этой платформы компиляторы, похоже, генерируют далеко не самый эффективный код. Если Вы не любитель ассемблера, а Вам  нужен быстрый компьютер для научных вычислений, возможно, лучше будет дождаться систем IBM на том же процессоре, или просто приобрести машину с процессорами Intel или AMD.