파워PC G4

파워PC G4(PowerPC G4)는 애플이 4세대 32비트 파워PC 마이크로프로세서를 설명하기 위해 이전에 사용했던 명칭이다. 애플은 이 이름을 프리스케일 (이전 모토로라의 일부)의 다양한 (하지만 밀접하게 관련된) 프로세서 모델에 적용했다. 모토로라와 프리스케일의 이 프로세서 제품군의 내부 명칭은 파워PC 74xx이다.

파워북 G4와 아이북 G4 랩톱, 파워 맥 G4와 파워 맥 G4 큐브 데스크톱과 같은 매킨토시 컴퓨터는 모두 이 프로세서에서 이름을 따왔다. 파워PC G4 마이크로프로세서는 EMac, 1세대 Xserve, 1세대 맥 미니, 그리고 파워PC 970이 도입되기 전의 아이맥 G4에도 사용되었다.

애플은 64비트 IBM 생산 파워PC 970 프로세서를 파워PC G5 시리즈의 기반으로 선택한 후 데스크톱 모델용 G4 시리즈를 완전히 단종시켰다. G4를 사용한 마지막 데스크톱 모델은 맥 미니였다. G4를 사용한 마지막 휴대용 모델은 아이북 G4였으며, 이는 인텔 기반 맥북 프로로 대체되었다. 파워북 G4는 인텔 기반 맥북 프로로 대체되었다.

파워PC G4 마이크로프로세서는 아미가원 시리즈 컴퓨터와 제네시의 페가소스와 같은 다른 컴퓨터 시스템에서도 인기가 많았다. 데스크톱 컴퓨터 외에도 파워PC G4는 라우터, 통신 스위치, 이미징, 미디어 처리, 항공 전자 공학 및 군사 응용 분야와 같은 임베디드 환경에서 인기가 많았으며, 이들 분야에서는 AltiVec 기술과 SMP 기능을 최대한 활용할 수 있었다.

프리스케일 PowerPC G4는 보잉 F/A-18E/F 슈퍼 호넷 전투기와 F-22 전투기에 탑재되었다.

파워PC 7400
파워PC 7400("Max"라는 코드명)은 1999년 8월에 처음 출시되었으며 "G4"라는 명칭을 사용한 첫 프로세서였다. 이 칩은 350~500 MHz의 속도로 작동하며, 모토로라의 0.20 μm HiPerMOS6 공정을 사용하여 제조된 1050만 개의 트랜지스터를 포함한다. 다이는 83 mm2 크기이며 구리 인터커넥트를 특징으로 한다.

모토로라는 애플에 최대 500 MHz 속도의 부품을 공급하겠다고 약속했지만, 초기에는 수율이 너무 낮은 것으로 판명되었다. 이로 인해 애플은 광고했던 파워 맥 G4의 500 MHz 모델을 회수해야 했다. 파워 맥 시리즈는 칩 문제가 해결되는 동안 프로세서 속도가 400, 450, 500 MHz에서 갑자기 350, 400, 450 MHz로 하향 조정되었다. 이 사건은 애플-모토로라 관계에 균열을 일으켰고, 애플이 모토로라 7400 시리즈 라인의 생산 수율을 높이기 위해 IBM에 지원을 요청하게 된 원인이 되었다고 한다. 500 MHz 모델은 2000년 2월 16일에 재도입되었다.

 디자인 
7400 디자인의 대부분은 모토로라가 애플 및 IBM과 긴밀히 협력하여 수행했다. AIM 얼라이언스의 세 번째 멤버인 IBM은 모토로라와 함께 서머셋 디자인 센터에서 칩을 설계했지만, 당시 벡터 처리 장치의 필요성을 느끼지 못했기 때문에 제조하지 않기로 결정했다. 궁극적으로 G4 아키텍처 디자인에는 모토로라가 AltiVec이라고 명명하고 애플 마케팅에서 "Velocity Engine"이라고 부르는 128비트 벡터 처리 장치가 포함되었다.

파워PC 970 (G5)은 IBM이 제조한 최초의 CPU로 VMX/AltiVec를 구현했으며, 이를 위해 IBM은 서머셋에서 모토로라와 함께 디자인했던 7400의 오래된 디자인을 재사용했다. 엑스박스 360의 제논 CPU도 VMX를 특징으로 하며, 마이크로소프트를 위해 특별히 추가된 독점 확장 기능을 포함한다. 2007년에 도입된 POWER6은 IBM의 첫 번째 "빅 아이언" CPU로 VMX를 구현한다.

AltiVec 장치를 통해 7400 마이크로프로세서는 단일 사이클에 4방향 단정밀도 (32비트) 부동 소수점 연산, 또는 16방향 8비트, 8방향 16비트, 4방향 32비트 정수 연산을 수행할 수 있다. 또한 벡터 처리 장치는 슈퍼스칼라이며, 동시에 두 개의 벡터 연산을 수행할 수 있다. 당시 인텔의 X86 마이크로프로세서와 비교하여, 이 기능은 AltiVec 장치를 활용하도록 설계된 애플리케이션에 상당한 성능 향상을 제공했다. 예를 들어, 어도비 포토샵은 AltiVec 장치를 사용하여 효과 및 전환을 더 빠르게 렌더링하고, 애플의 iLife 스위트는 이 장치를 활용하여 파일을 즉시 가져오고 변환한다.

또한 7400은 향상된 캐시 일관성 프로토콜 (MERSI)과 604 시리즈에서 일부 파생된 64비트 부동 소수점 장치 (FPU) 덕분에 대칭형 다중 처리 (SMP)를 지원한다. 603 시리즈는 32비트 FPU를 가지고 있었는데, 64비트 부동 소수점 연산을 수행하는 데 두 클럭 주기가 걸렸다.

파워PC G4 제품군은 두 가지 버스 기술을 지원하는데, 파워PC 600 및 파워PC 7xx 제품군과 공유하는 구형 60x 버스와 훨씬 더 발전된 MPX 버스이다. 60x 버스를 사용하는 장치는 6xx 또는 7xx 프로세서와 호환되도록 만들 수 있어 다양한 제품을 제공하고 호환성 문제를 최소화하면서 명확하고 저렴한 업그레이드 경로를 제공한다. 7xx 및 7xxx 컴퓨터용 시스템 컨트롤러를 제조하는 회사는 주로 툰드라의 Tsi1xx 컨트롤러와 마벨의 Discovery 컨트롤러이다.

파워PC 7410
파워PC 7410 "Nitro"는 7400의 저전력 버전이지만, 200 nm 대신 180 nm 공정으로 제조되었다. 7400과 마찬가지로 1050만 개의 트랜지스터를 가지고 있다. 2001년 1월 9일 파워북 G4에 처음 탑재되었다.

이 칩은 캐시 전체 또는 절반을 프로세서의 물리적 주소 공간에 매핑된 고속, 비캐시 메모리로 필요에 따라 사용할 수 있는 기능을 추가했다. 이 기능은 머큐리 컴퓨터 시스템즈와 같은 임베디드 시스템 공급업체에서 사용했다.

파워PC 7450
섬네일|150px|파워 맥 G4 CPU 모듈에 장착된 800 MHz (고속) 모토로라 파워PC 7450
섬네일|right|250px|파워PC G4e 디자인
파워PC 7450 "Voyager"/"V'ger"는 G4 프로세서의 유일한 주요 재설계였다. 3300만 트랜지스터 칩은 더 높은 클럭 속도를 달성하기 위해 7400의 실행 파이프라인(최소 4단계 대 7단계)을 상당히 확장했으며, 더 높은 명령어 지연 시간을 보상하기 위해 명령어 처리량(사이클당 2개 + 분기 대 3개 + 분기)을 개선했고, 외부 L2 캐시(최대 2MB 2방향 세트 연관, 64비트 데이터 경로)를 통합된 캐시(256KB 8방향 세트 연관, 256비트 데이터 경로)로 대체했으며, 외부 L3 캐시(최대 2MB 8방향 세트 연관, 64비트 데이터 경로)를 지원했고, 다른 많은 아키텍처적 개선 사항을 특징으로 했다. AltiVec 유닛은 7450에서 개선되었다. 7400/7410처럼 사이클당 하나의 벡터 퍼뮤트 명령어와 하나의 벡터 ALU(간단한 정수, 복합 정수, 부동 소수점) 명령어를 실행하는 대신, 7450과 그 모토로라/프리스케일 후속 제품은 두 개의 임의의 벡터 명령어(퍼뮤트, 간단한 정수, 복합 정수, 부동 소수점)를 동시에 실행할 수 있다. 이 칩은 2001년 1월 9일 733 MHz 파워 맥 G4와 함께 출시되었다. 모토로라는 7455와 마찬가지로 "Apollo 6"라는 코드명의 중간 버전인 7451을 출시했다. 초기 아미가원 XE 컴퓨터는 7451 프로세서와 함께 출고되었다.

745x 디자인의 개선 사항으로 인해 G4e 또는 G4+라는 별명이 붙었지만, 이는 공식 명칭이 아니었다.

파워PC 7445 및 7455
섬네일|190px|iMac G4 DVT 모델에 장착된 1.25 GHz (더 빠른) 샘플 7445 EVT 프로토타입

파워PC 7455 "Apollo 6"는 2002년 1월에 출시되었다. 더 넓은 256비트 온칩 캐시 경로를 특징으로 하며, 모토로라의 0.18 μm (180 nm) HiPerMOS 공정으로 구리 인터커넥트 및 SOI 기술을 사용하여 제조되었다. 애플 컴퓨터에서 1 GHz를 넘긴 최초의 프로세서였다.
7445는 L3 캐시 인터페이스가 없는 동일한 칩이다.
7455는 아미가원 XE G4와 듀얼 1 GHz 파워 맥 G4 (퀵실버 2002)에 사용되었다.

파워PC 7447 및 7457
파워PC 7447 "Apollo 7"는 7450/55에서 약간 개선되었으며, 512 KB 온칩 L2 캐시를 가지고 있고 130 nm 공정으로 SOI와 함께 제조되어 전력 소모가 적다. 5800만 개의 트랜지스터를 가지고 있다. 통합 열 다이오드와 DFS를 도입한 7447A를 통해 프리스케일은 약간 더 높은 클럭을 달성할 수 있었다. 7447B는 7447A에 더 높은 주파수 스케일링을 적용한 것으로, 공식적으로 최대 1.7 GHz, 오버클럭을 통해 쉽게 최대 2.4 GHz의 클럭 속도를 제공한다.FREESCALE PRODUCT BULLETIN 11161MC7447A/B/C Microprocessor MOS-13 HiP7SOI 41 - L25S / 42 - L25S / 53 – L25S / 55 – L25S / 58 – L25S Qualification Report 7457과 7457A는 추가 L3 캐시 인터페이스를 가지고 있으며, 7455 및 7450이 지원했던 2 MB에서 최대 4 MB의 L3 캐시를 지원한다. 그러나 애플이 L3 캐시를 지원하는 7455의 후속 제품인 7457을 사용하는 대신 7447을 선택하면서 주파수 스케일링은 정체되었다.

파워 맥 G4, 아이맥 G4, 파워 맥 G4 큐브용 업그레이드 형태로 7457을 제공하는 유일한 회사는 Giga Designs, Sonnet Technology, Daystar Technology (이들은 아이맥 G4 업그레이드용으로만 7457을 사용한다) 및 PowerLogix이다. 제네시의 페가소스 컴퓨터 플랫폼도 Pegasos-II/G4에 7447을 사용한다.

7457은 종종 아미가원 XE CPU 모듈을 수리하는 데 사용된다. 아이텍에서 공식적으로 7457 보드를 출시한 적이 없기 때문에 7457이 설치된 일부 아미가OS 소프트웨어는 아미가원을 페가소스 II 컴퓨터로 오인할 수 있다.

파워PC 7448

파워PC 7448 "Apollo 8"은 2005년 6월 첫 번째 프리스케일 기술 포럼에서 발표된 파워PC 7447B의 진화형이다. 개선 사항으로는 더 커진 1MB L2 캐시, 더 빠른 200MHz 프론트 사이드 버스, 그리고 더 낮은 전력 소비(1.7GHz에서 18W)가 있었다. 구리 인터커넥트와 SOI를 사용하는 90nm 공정으로 제작되었다.

파워PC 7448 사용자는 다음과 같다.

 Daystar는 고해상도 알루미늄 파워북 G4 업그레이드용 (Daystar의 저해상도 알루미늄 파워북 G4 업그레이드는 7448이 아닌 7447A를 사용했다)
 NewerTech는 파워 맥 G4 업그레이드용
 PowerLogix는 파워 맥 G4 큐브 업그레이드용
 시스코는 7200VXR 라우터용 NPE-G2 네트워크 프로세서 모듈에 사용
 시스코 7201 라우터
 Extreme Engineering Solutions는 XPedite6244 단일 보드 컴퓨터용
 Aitech는 C104 CompactPCI 단일 보드 컴퓨터용
 에머슨 네트워크 파워는 PmPPC7448 PMC 모듈용

 e600 

2004년에 프리스케일은 G4 코어의 이름을 e600으로 바꾸고, 일반 CPU에서 하이엔드 임베디드 SoC 장치로 초점을 변경하며 새로운 명명 체계인 MPC86xx를 도입했다. 7448은 마지막 순수 G4였으며, 7단계 3발행 파이프라인과 최대 16개의 명령어를 비순차적으로 처리하는 강력한 분기 예측 장치를 갖춘 새로운 e600 코어의 기반을 형성했다. 향상된 AltiVec 장치는 제한적인 비순차적 명령어 처리가 가능하며, 1MB L2 캐시를 가지고 있다.

 장치 목록 
이 목록은 알려진 G4 기반 디자인(최신 코어 e600 디자인 제외)의 전체 목록이다. 그림은 예시이며 실제 크기와는 다르다.

 이름  제조업체  이미지  공정  트랜지스터 수  다이 크기  코어 수  클럭  L2 캐시  L3 캐시소모 전력 패키지승수 출시일 MPC7400 모토로라 100px 0.20 μm 10.5 M 83 mm2 1 350–500 MHz 512–2048 kB 오프 다이 해당 없음4.6W @ 350MHz
5.3W @ 400MHz 360핀 CBGA2-8, 9 1999 06K531910K8298 IBM 100px 0.18 μm 10.5 M 1 400–500 MHz 512–2048 kB 오프 다이 해당 없음 360핀 CBGA 2000 MPC7410 모토로라프리스케일 100px 0.18 μm 10.5 M 52 mm2 1 400–550 MHz 512–2048 kB 오프 다이 해당 없음4.2W @ 400MHz
5.3W @ 500MHz 360핀 CBGA360핀 CLGA2-8, 9 2001 MPC7450MPC7451 모토로라 100px 0.18 μm 33 M 106 mm2 1 500–867 MHz 256 kB 0–2 MB 오프 다이11.6W @ 533MHz
14.5W @ 667MHz 483핀 CBGA0.5
2-8

9-16 2001 MPC7440MPC7441 모토로라 100px 0.18 μm 33 M 106 mm2 1 500–800 MHz 256 kB 해당 없음11.6W @ 533MHz
14.5W @ 667MHz 360핀 CBGA0.5
2-8

9-16 2001 MPC7455 모토로라 100px 0.18 μm SOI 33 M 106 mm2 1 600–1420 MHz 256 kB 0–2 MB 오프 다이13W @ 600MHz
21.3W @ 1GHz 483핀 CBGA0.5
2-8

9-16 2002 MPC7445 모토로라 100px 0.18 μm SOI 33 M 106 mm2 1 600–1420 MHz 256 kB 해당 없음13W @ 600MHz
21.3W @ 1GHz 360핀 CBGA0.5
2-8

9-16 2002 MPC7457 모토로라프리스케일 100px 0.13 μm SOI 58 M 98.3 mm2 1 867–1267 MHz 512 kB 0–4 MB 오프 다이14.8W @ 867MHz
18.3W @ 1267MHz 483핀 CBGA2-28 2003 MPC7447MPC7447/A 모토로라프리스케일 100px 0.13 μm SOI 48.6 M 83.9 mm2 1 600–1420 MHz600–1600 MHz 512 kB 해당 없음(7447A)
16W @ 1GHz

21W @ 1.42GHz 360핀 CBGA360핀 CLGA2-28 20032004 MPC7448 프리스케일 100px 90 nm SOI 90 M 58.44 mm2 1 1000–1700 MHz 1024 kB 해당 없음15W @ 1GHz
21W @ 1.7GHz 360핀 CBGA360핀 CLGA2-28 2005

 같이 보기 
 CPU 유형별 매킨토시 모델 목록

 각주 

 Diefendorff, Keith (1999년 10월 25일). "PowerPC G4 Gains Velocity". 마이크로프로세서 리포트. pp. 10–15.
 그웨냅, 린리 (1998년 11월 16일). "G4 Is First PowerPC With AltiVec". 마이크로프로세서 리포트.
 하프힐, 톰 R. (2005년 7월 5일). "PowerPC Ain't Dead Yet". 마이크로프로세서 리포트. pp. 13–15.

분류:파워PC 마이크로프로세서
분류:모토로라의 마이크로프로세서
분류:슈퍼스칼라 마이크로프로세서
분류:32비트 마이크로프로세서