PowerPC 7xx

A PowerPC 7xx a 32 bites PowerPC mikroprocesszorok harmadik generációs családja; az IBM és a Motorola tervezte és gyártotta (a Motorola félvezetőgyártó részlege 2004-től önálló cégként kezdett működni, Freescale Semiconductor néven, folytatva a processzorok gyártását). Ezt a családot az Apple Inc. PowerPC G3 néven forgalmazta, és 1997. november 10-én mutatta be. A „PowerPC G3” jelentése kissé elmosódott, sokan – hibásan – úgy képzelik, hogy egy mikroprocesszort takar, miközben valójában több, különböző gyártóktól származó mikroprocesszor tartozik ezek közé. Ilyen jelölést kaptak az Apple számítógépek egyes típusai is, mint például a PowerBook G3 és az iBookok, illetve néhány asztali gép, beleértve az iMac G3 sorozatot, a „bézs“ és „kék-fehér“ Power Macintosh G3 modelleket. Az alacsony energiaigény és kis méret a processzorokat ideálissá tette a laptopokban való felhasználásra, és a család utolsó tagjait az Apple iBook (G3) modellekbe szerelték.

A 7xx család tagjait szintén széles körben használták beágyazott eszközökben, így printerekben, routerekben, tárolóeszközökben, űreszközökben^[1] és videójáték-konzolokban.

A 7xx családnak megvoltak a maga gyengeségei, például az SMP támogatás és SIMD lehetőségek hiánya és a viszonylag gyenge FPU. A Motorola 74xx processzorsorozat a 7xx folytatása.

Processzorok

PowerPC 740/750

300 MHz-es Motorola PowerPC 750 processzor lapkán kívüli L2 gyorsítótárral, a Power Mac G3 CPU modulján

A PowerPC 740 és 750 (kódnevén Arthur)^[2] 1997 végén lett bevezetve, amely a PowerPC 603e processzort váltotta fel. A továbbfejlesztések között található egy gyorsabb (66 MHz-es) 60x rendszersín, nagyobb L1 gyorsítótárak (32 KiB utasítás és 32 KiB adat), egy második fixpontos egység, egy továbbfejlesztett lebegőpontos egység, és a magasabb elérhető magfrekvencia. A 750 egy opcionális 256, 512 vagy 1024 KiB méretű külső egyesített L2 gyorsítótárat támogat. A gyorsítótár-vezérlő és gyorsítótár-címkék a lapkán helyezkednek el. A gyorsítótár elérése egy dedikált 64 bites sínen keresztül történik.

A 740 és 750 dinamikus elágazásbecsléssel rendelkezik, amelyet egy 64 bejegyzéses elágazási célutasítás-gyorsítótár (branch target instruction cache, BTIC) támogat. Az elágazáskezelő rendszer az elágazások kimenetelének eredményét egy 512 bejegyzés × 2 bites elágazástörténet-táblában (BHT) helyezi el. A dinamikus elágazásbecslés ennek a BHT táblának a bejegyzéseit, az elágazások feljegyzett korábbi kimenetelét használja az aktuális elágazás eredményének jóslására. A BTIC az elágazási címen lévő első két utasítást tárolja.

A 740/750 modellek 6,35 millió tranzisztort tartalmaznak; kezdetben ezeket az IBM és a Motorola gyártotta alumínium-alapú gyártási eljárással. A lapka mérete 67 mm² 0,26 µm-es folyamatban, órajele eléri a 366 MHz-et, 7,3 W fogyasztás mellett.

1999-ben az IBM 0,20 µm-es folyamattal és réz fémezéssel készült változatokat kezdett gyártani; ezekben a maximális órajelfrekvencia 500 MHz-re nőtt, a fogyasztás 6 W-ra, a lapkaméret pedig 40 mm²-re csökkent.

A 740-es teljesítménye kicsivel jobb volt, a fogyasztása és a lapkamérete viszont kisebb, mint a Pentium II processzoré. A 750-es lapkán kívüli L2 gyorsítótára közel 30%-kal növeli a teljesítményt a feladatok többségében. A kialakítás igen sikeres volt, fixpontos teljesítménye rövidesen meghaladta a PowerPC 604e-ét, emiatt a 604-es egyik tervezett utódjának fejlesztését meg is szüntették.

Az Apple saját „G3” márkaneve alatt használta a PowerPC 740-et és a 750-et. Mivel a PowerPC 740 teljesen lábkompatibilis^[3] a régebbi 603-assal, ez lehetővé tette a PowerBook 1400, 2400 modellek, sőt még a PowerPC 603e processzoros PowerBook 500 egyszerű feljavítását (upgrade). A 750-es 360 tűs ball grid array (BGA) tokozást kapott, mivel a bele épített L2 gyorsítótár-sín több csatlakoztatást igényelt. A G3-at – PowerPC 750 processzort – sok Apple számítógépben használták, például az eredeti iMac-et is ezzel szerelték.

RAD750

Bővebben: RAD750

A RAD750 egy a PowerPC 750-en alapuló sugárzástűrő processzor illetve egykártyás számítógéprendszer. Magas sugárzású környezetekben, például műholdak és más űreszközök fedélzeti számítógépeiként való felhasználásra tervezték. A RAD750 2001-ben jelent meg kereskedelmi termékként. A Mars Science Laboratory és Mars Reconnaissance Orbiter űreszközök fedélzeti számítógépeiben is RAD750-es processzor működik.^[4]

A processzor 10,4 millió tranzisztorból áll, a BAE Systems gyártja, 250 vagy 150 nm-es folyamattal; lapkájának felülete 130 mm², órajele 110-től 200 MHz-ig terjedhet. A CPU 200 000–1 000 000 rad sugárzási szintet képes elviselni, üzemi hőmérséklete −55 és 125 °C között lehet. A RAD750 processzorok ára meghaladhatja a 200 000 amerikai dollárt: a magas ár főleg a PowerPC 750 architektúra sugárzás elleni védelemmel ellátott kiadásainak tervezéséből és gyártásából adódik, és ehhez hozzájárul a minden egyes legyártott processzorcsipet érintő kiterjesztett ellenőrzés.

PowerPC 745/755

Motorola 1998-ban átdolgozta a 740/750 kialakítást és lekicsinyítette a lapkaméretet 51 mm²-re, egy újabb 0,22 µm-es alumínium alapú gyártási folyamat alkalmazásával. Az elérhető sebesség max. 600 MHz-re növekedett. A 755-öst néhány iBook típusba építették. Ez után a modell után a Motorola úgy döntött, hogy nem fejleszti tovább a 750-es processzorokat, hanem inkább saját PowerPC 7400 processzorai és más magok fejlesztését folytatja.

PowerPC 750CX

Az IBM tovább folytatta a PowerPC 750 vonal fejlesztését, 2000-ben bemutatta a PowerPC 750CX (kódnevén Sidewinder) processzort. Ennek 256 KiB lapkára épített/integrált L2 gyorsítótára van; ez megnövelte a teljesítményt, míg csökkentette az energiafogyasztást és a bonyolultságot. 400 MHz-en fogyasztása 4 W alatt marad. A 750CX 20 millió tranzisztorból áll, az L2 gyorsítótárat is beleértve. Lapkamérete 43 mm², egy 0,18 µm-es réz vezetős folyamattal készült. A 750CX processzort egyetlen iMac és iBook revízióban alkalmazták.

PowerPC 750CXe

533 MHz-es PowerPC 750CXe nagy teljesítményű Ball Grid Array tokozásban

A 2001-ben bemutatott 750CXe (kódnevén Anaconda) a 750CX egy kisebb módosítása, amelyben az elérhető frekvenciát 700 MHz-re, a memóriasín frekvenciáját 100 MHz-ről 133 MHz-re emelték. A 750CXe-ben javítottak a lebegőpontos teljesítményen is a 750CX-hez képest.^[5] Több iBook modellben és az utolsó G3 alapú iMac-ben használták ezt a processzort.

A 750CXe-nek létezett egy alacsonyabb árú változata is, a 750CXr, amely kisebb frekvenciákon működött.

Gekko

Bővebben: Gekko (mikroprocesszor)

A Gekko a Nintendo Nintendo GameCube játékkonzol egyedi központi processzora. A PowerPC 750CXe processzoron alapul: utasításkészletében közel 50 új utasítást tartalmaz, egy módosított FPU-val rendelkezik, amely képes bizonyos SIMD funkcionalitásra. 256 KiB lapkára épített L2 gyorsítótára van, a processzor 485 MHz-es, a memóriasín 162 MHz-es órajelen működik, az IBM gyártotta (2007-ig) egy 180 nm-es folyamattal. Lapkájának mérete 43 mm².

PowerPC 750FX

A 750FX (kódnevén Sahara) 2002-ben jelent meg. Jellemzői a megnövekedett frekvencia: az órajel elérheti a 900 MHz-et, a sín sebessége a 166 MHz-et, és el van látva egy max. 512 KiB lapkára épített/integrált L2 gyorsítótárral. Memória-alrendszerét számos további javítással is ellátták: továbbfejlesztett és gyorsabb (200 MHz-es) 60x sínvezérlőt kapott, az L2 gyorsítótár sínje szélesebb lett, és a rendszer képes az L2 gyorsítótár részeinek lezárására.^[5] Gyártása 0,13 µm-es réz alapú low-K dielektrikumos eljárással és szilícium szigetelőn (SoI) technológiával történt. A 750FX 39 millió tranzisztorból áll, lapkájának mérete 35 mm², fogyasztása kevesebb mint 4 W 800 MHz-en, tipikus munkafeladatokban. Ez volt az Apple által (az iBook G3-ban) használt utolsó G3 típusú processzor.

A 750FX alacsony fogyasztású változata is rendelkezésre állt, 750FL néven.

750FX processzor működteti a NASA Orion Multi-Purpose Crew Vehicle űrhajóját.^[6] Az Orion a Honeywell International Inc. eredetileg a Boeing 787-es sugárhajtású utasszállító repülőgép számára kifejlesztett fedélzeti számítógépét használja.

PowerPC 750GX

A 750GX (kódnevén Gobi) processzor 2004-ben volt bemutatva, mint a legutolsó és leghatékonyabb 7xx processzor az IBM-től. Ebben lapkára épített 1 MiB L2 gyorsítótár szerepel, legnagyobb órajel-frekvenciája 1,1 GHz, max. 200 MHz sín-sebességet támogat, és egyéb fejlesztéseket is kapott a 750FX-hez képest. 0,13 µm-es réz fémezésű folyamattal készült, low-K dielektrikum és szilícium szigetelőn (silicon on insulator, SOI) technológia alkalmazásával.

A 750GX 44 millió tranzisztorból áll, lapkamérete 52 mm², fogyasztása kevesebb mint 9 W 1 GHz-en, tipikus terhelés mellett.

Kis fogyasztású verziója is megjelent, 750GL néven.

PowerPC 750VX

A 750VX (kódnevén Mojave) egy híreszteléseken alapuló, nem megerősített és meg sem jelent típus a 7xx vonalból. Ez lett volna a vonal addigi leghatékonyabb tagja, max. 4 MiB csipen kívüli harmadik szintű gyorsítótárral, 400 Mhz-es DDR előoldali sínnel és a PowerPC 970-ben alkalmazott AltiVec implementációval. A várakozások szerint órajele elérte volna az 1,8 GHz-et (kezdéskor az 1,5 GHz-et), további futószalag-állapotokkal és fejlett energiagazdálkodás jellemzőkkel rendelkezett volna.^[7] A hírek szerint elkészült és gyártásra kész állapotban volt 2003 decemberében, de ez az időpont már túl késő volt, hogy jelentős számú megrendelést kapjon, mivel az Apple iBook sorozata átváltott a G4-esekre még ugyanaz év októberében, így ez a processzor gyorsan kikerült a fejlesztési tervből. Soha nem hozták forgalomba és semmi hír nem jelent meg róla azóta.

Voltak tervezett utódai, mint a 750VXe, ami túllépte volna a 2 GHz-es órajelet.

PowerPC 750CL

A 750CL továbbfejlesztett 750CXe: sebessége 400 MHz és 1 GHz között jár, max. 240 MHz-es rendszersínt támogat, L2 gyorsítótára támogatja az előzetes utasításkód-lehívást, és a grafikát segítő utasításokkal egészítették ki. Mivel a hozzáadott grafikai funkciók közel azonosak a Gekko processzorban találhatókkal, nagyon valószínű, hogy a 750CL ugyanannak a processzornak egy zsugorított (kisebb csíkszélességű folyamatra konvertált) általános célú változata.

A 750CL egy 90 nm réz alapú, low-K dielektrikumot alkalmazó szilícium szigetelőn (SoI) technológiával készült. Tranzisztorszáma 20 millió, lapkamérete 16 mm². Fogyasztása max. 2,7 W 600 MHz-en, 9,8 W 1 GHz-en.^[8][9]

Broadway

Ez a Broadway processzor a New York-i East Fishkill-ben készült, de az IBM kanadai üzemében tokozták, a fémborító felirata szerint

Bővebben: Broadway (mikroprocesszor)

A Nintendo Wii CPU-ja látszólag azonos a 750CL-lel, ám ez 729 MHz-en fut, a bolti 750CL által nem támogatott frekvencián. Mérete mindössze 4,2 x 4,5 mm (18,9 mm²), a „Gekko” mikroprocesszor méretének (43 mm²) kevesebb mint fele. A GameCube első kiadásában található.^[10]

Espresso

Bővebben: Espresso (mikroprocesszor)

A Nintendo Wii U konzol CPU-ja a feltételezések szerint a Broadway architektúra valamely továbbfejlesztett változata. A többségében meg nem erősített információk szerint ez egy három magos processzor, 1,24 GHz-en fut és 45 nm-es eljárással készül.

A jövő

Az IBM újabban nem teszi közzé a 750-es család fejlesztési tervét, amivel az egyedi processzorgyártó képet igyekszik erősíteni. Az IBM erőforrásait tekintve a 750-es magot továbbra is fejleszteni és gyártani fogják, amíg erre kereslet mutatkozik. Az IBM konkrétan nem tervezi a hétköznapi 750-alapú mikroprocesszorok gyártását 90 nm-nél kisebb csíkszélességű technológiával, ezzel gyakorlatilag kivezeti ezt a piacról, amelyben ez a csip hálózati eszközökként még versenyképes lenne. Ugyanakkor az IBM elkészítette az Espresso processzort a Nintendónak, ami egy 750-alapú kialakítás, olyan javításokkal, mint a multiprocesszoros támogatás (az alkatrész hárommagos), új 45 nm gyártási eljárás és eDRAM a szabályos L2 gyorsítótár helyett – ám nem ismert, hogy vannak-e további változtatások a kialakításon.

A Freescale Semiconductor megszüntetett minden a 750-es kialakítással kapcsolatos fejlesztést, saját PowerPC e500 magon alapuló vonalának érdekében (PowerQUICC III).

Eszközlista

Ez a lista az ismert 750-alapú kialakítások teljes listája. A képek csak illusztrációk és nem méretarányosak.

Név	kódnév	gyártó	kép	gyártási folyamat	tranzisztorok	lapkaméret	magok	órajel	FSB	L2 gyorsítótár	fogyasztás	tok	bevezetés
PPC750 MPC750	Arthur	IBM Motorola		0,25 µm-es Al	6,35 millió	67 mm²	1	233 - 366 MHz	66 MHz	256 - 1024 kB lapkán kívüli fél sebesség	7,3W @ 366 MHz	360 tűs CBGA	1997
PPC740 MPC740	Arthur	IBM Motorola		0,25 µm-es Al	6,35 millió	67 mm²	1	233 - 366 MHz	66 MHz	nincs L2 gyorsítótár	7,3W @ 366 MHz	255 tűs CBGA	1997
MPC755	Doyle	Motorola Freescale		0,22 µm-es Al	6,75 millió	51 mm²	1	300 - 400 MHz	66 MHz	256 - 1024 kB lapkán kívüli fél sebesség	5,4W @ 400 MHz[11]	360 tűs PBGA 360 pin CBGA	1998
MPC745	Conan	Motorola Freescale		0,22 µm-es Al	6,75 millió	51 mm²	1	300 - 350 MHz	66 MHz	nincs L2 gyorsítótár	5,4W @ 400 MHz[11]	255 tűs PBGA	1998
PPC750L	Lonestar	IBM		0,20 µm-es Cu	6,35 millió	40 mm²	1	300 - 533 MHz[12]	100 MHz	256 - 1024 kB lapkán kívüli fél sebesség	6W @ 500 MHz[13]	360 tűs CBGA	1999
PPC740L	Lonestar	IBM		0,20 µm-es Cu	6,35 millió	40 mm²	1	300 - 533 MHz	100 MHz	nincs L2 gyorsítótár	6W @ 500 MHz	255 tűs CBGA	1999
PPC750CX PPC750CXe PPC750CXr PPCDBK	Sidewinder Anaconda Gekko	IBM		0,18 µm-es Cu	20 millió (L2 gyorsítótárral együtt)	42,7 mm²	1	350 - 600 MHz 366 - 700 MHz 300 - 533 MHz 486 MHz	100 MHz 133 MHz 133 MHz 162 MHz	256 kB	4,2W @ 400 MHz[14] 6 W @ 600 MHz[15] 7,8 W @ 533 MHz[16] 4,9W @ 486 MHz	256 tűs PBGA	2000 2001 2003 2001
RAD750		BAE Systems		0,25 µm-es - 0,15 µm-es	10,4 millió	130 mm²	1	110 - 200 MHz	66 MHz[17]	0 - 1024 kB lapkán kívüli	5 W @ 133 MHz[18]	360 tűs CBGA sugárzástűrő	2001
PPC750FX PPC750FL	Sahara	IBM		0,13 µm-es SOI	38 millió (L2 gyorsítótárral együtt)	34,3 mm²	1	600 - 900 MHz 600 - 733 MHz	166 MHz	512 kB	5,4 W @ 800 MHz[19] 5,1 W @ 733 MHz[20]	292 tűs CBGA	2002 2007
PPC750GX PPC750GL	Gobi	IBM		0,13 µm-es SOI	74 millió (L2 gyorsítótárral együtt)	52,5 mm²	1	733 - 1000 MHz 800 - 933 MHz	200 MHz	1024 kB	8,3 W @ 1000 MHz[21] 6,5 W@ 933 MHz[22]	292 tűs CBGA	2003 2005
PPC750CL Broadway		IBM		90 nm SOI	20 millió (L2 gyorsítótárral együtt)	15,9 mm²	1	400 - 1000 MHz 729 MHz	240 MHz 243 MHz	256 kB	10,5 W (max) @ 1 GHz[23] 3,9 W @ 729 MHz[24]	278 tűs PBGA	2006
Espresso		IBM		45 nm SOI	60 millió (?)	27,7 mm²	3	1243 MHz 1243 MHz 1243 MHz	?	512 kB 2048 kB 512 kB	?	PBGA MCM	2012