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G4+, G5, Power4: Wie Apple wieder aufholt

08.12.2000 | 00:00 Uhr |

Im Rennen um den schnellsten Prozessor darf Apple nicht weiter ins Hintreffen geraten. Hilfe könnte von "Big Blue" kommen, denn IBMs Power4 sorgt für Aufregung unter den Prozessorherstellern. Jeder Chip beinhaltet zwei Prozessoren. Vier dieser Chips bilden ein Modul.

Götterdämmerung

Steve Jobs und sein Unternehmen wissen, dass in den nächsten Monaten der Wettbewerb im Gigahertz-Bereich an Stärke noch zunehmen wird. Motorolas Hauptkonkurrent Intel rüstet sich mit dem Itanium-Prozessor zum Angriff auf die Risc-Vormachtstellung, die Motorola so lange Zeit inne hatte. Der 64-Bit-Itanium-Prozessor wird sicherlich zunächst im Server- und High-End-Bereich zum Einsatz kommen, in diesen Markt will jedoch Apple mit seinem neuen Betriebssystem Mac-OS X ebenfalls drängen. Die dritte Kraft, AMD, schläft auch nicht. Unter der Bezeichnung Sledgehammer arbeiten die Entwickler und Designer derzeit an einem 64-Bit-Superprozessor, der Itanium Paroli bieten soll.
Apples Chancen, im Computerbereich wieder zur Performance-Spitze zurückzukehren sind geschwunden. Das Unternehmen ist derzeit auf seine Partner Motorola und IBM angewiesen, die jedoch unterschiedliche Wege gehen. Alternativen, wie die Crusoe-Chips der Prozessorenschmiede Transmeta eignen sich noch nicht für den Desktopeinsatz. Zwar könnte Apple an-
gepasste Versionen der Prozessoren ohne Kompatibilitätsprobleme in neuen Rechnern verwenden, leistungsmäßig dürften sie jedoch nicht an einen Pentium-4-Chip oder die nächste Generation der Itaniums und Sledgehammer heran kommen. Der Fokus dieser Prozessoren liegt aufgrund ihres geringen Stromverbrauchs vor allem auf dem mobilen Sektor - etwa für ein iBook.
Würde Apple, wie es mittlerweile häufig diskutiert wird, die Prozessorplattform zu Gunsten von Intel oder AMD wechseln, ginge dies nur zu Lasten der Kompatibilität. Das neue Betriebssystem Mac-OS X würde sich sicherlich auf die neue Plattform portieren lassen - an der Portierung des Mac-OS-X-Kerns "Darwin" arbeitet der Apple-Ingenieur Wilfredo Sanchez - für Mac-OS-9-Anwendungen würde das System jedoch eine Emulation benötigen. Die Classic-Umgebung des neuen Betriebssystems funktioniert nur auf der Power-PC-Plattform.

Motorolas Pläne

Der Schuldige an einem Prozessorendilemma ist meistens der Prozessorenhersteller. In Apples Fall machte sich Motorola sogar doppelt schuldig. Nachdem die G4-Prozessoren im letzten Sommer mit Pauken und Trompeten angekündigt wurden, zeigten sich nicht nur Bugs in den ersten G4-Versionen, sondern Motorola konnte den ehrgeizigen Auslieferungsfahrplan von Apple nicht einhalten. Gegenüber Macwelt kündigte Motorola im letzten Jahr an, dass im Februar 2000 die 500-MHz-Variante des G4-Chips in ausreichender Menge zur Verfügung stehen sollte. Chips mit 700 MHz waren für den Herbst 2000 vorgesehen. Zum Einsatz kamen sie bisher jedoch nicht.
Um im Gigahertz-Rennen nicht völlig hilflos zu erscheinen, entschloss sich Apple im Sommer 2000, G4-Systeme mit zwei Prozessoren auf den Markt zu bringen. Die Multiprozessor-Macs lassen sich unter Mac-OS 9 jedoch nur begrenzt auslasten. Während angepasste Anwendungen wie Photo-shop 6 oder Cinema 4D XL beide Prozessoren und auch die Vektoreneinheit Altivec benutzen können, ignorieren sie die meisten Programme. Abhilfe soll Mac-OS X schaffen. Das System nutzt gleichmäßig die Leistung beider Prozessoren.
Insider erwarten jedoch, dass Motorola die ersten 700-MHz-Systeme auf G4-Basis im ersten Quartal 2001 in ausreichender Menge zur Verfügung stellen kann. Sollte Steve Jobs also seine Keynote zur Macworld Expo 2001 mit den üblichen Überraschungen ("one more thing") ausstaffieren wollen, könnten es 700-MHz-Systeme sein.

Im Gigahertz-Bereich: Neuer G4

Der auf dem Microprozessor-Forum 1999 unter Motorola-internen Bezeichnung "V'Ger" vorgestellte G4+-Prozessor kam bei Apple noch nicht zum Einsatz. Wie der Pentium 4 soll auch der G4+ einen im Prozessor integrierten L2-Cache mit 256 KB beinhalten. Dieses Verfahren kommt bereits bei den iBooks mit G3-Prozessoren zum Einsatz, hier fehlt aus Kostengründen jedoch der Level-3-Cache. Kombiniert nun Apple in einem G4-System einen Level-1-, mit einem integrierten Level-2- und einem 2 MB großen Level-3-Cache, ist ein weiterer Leistungsschub zu erwarten. Darüber hinaus soll dieser Prozessor eine Fertigungsdichte von 0,18 Mikron haben sowie drei zusätzliche Integer-Stage-Pipelines und zwei neue Integer-Ausführungseinheiten.

MPC 7410 = G4\+\?

Bereits in einer 500-MHz-Ausführung verfügbar ist Motorolas Prozessor MPC 7410, den der Hersteller auf Grund seiner erweiterten Bandbreite für Netzwerkanwendungen vorsieht. Motorolas US-Presse-Sprecherin Jennifer Richter sagte gegenüber Macwelt, dass es bislang kein MPC-7410-Abkommen zwischen Motorola und Apple gäbe. Einen Einsatz in Power Macs wollte sie jedoch nicht ausschließen. Technisch gesehen stellt der MPC 7410 eine weitere Evolutionsstufe der G4-Familie dar. Er ist der erste G4-Chip, der mit 0,18 Mikron (HiP6) hergestellt wird und damit den Daten des "V'Ger" entspricht. Laut Motorola handelt es sich bei dem MPC 7410 um die zweite Generation der G4-Baureihe. Im Gegensatz zur ersten Generation sind die Prozessoren der zweiten Generation in der Lage, gleichzeitig vier Anweisungen pro Taktzyklus (1. Generation: drei Anweisungen) aus dem Befehls-Cache auszuführen.
In der Pressemitteilung vom 26. September 2000 gab Motorola weitere Details zu diesem Prozessor bekannt. Grundsätzlich platziert der Hersteller den Prozessor als Chip für so genannte Smart Networks. Gemeint sind damit Netzanwendungen, in
denen es vor allem auf die Server-Performance ankommt. Genau in diesem Bereich hat Motorola den Chip auch modifiziert. Gegenüber der G3-Klasse wechseln die Daten über den Prozessorbus um ein fünffaches schneller. Motorola gibt für den MPX System Bus eine maximale Bandbreite von 6,4 Gigabit pro Sekunde an.

Hoffnungsvoll: Projekt "Apollo"
Während der MPC 7410, der momentan nur mit bis 400, 450 und 500 MHz erhältlich ist, wahrscheinlich im

Januar mit Taktraten von bis 600 bis 700 MHz auf den Apple-Markt kommen wird, stellt er jedoch nicht Motorolas letztes Wort im G4-Bereich dar. Das Unternehmen arbeitet derzeit fieberhaft an der Fertigstellung eines G4-Chips mit SOI-Technologie unter der Bezeichnung Apollo oder G4e. Die SOI-Initiative (Silicon on Insulator) stellte Motorola auf dem Micro Prozessorforum 2000 in San Jose vor.
Laut David Bearden, Ingenieur des Motorola Somerset Design Centers für Power-PCs, arbeitet sein Unternehmen derzeit Apollo-Chips mit Gigahertz-Leistung. Das Chipdesign basiert auf dem "V'Ger"-Modell, das Motorola 1999 vorgestellt hat. Die Taktsteigerung basiert vor allem auf der SOI-Technologie, mit der sich höhere Leistungen bei weniger Stromverbrauch realisieren lassen. Nach Angaben des Motorola-Ingenieurs sollen SOI-Chips um bis zu 22 Prozent schneller sein als vergleichbare Chips ohne SOI. Gleichzeitig sollen sie bis zu 30 Prozent weniger Strom verbrauchen als die Prozessoren ohne SOI.

Wie schnell Apollo und V'Ger sind

Bei einer Taktrate von rund 700 MHz wird der MPC 7410 jedoch nicht zu den Leistungsträgern von AMD und Intel aufschließen können. Während der Pentium 4 mit 1,5 GHz bei dem veralteten SPECmark-95-Werten eine Leistung von rund 70-80 SPECint95 und 60-70 SPECfp95 erreicht, dürfte der MPC 7410 mit 700 MHz im Integer- und Fließkomma-Bereich jeweils auf 35-40 Punkte kommen. Zum Vergleich: Ein G4 der ersten Generation erreicht bei einer Taktrate von 450 MHz rund 21 SPECint95 und 20 SPECfp95. Das ernüchternde Fazit: Apples nächster Prozessor ist nach diesen Tests leistungsmäßig auf dem Stand der Konkurrenz von Ende 1999.
Mit dem Apollo-Prozessor gewinnt Motorola bei einer Taktung von 700 MHz nochmals 20 Prozent an Leistung. Bei einer Taktrate im Gigahertz-Bereich würden die Prozessoren durchaus mit den derzeit schnellsten Athlon-Chips von AMD gleichziehen können. AMD wird jedoch seinen Entwicklungsvorsprung von 6 bis 12 Monaten nicht aufgeben, sondern ebenfalls wie Intel an zwei Gigahertz-Chips arbeiten. Das ist ein Vorteil, den Apple mit Dualprozessor-Rechnern und der Altivec-Einheit in einigen Bereichen ausgleichen kann. Um allerdings die 3D-Leistung des Pentium-4-Prozessors zu
erreichen, muss Apple den Takt des Systembusses erhöhen. Insider gehen davon aus, dass Apple mit den neuen Chips auch ein neues Motherboard mit einem schnelleren Bus vorstellen wird.

Quantensprung mit G5

Den Abstand zur Konkurrenz kann Motorolas mit dem neuem G5-Prozessor verringern, wahrscheinlich Intel und AMD damit überholen. Der 64-bit-fähige G5 kommt mit einer neuen Bus Topologie und soll für mehr Bandbreite sorgen. Gegenüber Macwelt sagte Motorola-Sprecher Paul Clark, dass der G5-Chip aufgrund seiner Software-Programmierung weitaus flexibler sein wird als der aktuelle G4. Damit kann der Hersteller den Chip ohne große Probleme kurzfristig optimieren. Auch der Herstellungsprozess soll anders als bei der Umstellung auf die G4-Plattform keine Probleme aufwerfen. Clark sagte auch, dass der G5-Prozessor mit mehr als 2 Gigahertz takten wird. Außerdem stelle er die Ablösung für den Apollo-Chip dar, der bis 1,5 GHz ausgelegt sei.

Was IBM plant

Nicht nur Motorola, sondern auch IBM forscht an neuen Power-PC-Prozessoren. Nachdem Motorola jedoch 1998 das gemeinsam mit IBM betriebene Forschungslabor Somerset vollständig übernommen hatte, konzentrierte sich IBM auf die Weiterentwicklung der G3-Prozessoren. Diese übertreffen mittlerweile die Geschwindigkeit der ersten G4-Generation. Den G3s von IBM fehlt jedoch die Vektoreinheit Altivec, die insbesondere in Grafikanwendungen wie Photoshop für sehr gute Resultate sorgt.
Power 4 kommt gewaltig
Der größte Computerhersteller der Welt arbeitet jedoch auch an neuen Lösungen, die Intels Pentium 4 und Itanium I64 oder AMDs Sledgehammer das Fürchten lehren sollen. Erste Informationen zur neuen Prozessorgeneration gab IBM während des Microprozessor-Forums 1999 und 2000 bekannt. Der Codename des 64-Bit-Chips ist Power 4 und damit klingt er nicht nur ähnlich wie Power PC, sondern ist auch aus
dieser Prozessorenfamilie erwachsen. Das Hauptziel der Power-4-Entwicklung war es, alle Flaschenhälse, die die aktuellen Hochleistunsprozessoren einbremsen, zu minimieren. IBM hat sich deshalb darauf konzentriert, die Bandbreite des Prozessors zu erhöhen. Daten sollen nicht nur schneller verfügbar sein, sondern auch schneller zwischen Hauptspeicher, Cache und Prozessorkern fließen.
Keith Deiffendorff, Chefredakteur des Newsletters Microprocessor Design, zeigte sich von IBMs Power4-Konzept tief beeindruckt: "Der Power 4 ist ein phänomenales Stück an Ingenieursarbeit." Die Eckdaten sind in der Tat sehr beeindruckend. Während etwa der Pentium 4 mit 42 Millionen Transistoren auf einem Chip die Messlatte für die Konkurrenz bereits beträchtlich nach oben gerückt hat, verfügt der G4-Prozessor der ersten Generation über 6,5 Millionen, und IBM will den ersten Platz mit 170 Millionen Transistoren erobern. Um dieses Ziel zu erreichen setzt der Hersteller auf 0,18 Mikron auf "Silicon on Insulator"-Basis, die auch in Motorolas neuem Apollo-Prozessor zum Einsatz kommen soll.
Der Prozessor selbst, besteht eigentlich aus zwei Prozessoren, die fünf Anweisungen pro Taktzyklus ausführen können sollen. Damit übertrifft IBM auch Motorolas zweite G4-Generation (MPC 7410), die es auf vier Anweisungen bringt. Ein weiterer Vorteil: Der Prozessor findet die effizienteste Weise zur Ausführung der Anweisungen und verzichtet auf eine starre Ausführungsreihenfolge.
Der Power-4-Chip will auch bei der Bandbreite innerhalb des Prozessors Rekorde setzen. Mit 100 Milliarden Byte (100 GB) pro Sekunde kann der Power 4 etwa die Daten von 20 Kinofilmen pro Sekunde vom Prozessor-Cache in den Prozessorkern bewegen. Damit diese Leistungen möglich werden, verwendet IBM drei unabhängige Level 2-Caches mit wahrscheinlich jeweils 500 KB. Der externe Level 3-Cache und der Hauptspeicher verwenden ebenfalls eine Hochgeschwindigkeitsverbindung. In Fachkreisen spricht man von einem Systembus mit 500 MHz. IBM will darüber hinaus vier dieser Power-4-Prozessoren auf einem Multichipmodul unterbringen, das damit rund 115 Millimeter breit sein wird. Die Einheiten werden über 128-Bit-Verbindungen verküpft, die die Daten mit halbem Prozessor-
takt transportieren können sollen. Die Taktrate will IBM mit 1 GHz jedoch relativ konservativ ansetzen. Technisch möglich sind Raten bis zu 1,5 GHz.

Kraftpaket: Power4 und Mac-OS X

Der Power-4-Chip eignet sich nach Aussagen von IBM für Server-Systeme, in denen es vor allem um Server-Performance geht. Das ist auch der Grund, warum IBM den Power4 in Verbindung mit seinen RS/6000- und AS/400-Baureihen im ersten Halbjahr 2001 auf den Markt bringen will. Eine 64-Bit-Linux-Variante ist ebenfalls geplant.
Dennoch kann sich auch Apple Hoffnungen machen. Der Power 4 könnte die Grundlage für eine Mac-Server-Generation mit dem Betriebssystem Mac-OS X bilden. Zwar müsste Apple Mac-OS X an den Power 4 anpassen, der Aufwand wäre jedoch um ein Vielfaches geringer als eine Portierung des Systems in das Itanium- oder Sledgehammer-Lager der Konkurrenz. Der Power4 könnte auch der Grund sein, warum sich Apple bislang nicht zur Zukunft der Server-Version von Mac-OS X, die derzeit keine Classic-Umgebung zum Ablauf von Mac-OS-9-Programmen enthält, geäußert hat. IBM hat bereits an ausgewählte Kunden Prototypen des Prozessors geliefert. Apple könnte diese Zeit genutzt haben, um fürs erste Halbjahr 2001 seine Software- und Hardwareanstrengungen in einer neuen Produktreihe von Workgroup- oder Internet-Servern münden zu lassen.
Preislich würde ein Power-4-Mac-OS-X-Server jedoch weit über den heutigen Desktop-Systemen liegen. Apple müsste erstmals seit langer Zeit ein neues Produkt im fünfstelligen Preissegment ankündigen. Der Anschluss an die Konkurrenz wäre damit al-lerdings geschafft. Diese Strategie würde übrigens auch erklären, warum Softwarehersteller wie Alias|Wavefront ihre 3D-Anwendungen auf die Mac-OS-X-Plattform bringen. Ein schnelleres Rendering-System als ein Power-4-befeuerter Mac-OS-X-Rechner lässt sich nur schwer vorstellen.

Fazit

Mit dem Pentium 4 vergrößert Intel den Vorsprung auf Motorola und Apple. IBM und Motorola arbeiten jedoch an Chips, die der Mac-Plattform zu neuem Glanz verhelfen könnten. Fest steht jedoch, dass 2001 der erste Gigahertz-Mac auf den Markt kommen wird. In Verbindung mit einem schnellen Bussystem und entsprechender Bandbreite, können Macs dann der Konkurrenz in allen Disziplinen Paroli bieten.

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