MPF: Motorola Apollo G4 mit 1 GHz

Motorola hat auf dem Microprocessor Forum 2000 den Prozessor Apollo G4 vorgestellt. Durch den Einsatz der Silicon-on-Insulator-Technik (SOI) durchbricht nun auch Apples Prozessorlieferant die 1-GHz-Grenze. Die Architektur des Apollo G4 basiert auf der bereits auf dem MPF 1999 vorgestellten V'Ger-Architektur von Motorola, die aber nur bis 700 MHz reicht.

Zu den Hauptmerkmalen der Apollo-Architektur zählen eine 7-stufige Pipeline sowie elf Ausführungseinheiten (Execution Units). Darunter befinden sich auch die vier AltiVec-Einheiten, die Multimedia- und Grafikanwendungen beschleunigen sollen. Die AltiVec-Architektur von Motorola kann 128-Bit Wörter verarbeiten. Ähnlich zu Intels MMX/SSE-Erweiterung wurden für Motorolas Vektor-Unit insgesamt 162 spezielle Instruktionen entwickelt. AltiVec mit ihren 128 Bit breiten Registern kann bis zu 16 Befehle gleichzeitig in einem einzigem Taktzyklus verarbeiten. Um diese Architektur nutzen zu können, muss man die genutzte Software jedoch optimieren und neu kompilieren.

Der L1-Cache des Apollo ist aus einem je 32 KByte großen Cache für Daten und Befehle aufgebaut. Ein 256 Bit breiter Datenpfad verbindet den L1-Cache mit dem L2-Cache. Letzterer befindet sich ebenfalls auf dem Die und ist 256 KByte groß. Zusätzlich unterstützt der Apollo einen bis zu 2 MByte großen L3-Cache mit einer Bandbreite von 5,3 GByte/s.

Um höhere Taktfrequenzen zu erreichen, verbindet der Apollo G4 die V'Ger-Architektur mit der SOI-Technologie. Mit Hilfe dieser Technik lässt sich die Rechenleistung bei gleicher Architektur um 20 bis 30 Prozent steigern und die Verlustleistungsaufnahme senken. Zudem kann man damit Effekte überwinden, die die fortschreitende Skalierung und Leistungssteigerung der Bauelemente behindern könnten.

SOI-Technologien nutzen eine vergrabene Oxid-Schicht für die vollständige dielektrische Isolation jedes einzelnen Bauelements in einer integrierten Schaltung. Damit sind niedrige Spannungen, geringe Ladungen und somit auch schnellere Transistor-Schaltzeiten möglich.

Aufbau eines CMOS-Transistors.

Die herkömmlichen CMOS-Siliziumtechnologien werden auch als Wannen-Technologien bezeichnet. Beide Transistortypen - NMOS- und PMOS-Transistor - sind im niedrig dotierten Gebiet der jeweils komplementären Dotierung aufgebaut. Die elektrische Isolation ist dabei allerdings nicht 100prozentig gewährt. Die Folge sind Kriechströme, größere Ladungen sowie höhere Spannungen. Damit sind auch längere Schaltzeiten der Transistoren und somit eine geringere Performance als bei SOI verbunden.

Einen Launch-Termin für den Apollo-Prozessor hat Motorola nicht genannt; anzunehmen ist aber das erste Quartal 2001. Erst am 26. September hatte Motorola den MPC7410 vorgestellt. Das derzeitige Spitzenmodell aus der G4-Familie wird mit bis zu 500 MHz getaktet. Der superskalare Mikroprozessor mit AltiVec-Architektur ist multiprozessorfähig und wird in einem 0,18µm-Kupferprozess (HiPerMOS 6) gefertigt. Der Systembus MPX des Prozessors erlaubt eine Bandbreite von 6,4 GBit/s und wird auch beim Apollo eingesetzt.

Der G4-Prozessor MPC7410 mit 500 MHz findet bereits in Apples PowerMac G4 als Dual-Prozessor Platz. Wann und ob Apple die Motorolas 1-GHz-Apollos einsetzt, steht noch nicht fest.

Hintergrundwissen zum Thema Prozessoren finden sie bei tecChannel.de hier. Zum Thema SOI und Kupfer in der Halbleiterfertigung gibt es ebenfalls einen ausführlichen Artikel. (cvi)