Il processore PowerPC

Quando, nel 1991, IBM, Apple e Motorola decisero di formare una coalizione con l'intento di produrre una nuova, rivoluzionaria generazione di calcolatori personali, venne concordato che ciascuna delle tre ditte avrebbe contribuito allo sforzo anche con le sue migliori tecnologie.
In quel periodo, IBM stava avendo un grande successo con le sue workstation basate su processori RISC della famiglia POWER 6000. Quelle macchine usavano un gruppo di quattro chip per l'elaborazione, ed offrivano prestazioni estremamente elevate grazie all'uso della tecnica RISC (in sintesi, l'idea prevede di render disponibile al processore solo un numero relativamente ridotto di istruzioni, ma di renderle estremamente efficienti, di modo che combinando queste semplici istruzioni si possano ottenere programmi estremamente complessi che vengono eseguiti a velocità notevolissima). Si partì dunque dall'idea di basare i nuovi processori sulle istruzioni che caratterizzavano i chip POWER.
IBM, inoltre, aveva sviluppato una tecnologia, chiamata Blue Lightining, che permetteva di realizzare i chip entro dimensioni estremamente ridotte (inizialmente 0,65 micron ed oggi 0,5): questo ne riduce il costo e il consumo di energia. Anche Blue Lightining entrò così a far parte del patrimonio tecnologico di PowerPC.
Motorola, dal canto suo, contribuì con una tecnologia per il bus (il sistema usato per trasmettere informazioni al processore ed ottenerne in cambio i risultati dell'elaborazione) che aveva sviluppato per il suo processore RISC Motorola 88000.
Il lavoro, dunque, ebbe inizio. Le tre ditte aprirono un centro di ricerca e sviluppo a Somerset nel Texas, e ciascuna contribuì con i suoi migliori ingegneri progettisti.
Due anni più tardi, il primo frutto dell'unione era pronto per essere usato in un prodotto commerciale. Si trattava del microprocessore PowerPC 601.

Il processore venne immediatamente adottato da IBM per le sue workstation, e da Bull per i suoi sistemi Unix, ma conobbe un enorme successo soprattutto per mano di Apple, che nel marzo 1994 presentò tre modelli di Macintosh basati su questo processore: i Power Macintosh 6100, 7100 e 8100. Questi personal computer hanno offerto un rapporto prezzo/prestazioni ineguagliato, e pertanto sono stati venduti in quantità record. Per un paragone, si pensi che un PowerPC 601 a parità di caratteristiche fisiche (stessa memoria, stessa frequenza in MHz) esegue un calcolo matematico due volte più velocemente di un processore Pentium di Intel; è del 20% più veloce di Pentium nelle elaborazioni di natura non matematica; costa poco più della metà; è più piccolo; è disponibile in versioni a frequenza maggiore.
Apple riuscì nell'intento, che molti giudicavano disperato, di creare un calcolatore che fosse in grado di usare il nuovissimo PowerPC 601, e che quindi offrisse una velocità di elaborazione ineguagliato &emdash; e che contemporaneamente fosse un Macintosh. Questo significa che la nuova macchina doveva godere delle stesse ineguagliate caratteristiche di semplicità d'uso e manutenzione che avevano fatto la fortuna di Apple, e che doveva poter utilizzare i programmi creati tra il 1984 e il 1994 per i Macintosh pre-esistenti, che usavano una differente famiglia di microprocessori: i Motorola 68000.
Il successo di Apple ha fatto sì che la ditta di Cupertino divenisse, in meno di un anno, il primo e più importante produttore mondiale di calcolatori basati su microprocessore di tecnologia RISC.
Oltre alle tre ditte fondatrici del consorzio PowerPC, il processore 601 e i suoi fratelli maggiori che introdurremo tra poco sono stati adottati da un gran numero di aziende costituitesi nel PowerPC Consortium: tra le altre citiamo Bull, Canon e Toshiba.
Il PowerPC 601 venne prodotto dagli stabilimenti di IBM e reso disponibile in velocità comprese tra i 60 e i 120 MHz.

Il secondo prodotto realizzato nel centro di Somerset è stato il PowerPC 603, una versione più economica del PowerPC 601 pensata esplicitamente per l'uso nei calcolatori portatili. Il PowerPC 603, infatti, è in grado in ogni momento di togliere l'alimentazione da quei suoi sotto-componenti di cui non ha bisogno per risolvere il problema che sta elaborando. È ancora più piccolo del PowerPC 601.
Mentre scriviamo, il PowerPC 603 viene prodotto dagli stabilimenti di Motorola ed è disponibile in versioni di velocità compresa tra i 60 e i 100 MHz.
Essendo stato pensato per l'uso all'intero di un personal computer portatile, i progettisti del PowerPC 603 hanno mirato innanzitutto a ridurre la quantità di energia consumata dal processore, di modo che le batterie del portatile durino più a lungo. Accade quindi che a parità di frequenza (espressa in MHz) un cacolatore basato su PowerPC 603 sia del 20% circa più lento di un altro calcolatore che fa invece uso di PowerPC 601.
Una variante del PowerPC 603, chiamata 603e, è stata realizzata su insistenza di Apple Computer verso la fine del 1994. Il 603e differisce dal 603 in quanto è stato dotato di una quantità maggiore di memoria di bordo ("cache"), in modo da migliorare le sue prestazioni quando venga usato da un programma emulatore. Gli emulatori sono necessari al PowerPC per consentirgli di eseguire programmi scritti per altri e più vecchi microprocessori, come il 68040 o il Pentium.

Il PowerPC 604 è la versione ad alte prestazioni del PowerPC. È stato presentato nella prima metà del 1994 e apparve sul mercato all'intero di calcolatori commerciali alla metà del 1995. Più grande, più costoso e più esigente per quanto riguarda il consumo di energia elettrica dei suoi fratelli minori, il PowerPC 604 sviluppa velocità assai più elevate, ma è troppo esigente per potersi accontentare dell'alimentazione disponibile su un calcolatore portatile. A parità di frequenza (espressa in MHz) un calcolatore personal basato su PowerPC 604 fornisce prestazioni superiori del cinquanta al cento per cento rispetto al PowerPC 601.
PowerPC 604 viene prodotto dagli stabilimenti di Motorola ed è offerto ai produttori in versioni di velocità comprese tra 80 e 350 MHz.

Quarto membro della famiglia PowerPC è il PowerPC 620. Il primo esemplare è stato presentato al pubblico nel mese di settembre 1994. I calcolatori che nefanno uso sono apparsi all'inizio del 1996.
Pur essendo in grado di eseguire a grandissima velocità tutti i programmi progettati per i fratelli minori 601, 603 e 604 in tecnologia 32/64 bit (che sono "limitati" a 4000 MB di memoria al massimo), il PowerPC 620 è un processore interamente sviluppato a 64 bit, e può dunque potenzialmente governare sino a 18 x 1018 byte (18 milioni di milioni di MB) ed offre istruzioni e modi di indirizzamento non disponibili sui processori precedenti.
PowerPC 620 era il microprocessore più avanzato mai realizzato nella storia dell'umanità: conteneva oltre sette milioni di transistor ed è in grado di eseguire sino a sei operazioni contemporaneamente. Piuttosto costoso, venne utilizzato in macchine dalle alte esigenze di elaborazione, come i server di rete locale e le database machines.
Prodotto negli stabilimenti Motorola, venne offerto ai produttori di calcolatori in versioni di velocità comprese tra i 133 e i 266 MHz. A parità di velocità in MHz, è circa tre volte più veloce del PowerPC 601.
Il PowerPC 620 è superscalare: ciò significa che se in un calcolatore venissero inseriti più processori questi sarebbero in grado di dividersi il lavorotra loro, in modo da velocizzarne ulteriormente l'esecuzione: sino ad otto PowerPC 620 sono utilizzabili in questa foggia in un singolo calcolatore.

Primo membro superveloce della famiglia: il PowerPC 750 (conosciuto commercialmente come "G3", perché si tratta della terza generazione di processori della famiglia PowerPC) offre ancora una volta prestazioni enormemente superiori a quelle del corrispondente processore Intel, il Pentium II. In questo caso, però, i progettisti hanno preferito potenziare il calcolo per numeri interi e non (come accadde nel caso delle generazioni precedenti) il calcolo in virgola mobile. Così, il PowerPC 750 si dimostra oltre due volte più veloce di un processore Pentium II caratterizzato dalla medesima velocità di clock (espressa in MHz) quando si confrontano i calcoli su numeri interi.
Il PowerPC 750 è offerto in versioni comprese tra i 200 e i 500 MHz. Versioni sino a 800 MHz sono allo studio. Il suo basso consumo di eneregia lo rende utilizzabile anche su calcolatori portatili, a differenza del Pentium II (e per questo motivo, i più veloci portatili basati su PowerPC 750 si dimostrano oltre tre volte più veloci dei PC portatili dallo stesso prezzo). Le varianti sopra ai 333 MHz utilizzano un nuovo formato re-ingegnerizzato, chiamato "Goldfinger", più compatto e ancor più parco nei consumi. Disponibile in quantità limitatissime da settembre 1998, il prossimo processore della famiglia PowerPC entra in produzione di massa nella seconda metà del 1999. A parità di velocità (espressa in MHz), il G4 è più veloce del G3 del 10% circa. Tuttavia, sarà disponibile in versioni più veloci (da un minimo di 350 a un massimo di 500 MHz mentre scriviamo, destinato pare a raggiungere quota 1.000).
G4 monta un coprocessore matematico, Altivec, che gli permette di essere dieci volte più veloce di G3 quando manipola numeri: per esempio, nei filtri di Photoshop o nel video digitale.
Il G4, inoltre, è studiato per prestarsi alla realizzazione di calcolatori multiprocessore estremamente efficienti, purché venga pilotato da sistemi operativi predisposti a questo scopo - come Mac OS X