Sotto al cofano del G5

Apple chiama la sua nuova macchina di punta G5, perché al suo cuore batte la quinta generazione di processori RISC PowerPC. L’unità centrale di elaborazione è prodotta da IBM, come tutti i siti Internet compreso il nostro hanno riportato il giorno stesso dell’annuncio, mentrer Apple si riforniva da Motorola per i G4, introdotti nel 1999. IBM commercializza il processore come PowerPC 970, ma gli ingegneri che lo hanno progettato lo chiamano.

Il 970

L’architettura del 970 è presa a prestito da POWER4, un sistema multichip che IBM monta sui suoi calcolatori di fascia alta. Internamente, il 970 può lavorare con numeri che occupano sino a 64 bit di dimensione (i G4, così come i Pentium 4, sono limitati a 32 bit). Le conseguenze pratiche del passaggio a 64 bit sono due: primo, un programma lievemente adattato e ricompilato per trarre vantaggio dalla maggior capienza guadagna circa il dieci, quindici per cento in velocità. Secondo, un calcolatore basato su G5 può montare più di 4 GB di memoria RAM (e in effetti i nuovi PowerMac G5 ne accettano sino ad otto).
In un moderno programma, contenente un milione o più di righe di codice, esistono letteralmente migliaia di istruzioni in cui il programmatore presuppone che 32 bit siano sufficienti per indirizzare tutta la memoria, tutti i dati. Rivedere un programma del genere per renderlo conscio degli spazi a 64 bit sarebbe un lavoro difficile e lungo: e poi sarebbe necessario rivedere tutti i plug-in, e il formato dei file, e... Apple con Mac OS X versione 10.3 rilascerà allora un sistema operativo pienamente a 64 bit, in cui ogni applicazione però vive in uno spazio a 32 bit (e quindi può usare non più di 4 GB di memoria per sé: un limite davvero non restrittivo).
All’interno del PowerPC 970 stanno più unità parallele di elaborazione. Questo è tipico di tutti i moderni microprocessori: il G4 per esempio ha una unità di caricamento e scaricamento, una unità per i calcoli su numeri reali, quattro per i numeri interi (di cui una sola in grando di eseguire moltiplicazioni e divisioni) e una per i vettori: la famosa Altivec o Velocity Engine che dir si voglia. Il G5 invece monta due unità di caricamento e scaricamento, due unità per numeri reali e due per i numeri interi (di cui una capace di moltiplicare, dividere e anche estrarre le radici quadrate; l’altra solo di moltiplicare), più due Altivec. Le unità Altivec, per la cronaca, da sempre lavorano su ben 128 bit alla volta.
I PowerPC sono da sempre più potenti dei Pentium, nel senso che il loro motore è in grado di macinare più numeri in ogni dato istante. Il Pentium però tiene testa a PowerPC grazie alla sua maggior frequenza (si sa che il G5 più veloce lavora a 2 GHz mentre il Pentium 4 più potente supera i 3 GHz). Per ottenere frequenze così alte, il Pentium da sempre è più “profondo” del PowerPC, ovvero in ogni momento cerca di eseguire più istruzioni contemporaneamente. Mentre sta eseguendo una istruzione, un moderno processore sta gà lavorando sulla successiva e poi su quella ancora dopo, in una specie di catena di montaggio informatica (la “pipeline”) che nel G4 raggiunge sette stadi e nel Pentium 4 arriva a ventotto. Il G5 monta una pipeline che può raggiungere i venticinque stadi. Il G4 in ogni momento poteva processare contemporaneamente sedici istruzioni: il G5 supera quota duecento. Tutto questo significa che in futuro i G5 potranno crescere rapidamente in frequenza ed è il motivo per cui Steve Jobs ha ufficialmente promesso che entro l’estate 2004 i Power Macintosh arriveranno perlomeno a 3 GHz.

Il bus di sistema

Un processore veloce come il G5 non avrebbe senso se il resto del calcolatore non fosse in grado di fornire alla massima velocità istruzioni e dati da elaborare. Sul più veloce dei Power Macintosh G4 il bus, quel componente su cui viaggiano i dati, è capace di 167 milioni di transazioni al secondo (MHz), ciascuna ovviamente a trentadue bit. In soldoni, se voi metteste un G4 a sommare tutto il contenuto della memoria, quel processore sarebbe in grado di lavorare su 1,3 GB ogni secondo. Non è molto, specialmente se si tiene conto della potenza di elaborazione di Altivec, che potenzialmente potrebbe macinare molti più dati... se soltanto questi potessero raggiungere l’unità di calcolo. Ad aggravare la situazione sta il fatto che nei G4 biprocessore i due processori condividono lo stesso bus.
Nei Power Macintosh G5 ciascun processore dispone di un suo bus dedicato a 64 bit e ciascun bus lavora a metà della frequenza del processore, quindi a 1000 MHz sulla ammiraglia. Quindi ciascun processore ha a disposizione una autostrada capace di portargli in pasto sino a 8 GB di datio ogni secondo. Il bus è così veloce che non serve più la cache di terzo livello, presente sui G4 e assente nei G5 (vedere l’articolo “Sotto al cofano”).

Lo SPEC affumicato

Per illustrare la potenza dei Power Macintosh G5, Apple si è affidata ai test SPEC, un set standard di prove che misurano la potenza grezza di un elaboratore. Potete leggerli voi stessi scaricandoli da Internet, ma abbiamo riassunto le cifre conclusive nella tabellina qui sotto.

Come sempre accade quando i Mac battono i PC in un test di velocità, si è avuta una levata di scudi generale e pretestuosa. In particolare ha fatto il giro di Internet la protesta di un giovanotto autoproclamatosi esperto di microprocessori, che si firma con la sola sigla “spl”. Costui fa una serie di obiezioni tra il falso e l’insensato che però a una prima lettura possono sembrare sensate. In buona sostanza, pèossiamo dire che la società indipendente che ha condotto i test per conto di Apple ha sempre attivato tutte le opzioni disponibili per ottimizzare le prestazioni di ciascun processore coinvolto nel test (e già questo fa piazza pulita di metà delle obiezioni di “spl”) e ha usato esattamente lo stesso compilatore su entrambe le macchine, anche se la versione per Intel è più ottimizzata e quindi offre un vantaggio al PC. È pur vero che il sito SPEC riporta risultati numericamente più alti per i PC più veloci disponibili sul mercato, ma quei risultati sono stati ottenuti usando un altro compilatore: un compilatore prodotto da Intel al solo scopo di massimizzare i risultati dei test a scapito dell’uso di memoria — al punto da risultare inutilizzabile per lo sviluppo di molti programmi reali.
Insomma: il Power Macintosh G5 è veramente, come sostiene Apple, il personal computer più veloce al mondo. Ma badate bene: per quel poco che conta, perché certamente Microsoft Excel resterà più veloce sotto Microsoft Windows che sotto Mac OS;: perché Photoshop era già più veloce su G4 che su Pentium; e perché questi risultati lasciano il tempo che trovano, visto che nuovi modelli di processore, di scheda madre, di compilatori e di memoria escono in continuazione.

Monoprocessore: un G5 da 2 GHz contro un Pentium 4 da 3 GHz

	Virgola mobile Numeri reali	Virgola fissa Numeri interi
SPEC CPU 2000	+ 21%	- 10%
SPECrate	+ 95%	+ 67%

Biprocessore: due G5 da 2 GHz contro due Xeon da 3,06 GHz

	Virgola mobile	Virgola fissa
SPEC CPU 2000	+ 30%	- 5%
SPECrate	+ 42%	+ 3%