Obligement - L'Amiga au maximum

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Dossier : Le PowerPC en 2010
(Article écrit par Mathias Parnaudeau et extrait d'Amiga Impact - juillet 2010)


Qu'est-il arrivé dans la sphère PowerPC depuis trois ans, date du dernier article d'Amiga Impact sur le sujet ? Votre serviteur se lance dans un nouveau statut concernant la situation du PowerPC, qui équipe nos machines. En trois ans, le contexte a évolué, ARM crée un ramdam avec ses processeurs Cortex (A8 et A9), sortant ainsi de son pré gardé. D'un autre côté, Intel passe également à l'offensive en renforçant sa position dans l'embarqué et imposant également son Core i7 sur des marchés nouveaux pour lui. Côté OS, le fait majeur reste la sortie d'Android, le système de Google pour téléphones et ultraportables. Il s'agit d'un noyau Linux modifié sur lequel fonctionne un environnement utilisant massivement la technologie Java (en réalité, la JVM Dalvik fait fonctionner un bytecode un peu différent).

Le Cell sur la sellette

Rappelons que la conception de ce processeur multicoeur particulier a abouti suite à l'alliance de Sony, Toshiba et IBM. Il équipe bien évidemment les consoles PS3 de Sony depuis leur sortie fin 2006. Près de 24 millions ont été vendues à la mi-2009. D'autres produits haute performance ont été créés avec cette technologie à bord. Bien sûr par IBM lui-même avec ses modules QS20 (un module dégageant jusqu'à 410 GigaFlops), QS21 et surtout QS22 avec son processeur PowerXCell 8i que l'on retrouve dans le superordinateur Roadrunner (actuellement deuxième du top 500).

D'autres sociétés comme Mercury, Sony ou Fixstars (qui développe la distribution Linux PowerPC Yellow Dog) ont également sorti des produits professionnels. Mis à part la PS3, il semblait que le côté grand public se présentait à nouveau comme un terrain difficile à approcher par le PowerPC. Pourtant, Toshiba, toujours présent, a présenté au CES de Las Vegas début 2010 une télévision haut de gamme à base de Cell et pouvant générer en temps réel de la video 3D à partir de films 2D. Cette prouesse montre à nouveau (s'il en était encore besoin) les capacités de calcul offertes par le Cell.

PowerPC
La TV 3D de Toshiba

Fin 2009, une rumeur a circulé concernant l'arrêt du développement du Cell chez IBM. En fait, il s'agit pour la firme de ne pas poursuivre avec une version pourvue de 32 SPU (qui aurait été le successeur du PowerXCell 8i), sans pour autant mettre un terme au développement de la famille Cell. Il semble toutefois qu'IBM pourrait ne plus utiliser tout à fait la même architecture, restant orienté sur l'intégration de multicoeur et de technologies hybrides. Autrement, rien de précis pour l'instant...

Power7 : le bulldozer

Ses caractéristiques sont incroyables (fréquence de 3 à 4,1 GHz, 1,2 milliard de transistors, 8 coeurs, 18 unités d'exécution, 6 instructions expédiées par cycle, cache L3 de 32 Mo...) et il est annoncé comme deux fois plus performant que le Power6 pour une consommation quatre fois moindre. Notons que le nombre "réduit" de transistors représentent une prouesse comparé à la concurrence qui en déploie au moins le double.

PowerPC
Schéma du Power7

Au niveau des caches, la latence du cache L1 (32 ko) passe de 4 à 2 cycles, celle du cache L2 (256 ko) de 26 à 8 cycles. A cela vient s'ajouter un cache L3 partagé entre les coeurs et sa taille atteint 32 Mo ! Cette taille est rendue possible grâce à l'utilisation de mémoire eDRAM au lieu de la plus usuelle SRAM pour les caches, ce qui réduit notamment sa consommation par 3. Deux contrôleurs mémoires DDR3 atteignent un débit de 100 Go par seconde.

Bien évidemment, tous les superlatifs qui caractérisent le Power7 en font un processeur très haut de gamme, cher et réservé aux serveurs. La disponibilité de produits IBM estampillés Power7 a été annoncée officiellement le 9 février 2010.

IBM encore

Après le Cell et le Power7, des nouvelles sont arrivées en septembre 2009 concernant une autre gamme de processeur Power d'IBM. Dans la famille de 400, on connaît déjà le 440 qui équipe les Sam, le 460ex puis puissant (à la base du Titan), et bien le dernier-né est le 476FP, qui opère à plus de 1,6 GHz pour 2,5 DMIPS par MHz, pour une consommation de 1,6 W à la fréquence de base. Techniquement, il se conforme au PowerISA 2.05, contient une unité SIMD (AltiVec, maintenant appelé VSX), est gravé à 45 nm, possède un pipeline "out-of-order" à neuf étages ainsi qu'un cache L2 de 1 Mo au maximum.

PowerPC
La carte Sam440ex d'ACube

IBM n'est pas seul dans l'histoire. Il fournit un processeur mais l'annonce révèle que c'est la société LSI qui utilisera le 476FP pour produire son System-On-Chip (SoC, ou système sur puce), l'ACP3448, qui sera équipé de 4 coeurs 476FP à 1,8 GHz, avec 512 ko de cache L2 par coeur, 4 Mo de cache L3, ainsi que les contrôleurs habituels (DDR3, Ethernet 10 Gb, PCIe...). LSI a par ailleurs implémenté en tant que première sa technologie Virtual Pipeline.

PowerPC
Schéma du 476FP

Ce SoC intègre la gamme Axxia (solutions pour le réseau) que LSI a officiellement présenté le 16 février 2010 (annonce en français : www.lsi.com/news/product_news/FR/2010_02_16.html).

Pendant ce temps chez Freescale

Que nous réserve l'autre acteur majeur du PowerPC ? Il semble que la société soit dans une zone de turbulences depuis quelque temps.

Pourvus d'un coeur e600, les très bons MPC8641 (ainsi que leur variante double coeur) et MPC8610 continuent leur chemin dans les industries militaires, médicales et aéronautiques. Le MPC8610 aurait pu nous concerner de près puisqu'une enquête a été réalisée pour connaître l'intérêt de nos communautés (AmigaOS, MorphOS, Haiku, AROS, Linux...). Elle fut initiée par Konstantinos Magaritis (www.codex.gr), spécialiste des extensions SIMD, qui a notamment vu sa libfreevec adoptée par la distribution Yellow Dog, afin d'exploiter l'AltiVec, présents par exemple dans les processeurs PowerPC G4. Son projet de carte mère MPC8610 n'a pas rencontré le succès escompté, c'est pourquoi il a fini par créer une cagnotte sur le site Power2People. Le MPC8610 a l'avantage d'être pourvu de l'AltiVec, d'offrir une bonne puissance de calcul pour une consommation réduite et... du travail commencé par bPlan aurait pu être repris.

Une autre famille de processeurs Freescale se nomme QorIQ et est dédiée principalement à la communication et au matériel réseau. Un exemple récent basé autour d'un P2020 est le CAK-2000 : www.linuxfordevices.com/c/a/News/Portwell-CAK2000.

Le plus puissant est le P4080 avec ses 8 coeurs, son contrôleur PCIe, ses interfaces Gigabit et 10 Gigabit, son cache L3...

PowerPC
Schéma du P4080

En 2009, le système Android qui équipe désormais de plus en plus de téléphones a été porté sur l'architecture PowerPC grâce au travail de Mentor Graphics. La carte de référence utilisée est basée sur un processeur MPC8536E (coeur e500) offrant SATA, USB, PCI Express... Une fois le système intégralement porté sur d'autres modèles, espérons que cela puisse mettre en avant du matériel PowerPC destiné au grand public, profitant ainsi de la popularité d'Android.

AMCC

Fin 2008, sort enfin la carte Arches à base de processeurs 460GT cadencés à 1 GHz. Principalement destinés aux marchés du réseau et du stockage (typiquement pour les NAS), les processeurs de cette famille fonctionnent pour l'instant de 800 MHz à 1,2 GHz et incluent 512 ko de cache L2, un contrôleur mémoire DDR2 à 400 MHz, quatre ports Gigabit Ethernet, un contrôleur PCIe...

PowerPC
Le PQX d'AMCC

Mais celui dont on parle surtout, c'est le Titan dont la production a démarré en octobre 2009 sous la référence APM 83290 qui inclut tout ce qu'il faut (Ethernet, USB, SATA, PCIe...). Il peut atteindre les 2 GHz avec une consommation réduite à 2,5 W par coeur, de quoi obtenir moins de 15 W pour l'ensemble du SoC (les coeurs et des périphériques associés).

Pour la partie technique, le Titan respecte le Power ISA 2.04, son architecture est de type superscalaire avec un pipeline "out-of-order" de 8-9 étages et l'originalité vient de l'existence de trois niveaux de caches avec un petit cache (deux fois 4 ko) de niveau 0 !

Au salon Pianeta 2008, ACube Systems avait annoncé vouloir sortir un NAS à base de 460 mais aucune information officielle n'a été donnée depuis concernant ce produit, malheureusement.

La surprise X1000

Pour terminer, rapprochons-nous de l'Amiga à travers le PowerPC : la communauté a été tenue en haleine pendant les premiers jours de 2010 avec un site présentant un jeu de piste, avec un nouvel élément chaque jour. Le but ? Annoncer en grandes pompes le fameux MAP (Most Ambitious Project) d'Hyperion. On apprit donc qu'il s'agissait d'une nouvelle carte mère PowerPC conçue par un partenaire et qui serait produite à l'été dans le but de faire fonctionner Linux mais aussi et surtout AmigaOS 4 !

Le projet se veut aussi novateur que l'Amiga 1000 en son temps. Pour cela, la carte mère embarque un coprocesseur particulier, de type XCore produit par XMOS, capable de lancer 8 fils d'exécution temps réel en parallèle et d'offrir des accès haut-débit à des périphériques extérieurs (64 lignes par coeur).

Les exemples d'utilisations pourraient être nombreux bien qu'on ne sache pas encore quelles applications concrètes pourraient être développées : audio, affichage LED, communication, fonctions DSP, robotique, affichage, émulateurs... Il est annoncé comme étant très souple d'utilisation, il se programme en C et utilise un nouveau port de communication basé sur le PCIe et baptisé Xorro, un clin d'oeil à Zorro. Sur l'AmigaOne X1000, le coprocesseur reprend lui aussi la terminologie relative aux puces originales puisqu'il se nomme Xena.

PowerPC
L'AmigaOne X1000

Touchons enfin au coeur de la carte mère : le processeur choisi n'a pas été dévoilé, on sait seulement qu'il a actuellement une disponibilité limitée et qu'il est fort possible qu'on ne l'ait jamais vu. Il s'agit d'un PowerPC bicoeur fonctionnant actuellement à 1,6 GHz (maintenant à 1,8 GHz), respectant la PowerISA 2.04+ (document téléchargeable sur www.power.org) et disposant d'un contrôleur mémoire DDR2. Les pronostics sont allés bon train connaissant (et ignorant parfois) ces éléments. Ce qu'on peut toutefois en dire :
  • Le PA6T de PA Semi n'est plus développé depuis que la société a été rachetée par Apple.
  • La famille Power est réservée aux serveurs haut de gamme, ils sont trop chers pour un ordinateur de bureau.
  • Le QorIQ P4080 dont la production a commencé à l'été 2009 plafonne en fréquence à 1,6 GHz.
  • Le 476FP, dans la forme du SoC de LSI, a quatre coeurs et de la mémoire DDR3, ce qui représente deux différences avec les spécifications données.
  • Le Titan correspond a de nombreux critères (fréquence, bicore, pas encore vraiment vu dans un produit...), cela en fait un bon candidat.
  • Par contre, bien que ça n'apparaisse pas dans les spécifications indiquées, il a été évoqué que le processeur serait 64 bits. Un nouveau processeur inconnu de type PowerPC 970 (G5) ?
En attendant, voici les caractéristiques officielles de l'AmigaOne X1000 (copiées depuis le site d'A-EON) même si quelques paramètres semblent être différents de ce qui a été communiqué par ailleurs (nombre de coeurs, architecture 32 ou 64 bits...) :
  • Un processeur PowerISA v2.04+ bicoeur à 1,8 GHz.
  • La puce "Xena" XMOS XS1-L1 128 SDS à 500 MHz.
  • Une carte graphique ATI Radeon R700.
  • 2 Go de mémoire.
  • Un disque dur de 500 Go.
  • Un lecteur combo DVD x22.
  • Une tour, un clavier et une souris personnalisés.
  • Audio HD 7.1.
  • Ports et connecteurs :
    • Quatre bancs mémoire DDR2.
    • Dix ports USB 2.0.
    • Un port Ethernet Gigabit.
    • Deux ports PCIe x16 (1x16 ou 2x8).
    • Deux ports PCIe x1.
    • Un port Xorro.
    • Deux ports PCI standard.
    • Deux ports série RS232.
    • Quatre connecteurs SATA 2.
    • Un connecteur IDE.
    • Un connecteur JTAG.
    • Un port Compact Flash.
PowerISA 2.06

Power.org a sorti le 30 janvier 2010 une nouvelle version du document d'architecture destiné à unifier les différences existantes jusque-là et à apporter de nouvelles fonctionnalités à l'architecture. Le Power7 est le premier à s'y conformer.

Pour les serveurs, les ajouts concernent principalement les extensions scalaires et SIMD gérées par VSX (Vector Scalar eXtension), qui étend AltiVec et remplace et unifie son nom : l'AltiVec était l'appellation Motorola, connue aussi comme VMX chez IBM et Velocity Engine chez Apple.

Du côté embarqué, les changements sont nombreux :
  • La gestion de la virtualisation avec un nouveau mode "Guest" et des extensions relatives à la MMU pour améliorer les performances et la conception de l'isolation et de la gestion des ressources partagées.
  • Toujours au niveau de la MMU, la gestion des tables de pages ("translations hardware") a été ajouté, il était auparavant réservé à l'implémentation dans les processeurs de type "serveur". Cela permettra d'améliorer les performances de Linux notamment en étant plus adapté à la conception de ce système.
  • La gestion de multiples fils d'exécution (multi-threading), jusque-là réservé lui aussi aux serveurs.
Une bonne année ?

L'AmigaOne X1000 a créé la surprise et il pourrait s'agir du premier ordinateur de bureau PowerPC depuis les derniers Mac, Pegasos II et AmigaOne. De nombreux mystères entourent encore cette machine, il convient donc de rester prudent. Avec l'arrivée de nouveaux processeurs (Titan, Power7, 476FP...) et la publication du PowerISA 2.06, on constate que la technologie continue de progresser. Malheureusement, on regrette que le PowerPC ne perce toujours pas dans des produits grand publics autres que les consoles (PS3, Xbox 360, Wii), ce qui est déjà une belle reconnaissance et... garantit la vente de millions d'unités.

Le PowerPC a déjà fait preuve de son excellence mais semble parfois maudit :
  • La jeune société PA Semi avait créé une merveille (PA6T) puis fut rachetée par Apple pour mettre toute son intelligence dans un processeur ARM puissant et économe en énergie. Attention, rumeur de dernière minute : des employés ex-PA Semi auraient quitté Apple, ce serait également le cas de Dan Dobberpuhl, le fondateur de PA Semi, qui rejoindrait la nouvelle société Agnilux.
  • La société Qualcomm fait du ramdam en ce début d'année 2010 avec son SoC Snapdragon basé sur un coeur ARM. Le vice-président du management produit chez Qualcomm indique que cinq ans auparavant, ils ont embauché une équipe entière travaillant alors sur du PowerPC basse consommation.
  • Il est rageant de constater de l'excellence d'équipes qui ont certainement ciblé le PowerPC au départ et dont les recherches bénéficient au final à d'autres architectures...
  • Nous ne disposons toujours pas de portables ou d'ultraportables commercialisés à base de PowerPC. Un espoir tenait au LimeBook à base de PowerPC 5151e mais bien qu'il existe, il n'y a plus eu de nouvelles réelles depuis le CES de janvier 2009.
La fin de cette année nous permettra peut-être de répondre aux questions en suspend : de quoi sera fait le PowerPC A2 d'IBM ? Quel sera le processeur de l'AmigaOne X1000 ? ACube produira-t-il une carte à base de PPC460 et en bénéficiera-t-on un jour ? Quelle forme prendra l'architecture du Cell ? Android permettra-t-il un essor sur de nouveaux marchés ?

En attendant, bien qu'on sente que le PowerPC peine à être diffusé largement dans les produits embarqués grand public qui lui permettrait d'être mieux connu, la production du Power7, du Titan et du 476FP marque quand même l'accomplissement d'une avancée significative. A cela s'ajoute la sortie de l'AmigaOne X1000 prévue pour la fin de l'année - un retour dans la catégorie des ordinateurs de bureau après des années d'absence !

Addendum

En trois ou quatre mois depuis la rédaction de cet article, il s'en est passé des choses ! Non pas au point de rendre ses informations obsolètes mais on en a appris.

Faisons honneur à l'Amiga et commençons par lui. Nous avons obtenu des réponses de taille ! Oui, ACube produira des cartes à base de PPC460 et mieux que ça : les Sam460 existent, fonctionnent et même sous AmigaOS 4, cela a été montré au salon VCF fin juin. L'AmigaOne X1000 est d'ailleurs dans le même cas. Sa sortie est toutefois repoussée à la fin de l'année mais de nouveaux éléments sont connus : le concepteur de la carte est la société anglaise Varisys (dont les dirigeants étaient présents pour l'inauguration du X1000 au VCF) et le processeur, bien que non dévoilé officiellement, serait bien un PA6T-1682M, hérité de la société PA Semi.

En mai, AMCC annonce la disponibilité du plus petit système sur puce PowerPC, l'APM801xx, proposé à des fréquences allant de 400 à 800 MHz mais consommant moins d'un watt ! Une carte d'évaluation accompagnée de son SDK Linux est proposée à la vente. Un mois plus tard, c'est au tour de l'APM821xx (1 GHz pour une consommation de 3,5 W) : très orienté NAS, il propose de l'Ethernet Gigabit, du SATA et du PCIe, de l'accéleration RAID5... D'ailleurs, le PowerPC n'est pas mal placé sur ce marché porteur, chez Synology, des NAS sont équipés de ces processeurs comme le DS110+ qui emploie un PowerPC 8533 à 1 GHz.

D'autres PowerPC sont très orientés réseau, comme ceux de la famille QorIQ de chez Freescale. Ce dernier vient à ce propos de présenter une nouvelle majeure : ses premiers processeurs 64 bits ! On retrouvera les coeurs e5500 dans les QorIQ 5010 (simple coeur) et 5020 (double coeur), cadencés à 2,5 GHz. Voilà qui fait plaisir et rassure sur la capacité de Freescale à continuer son développement.

Enfin, nous évoquions le prometteur PPC476 d'IBM : WindRiver devient partenaire long terme de LSI pour son processeur ACP3448, un quadricoeur à 1,8 GHz complètement orienté réseau, afin de lui offrir un environnement logiciel complet (SDK, BSP, système d'exploitation...).


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