Obligement - L'Amiga au maximum

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Actualité : Le PowerPC, un choix judicieux
(Article écrit par Eric Laffont et extrait d'Amiga News - décembre 1995)


On s'en doutait depuis quelque temps déjà, l'Amiga devait évoluer vers de nouveaux horizons plus performants et plus au goût du jour s'il voulait avoir une chance de faire son chemin dans ce milieu de l'informatique si contrôlé par les monopoles existants. L'Amiga se devait donc d'offrir à son public un processeur rapide et une nouvelle architecture capable de répondre aux besoins du marché. Finalement, c'est vers le "RISC" que s'oriente tout logiquement l'Amiga. Le choix du PowerPC 604 de Motorola/IBM/Apple semble augurer d'un avenir rose pour les futurs Power Amiga pour peu que la politique de la marque soit à la hauteur. Sur plusieurs numéros d'Amiga News, nous allons détailler les futures architectures ainsi que les aspects de la programmation du PowerPC et ses possibilités plus en détails. Aujourd'hui nous allons voir ce qu'est un PowerPC, sa concurrence, ses capacités, ses avantages, ses inconvénients et son avenir.

PowerPC un peu d'histoire

En 1991, Motorola s'allie avec IBM et Apple pour développer une nouvelle famille de processeurs à technologie RISC et un nouvel environnement de développement (PowerOpen Environment) libellé sous le sigle de PowerPC. Sous se terme assez explicite, se cache en réalité le sigle : Performance Optimize With Enhanced Risc Architecture. Jusqu'à maintenant, la série des processeurs de la famille 68000 était nommée CISC (Complex Instruction Set Computer). Cela signifie en gros ceci : un processeur en général travaille à partir d'instructions qu'il doit exécuter car il est doté des solutions électroniques en son coeur. Il est assez aisé de câbler directement avec des transistors les instructions simples.

Lorsqu'une instruction est trop compliquée pour être câblée, la technologie CISC a opté pour la création de Microcode contenue dans la puce en silicium du processeur. Ces microcodes sont une série de micro-instructions qui doivent se dérouler d'une certaine façon, selon l'opération codée.

Ce système a un énorme avantage : les sources des programmes sont très courts car les fonctions complexes sont reconnues par le microcode correspondant dans le processeur ; d'où un gain en mémoire. L'inconvénient majeur des CISC est la vitesse d'exécution de ces instructions complexes. En effet, le processeur doit impérativement aligner sa vitesse sur l'instruction la plus gourmande en temps et de ce fait ralentit l'exécution générale du système. De plus, plus on trouve d'instructions dans un processeur, plus il est difficile à réaliser et il revient assez cher.

On a alors rapidement réalisé que dans la plupart des applications des logiciels existants, le processeur traitait beaucoup plus d'instructions simples que complexes.

L'idée du RISC était née. On a donc décidé de créer des processeurs possédant un jeu d'instructions réduit, ayant la même durée dans le temps et de câbler le tout en matériel pour une plus grande rapidité du système. Si dans certains cas il faut garder des instructions complexes, elles seront câblées dans des parties spécifiques au processeur et indépendantes (de type coprocesseur interne). En résumé, il faut faire simple pour aller vite.

Le premier à avoir développé ce type de concept a été IBM en 1975. En effet, on constatait à l'époque que les commandes comme LOAD, STORE, ADD, SUBSTARCT et quelques autres étaient les plus utilisées dans l'exécution d'un programme. IBM créait donc en 1979 le premier processeur utilisant des jeux d'instructions réduits et câblés et sort sa machine le 801.

Comment a débuté le PowerPC de Motorola ?

En octobre 1992, les trois compères (Motorola/IBM/Apple) présentent le premier PowerPC, le PowerPC 601 tournant à 50 et 66 MHz. En avril 1993, les premiers PowerPC 601 se trouvent sur des machines grand public. En octobre 1993, le PowerPC 601 tourne à 80 MHz et, dans le même mois, un prototype du PowerPC 603 est présenté. Le 603 possède des caractéristiques identiques au 601 mais consomme moins d'énergie et tourne plus vite. En mars 1994, le PowerPC 601 tourne maintenant à 100 MHz. En avril 1994, le PowerPC 604 est prototypé et sera disponible en fin 1995. En octobre 1994, une nouvelle puce PowerPC est présentée, le 620 qui finalement, on le sait aujourd'hui ne sera pas produite et directement remplacée par le modèle PowerPC 630 qui devrait être disponible début 1997.

PowerPC

Amiga Technologies a certainement réalisé un choix judicieux en préférant le PowerPC de Motorola à la concurrence. Le PowerPC est sans conteste le plus performant à fréquence égale et surtout un des moins chers, mis à part les Mips R4400 de Mips Technology. Il y a aussi le fait que l'Amiga tourne déjà à base du processeur Motorola (68000 technologie CISC) et l'adaptation en PowerPC (technologie RISC) du système Amiga, peut à première vue sembler facilitée de par l'existence d'outils de développement existants chez Motorola. En fait, l'Amiga RISC aurait pu être composé avec un autre processeur RISC. Il existe quatre autres fabricants pour cette technologie : Digital Equipment (Alpha >266 MHz), Mips Technology (Mips R4400 >150 MHz), Hewelett-Packard (PA-RISC série 7000 >200 MHz) et Sun (SSSparc+ >150 MHz), sans oublier l'ARM de l'Acorn. Un Amiga PA-Risc, Alpha ou Mips n'aurait pas été mal non plus.

Le principe du PowerPC

Ce principe regroupe en fait toute la technologie RISC et donc aussi la concurrence de Motorola. Il peut se condenser en ceci :
  • Processeurs 32 bits et 64 bits.
  • Jeu d'instructions simple et réduit.
  • Longueur des instructions fixes. L'avantage évident est que l'on n'a plus à tester si l'instruction est terminée puisque l'on connaît la durée de toutes les instructions -> gain de vitesse.
  • Durée des instructions simples équivalente.
  • Plus ou peu de microcode complexe.
  • Microcode complexe câblé à part du jeu d'instructions réduit (style coprocesseur interne au PowerPC) et pouvant fonctionner simultanément à une ou plusieurs autres instructions simples.
  • Architecture superscalaire : plusieurs instructions peuvent être traitées en même temps par différentes parties du processeur et ce, dans un même cycle d'horloge.
  • Fonctionnement en multiprocesseur possible et géré directement en interne.
  • Compatibilité entre tous les PowerPC à partir du 601.
  • Pour les transferts mémoire, uniquement deux instructions : LOAD et STORE.
  • Fonctionnement de registre à registre répartis en cinq familles de registres pour les PowerPC 603/4.
  • 32 registres généraux (GPR) pour l'utilisateur sur 32 bits pour les entiers.
  • 32 registres généraux (GPR) pour l'utilisateur sur 32 bits pour les nombres en virgule flottante.
  • Plus de 128 registres spéciaux (SPR) pour le processeur sur 32 bits.
  • Registres de conditions et d'états ainsi que de nombreux autres spécifiques.
  • Registres spécialisés superviseur.
  • Minimum, une instruction exécutée par cycle d'horloge (quatre instructions pour le 604).
  • Caches mémoire internes au processeur et externes (Instruction, Data et Unifié).
  • Deux unités de calcul séparées : une pour les entiers (IU) et l'autre pour les calculs en flottant (FPU).
  • Le pipeline : on découpe l'exécution d'une instruction en quatre (en général sur les PowerPC) opérations simples : recherche, décodage, exécution, écriture. Cela multiplie la vitesse du traitement des informations par quatre ! En effet, lorsqu'une des quatre étapes est terminée pour une instruction, elle peut traiter l'étape correspondant à une autre instruction.
  • Anticipation des branchements conditionnels. Les boucles d'un programme et surtout leur adresse finale après l'exécution d'un tour de boucle, peut être anticipé. Le PowerPC possède un certain nombre de tableaux de solutions en interne pour favoriser son anticipation. Ici aussi, un gain de temps non négligeable.
  • Alignement des données en mémoire à des adresses multiples de leur longueur.
  • Bien d'autres particularités que nous verrons dans d'autres articles pus en détails.
PowerPC

Le PowerPC 604 à la base du Power Amiga 97

A vitesse égale, il tourne deux fois plus vite que le PowerPC 603. C'est, avec feu 620, le plus puissant à ce jour (sans compter le 630) et certainement le plus fini. Ses caractéristiques techniques sont les suivantes :
  • Processeur 32/64 bits.
  • Compatible ascendant avec la famille PowerPC.
  • Technologie CMOS traits de 0,5 micron quatre couches.
  • 3,6 millions de transistors.
  • Alimentation 3,3 V, boîtier 304 broches, consommation 10 W.
  • 6 unités d'exécution indépendantes :
    • 3 unités de traitement des entiers (IU).
    • 1 unité de traitement en virgule flottante (FPU).
    • 1 unité de branchement.
    • 1 unité gestion mémoire (LOAD/STORE).
  • Exécution des instructions en désordre possible puis reclassées en sortie pour un gain de vitesse évident.
  • Exécute quatre instructions par cycle d'horloge.
  • Anticipation des branchements conditionnels, et bien d'autres...
Le Power Amiga aura sûrement l'architecture qui suit car les unités d'entrées/sorties ainsi que les spécificités du PowerPC 604 font que les spécifications du constructeur (Motorola-IBM) sont les plus performantes tout en intégrant les spécificités des puces et de l'environnement Amiga. Voici donc à quoi pourraient (et devraient) ressembler les futurs Power Amiga.

PowerPC

En conclusion

Côté performances, le PowerPC 604 est à peu près deux fois plus rapide qu'un Pentium à la même fréquence d'horloge et de toutes façons plus puissant qu'un P6. L'Amiga muni de son système saura de plus mieux exploiter les ressources du PowerPC que tout autre OS.

Amiga Technologies semble ne pas avoir oublié les "anciennes" machines. Il est clair qu'une mise à jour de ces dernières ne se fera qu'au niveau des performances du processeur et des applications. Un peu comme la carte PowerPC pour les Mac LC ou Performa 630. Si Amiga Technologies n'opte pas vers le standard Prep, le Power Amiga de 97 sera soit une machine très onéreuse, soit moins performante que la concurrence ou les deux. Bien évidemment, seuls les Amiga 1200, 3000 et 4000 semblent pouvoir bénéficier d'une mise à jour des cartes processeurs à base de PowerPC 603.

La société Phase 5 a présenté à Cologne une carte PowerPC et, en liaison avec AT, propose à certaines sociétés de développeurs, des cartes de développement à base de PowerPC. Le cap est donc franchi et espérons que les délais seront tenus car on peut peut-être attendre 9 à 12 mois avec des 68040 et des 68060, mais pas plus. Les nouveaux Intel seront eux disponibles bien avant, et la chute des prix des PC (même si cela reste des PC), et surtout des Pentium sera inévitable. Je pense cependant que l'on peut faire confiance à AT. Ils ont pour le moment tenu leur promesse pour la disponibilité des machines (1200 et 4000). Bien entendu, je ne parle pas de la France qui reste toujours un sujet ignoré et sous-exploité. Le mois prochain on parlera des spécificités et de la programmation des PowerPC.


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