本文只讨论速度和实际表现，对诸如工业设计和用户友好性方面都不去讨论。文中对Xeon DP 3.6 GHz (Irwindale), Opteron 250, Dual G5 2.5 GHz和Dual G5 2.7 GHz作了全面的比较。

    PowerMac是相对于x86架构pc的另一种选择，不过我们并没有考虑去测试其游戏性能。首先你可以花钱去买一块强的显卡，因为就算是最高端的PowerMac也仅仅标配Radeon 9650显卡，而且该平台支持的游戏数量完全不能和x86架构的pc相比，最后就是骨灰级玩家通常喜欢打造自己的个性电脑。
   

    于是我们测试的焦点放在工作站和服务器的应用上面，特别是开放源代码的应用（如MySQL, Apache）。64位的G5运行OS X Server 10.3 (Panther)和OS X Server 10.4.1 (Tiger), 而x86架构的pc运行64位服务器版的开放源代码的Unix系统：SUSE Linux SLES 9 (kernel 2.6.5)。我们同样在老一些的Xeon 3.06 GHz ( Galatin, 1 MB L3)上运行了SUSE SLES 8 (kernel 2.4.19)来作为参考。一些工作站的测试是在Windows XP SP2上完成的。

IBM PowerPC 970FX简介

    G5的cpu其实就是IBM的PowerPC 970FX处理器。RISC指令集十分的复杂因而很难称作精简。它提供了32个architectural寄存器，这些寄存器对于程序员来说是可视的，特别是汇编的程序员。这是可以在二进制代码编写中使用到的寄存器。

     

    PowerPC 970FX的汇编程序员应当编辑出表达清晰的代码以免造成L1-cache，重名寄存器和architectural寄存器之间的数据混乱，而这样做的结果是表现上的提升。有内部人士指出PowerPC 970FX所面临的寄存器上的压力比诸如EM64T和AMD64这些只有16各寄存器的cpu来的小，而EM64T和AMD64又比其上一代的只有8个architectural寄存器的32位x86处理器来的小。不管怎样，那在纯64位模式下多出来的8个architectural寄存器使得64位的x86程序性能提高了10%-30%。

    970FX有着很深的管线，比起Athlon和Opteron的都要深，Opteron拥有12阶的管线用于整数运算，970FX的更深，有16阶。浮点运算方面则是21阶，而Opteron仅仅只有17阶。21阶使得很容易联想到Pentium 4 Northwood，但是要注意到的是Pentium 4在trace cache前还设置了8个阶，也就是总共具有20个阶。在有分支预测的情况下970FX和Pentium 4 (Northwood)表现接近，而在频率方面970FX理论上比Opteron快，但是并不接近老的Pentium 4。

     

    970FX的设计思路十分大胆。它不但具有更深的处理器管线，而且其在一个时钟周期内能同时处理5条指令。Operton只能支持3条，Pentium 4的trace cache带宽限制其一个时钟周期内只能处理两条x86指令。

    970FX具备乱序执行能力且运行中可以保存200条不同的指令，而Pentium 4只支持126条。它在一个周期中可以从L1 cache中取出8条指令，并且以相同的速度对指令进行解码，它可能是out-of-order CPU的终极版本。

    运行中保持200条的指令刚刚好。因为如果没有一个限制，cpu就会保持上千条的指令，而调度器又需要从缓存中调出独立的指令。搜索和分析缓存是十分耗时的，对于主频2.5GHz的cpu来说，时间是十分有限的。诚然缓存越大越好，但是一个时钟周期内可以分析的却有限。执行中的前端缓存一般是100条指令，这仍然比起Athlon64的三组72条指令来得多。

    970FX和G%同样支持分组，但分组比较的粗糙，一个分组里有五条指令。分组使得重排序和追踪来得比直接处理100条指令要简单。

    同时分组又是其最大的缺点。Itanium同样支持分组，不过其有编译器的辅助。在970FX中，分组必须受到一些的限制，比如说一个分组只能有一个分枝。还有一些其他的约束，本文中就不提了。分组中的操作包括NOOP，no-operation，以及什么都不做的指令组成。当某个指令所需要的资源的不道的话，那个分组将不会被执行。可以看出分组使得其不怎么灵活。

    分支预测由两个不同的16K的记录表来进行，还有一个16K大小的选择器来监督两种方法的效率。分支预测看起来像是IBM设计人员的一个主要的考虑。

内存子系统

    其cache和x86比起来是比较小的。64KB的I-cache和32KB的D-cache确实很普通，512KB的L2-cache就今天的标准来说确实有点小了。不过这并没引起什么争议，倒是内存延迟的问题更多的引起大家的争议。Apple网页公布的RAM访问时间是135ns，而相对的Opteron的RAM访问时间是60ns，Pentium 4(875芯片)的访问时间是100-115ns。

    LM bench 20.4的测试数据具体如下：

     

    可以看出内存延迟着实是G5的一个重要问题。

    不过值得一提的是出色的FSB带宽，G5/Power PC 970FX 2.7GHz FSB的频率达到1.35GHz(双向)，单向具备10.8GB/S的传输能力，虽然双通道DDR400最多只能使用6.4GB/S的带宽，但是考虑到8个预取数据流来说，带宽还是会得到有效的利用。

不同核心的比较

    下面就Intel Xeon/Pentium 4，Opteron/Athlon64，G5和较早前G4中使用的cpu进行全面的比较：

   

    总结一下，理论上PowerPc 970FX有很宽很深的管线，很强的分枝预测能力和对于流动应用梦幻的特征。并且它还有两块并行浮点运算单元和一个SIMD Altivec单元，它们在一个时钟周期可以进行四次运算。970FX的缺点是其控制指令的流动比较粗糙，并且有较高的内存延时。

    理论归理论，下面我们来实际测试G5 2.5 GHz以及2.7 GHz和3.6 GHz Xeon Irwindale以及Opteron 250 (2.4 GHz)。

测试环境

    我们使用SUSE SLES9中的MySQL version (4.0.18)以及Mac OSX Tiger10.4.1。

软件：Intel，AMD

SUSE SLES9(SUSE Entreprise Edition),Linux Kernel 2.6.5,64bit
工作站测试：Windows XP SP2

软件：Apple PowerMac G5

OS X 10.4.1 Tiger, 64 bit（partially）

软件:其它

MySQL 4.0.18, 32 and 64 bit, MyISAM engine
Gcc 3.3.3

硬件平台

Apple PowerMac 双2.7 GHz，双2.5 GHz
4 GB (8x512 MB) Corsair XMS3200 延迟为3-3-3

双Intel Xeon DP Irwindale 3.6 GHz 2 MB L2-cache, 800 MHz FSB - Lindenhurst Chipset
Intel服务器主板SE7520AF2
4 GB (4x1024 MB) Micron Registered DDR-II PC2-3200R, 400 MHz CAS 3, ECC enabled
NIC: Dual Intel PRO/1000 Server NIC (Intel® 82546GB controller)

双Xeon DP Galatin 3.06 GHz 1 MB L3-cache, 533 MHz FSB
Intel SE7505VB2 board - Dual DDR266
2 GB (4x512 MB) Crucial PC2100R - 250033R, 266 MHz 延时为2.5 (2.5-3-3-6)
NIC: 1 Gb Intel RC82540EM - Intel E1000 driver.

Opteron服务器：Dual Opteron 250 (2.4 GHz)
Iwill DK8ES Bios version 1.20
4 GB: 4x1GB MB Reg. Transcend (Hynix 503A) DDR400 - (3-3-3-6)
NIC: Broadcom BCM5721 (PCI-E)

客户端设置：Dual Opteron 250
MSI K8T Master1-FAR
4x512 MB infineon PC2700 Registered, ECC enabled
NIC: Broadcom 5705

通用的设备
1 Seagate Cheetah 36 GB - 15000 rpm - 320 MB/s
Maxtor 120 GB DiamondMax Plus 9 (7200 rpm, ATA-100/133, 8 MB cache)

FPU测试

    因为软件的问题，我们很难将intel pc和Apple的机器来做比较。事实上Apple的Final Cut Pro或者是Intel上比较好的Adobe Premiere都不太适合拿来比较G%何X86PC。于是在我们进行应用测试前，我们对基准测试分别作了编译。

    我们采用Flops测试软件进行浮点运算测试，基准测试包括70%浮点运算指令、4%的分支指令以及4%的内存指令。下面是测试的结果：

  

    结果很有意思。首先，我们在测试前曾用gcc汇编器将基准测试程序进行编译从而适应所有平台，但是从结果看来，gcc好像并不擅长生成SIMD代码，gcc只在第三个测试中使用了Altivec，在这点上，G5显示了其比Opteron和Xeons更加优越的性能

    当我们关闭对SSE-2的支持并且设置成“mfpmath=387”时，Xeon Irwindale反而表现的更好，这说明GCC汇编器对于SSE-2指令的优化存在一点点紊乱。当然我们也可以采用速度更快的Intel汇编器试一试。

    同样有趣的还有3.06GHz Xeon比3.6GHz Xeon Irwindale表现要好。可见Irwindale L1 cache较大延迟（四个时钟周期）对其影响甚大。相比之下，类似于Northwood的Galatin Xeon由于其较低的延迟（两个时钟周期）从而表现要好许多。

    这项测试得到如下的结论：Operton拥有更好的FPU，尤其是面临像FDIV（除法）这样复杂的指令时更能发挥它的性能。当FADD/FSUB和FMUL的混合比例各占50%时，G5才会比较的敏感。其通常情况下的FPU很普通。

分支预测测试

    这项测试中我们使用“Queens”。Queens是一款著名的分支测试软件，它的主要思路是将n个国际象棋王后放在n*n的格子中但每个王后都不能攻击到其它王后。测试软件运用包含n多分支的穷举算法求解。Queens包括：23%分支指令，45%内存指令，没有FP操作。下面是测试的结果：

              

    在2.7G的情况下，G5和Xeon同样的快。很明显，尽管有31阶的管线，Xeon Pentium 4仍然能将损害讲到一个很低的水平。Opteron的分支预测水平和G5差不多。

G5作为工作站处理器

    大家都知道G5是一款很强的工作站处理器。它几乎是运行Adobe After Effects和Final Cut Pro最快的CPU，因为这些软件就是设计在PowerMac上来应用的。不幸的是，我们并没有这些软件来测试。

    首先来测试Povray下面是结果：

         

    Povray运行时主要消耗L2和L1cache的资源，测试结果与Flops极为相似。当不存在Altivec或SSE-2优化时，Opteron是最快的cpu，G5的FPU比其中一款Xeon稍好。

    下面两个测试都是32bit，在x86的Windows XP环境中运行。

       

    G5在Lightwave中表现不俗，Netburst架构在这项应用中表现得十分成功。我们并不清楚软件是否对Altivec做了优化。或许这正是Apple市场占有率不高的结果。

         

    Maxon曾努力更新Cinema4D引擎以使它更好的运行在G5平台上。测试结果中我们看到G5赢了最好的X86处理器。

G5作为服务器处理器

    Apple真正的服务器平台是Xserve而不是PowerMac，不过我们抵挡不住对基于G5的服务器平台进行测试的诱惑。在这台机器上我们安装了Mac OSX Tiger。事实上，我们对于Apple平台作了一些优化：2.5G的cpu比Xserve的2.3G的处理器要强，并且后者的内存不支持ECC校验。

     

    我们在网络设置上采用高速以太网连接客户端和服务器，服务器平均收到4Mbit/s的数据，发出数据19Mbit/s，这些都远低于网络带宽。磁盘读写速度也没有瓶颈，读取速度最大是600KB，写入速度最大是23KB/s。

     

    测试的结果不大理想，当我们同时使用5或10个并行连接时，Apple系统便崩溃了。

　 

 

    有些时候G5的得分只有Opteron和Xeon的十分之一。我们在Panther和Tiger上都作了测试，并且测试了三便试图找出是不是有什么地方出错，但是答案没都是一样的：MySQL服务器的表现存在问题。Opteron是会快一点，但是不至于快到10倍那么多。

    我们使用了Activity Monitor进行监控，看到运行MySQL程序时cpu的负荷十分的重：达到185%的占有率让人无法接受。要注意到的是MySQL至少同时分成了60个线程。

     

    我们再次使用Apache 1.3和标准的“ab”(Apachebench)测试来验证结果：

     

    新的系统Tiger并没有带来什么改观，2.7GHz(10.4.1)和2.5GHz(10.3)的表现不相上下，仍然只是Xeon和Opteron的十分之一。Apple一直以其系统是基于Unix为自豪，不过看起来Unix/Linux的软件并不亲赖Apple。这和Mac OS的工作原理是分不开的，Mac OS是十分美观的系统，不过它却存在着一些应用上的局限性，这里就不再赘述了。

Mac OS和Linux的对比

    Lmbench 2.04提供了一系列的实用的程序用来测试Unix操作系统和cpu性能之间的瓶颈。它非常适合于测试Mac OS X是不是Apple平台服务器糟糕表现的问题所在。

    信号允许进程之间的相互中断，MySQL这样的数据库同时存在许多进程访问核心,对于信号的管理是十分重要的。

    

    所有的数字都以微秒为单位进行传输，越低越好。首先，我们可以看到Linux 2.6在大多数情况下效率最高；其次，尽管不是什么精确的测试，但结果是很明确的：作为Mac OS Xserver的基础，Darwin处理信号很慢。

    当我们在测试中开始增加数据流动的级别，就需要创建一些新的线程。Unix的进程/线程创建叫做“分流”。

    “fork”测量简单的进程创建和管理能力；“exec”主要测量创建一个完整新进程的能力；“sh”通过运行一些小程序来测试新进程的运行情况。

     

    Mac OSX难以置信的慢，要其他的要多上2到5倍。没有必要将测试继续进行下去了：G5不可能是地球上最快的cpu，在数据库的应用上表现得实在太差了。

结论：只能做工作站不能做服务器

    G5相对于PowerMac之前的cpu有了长足的进步。它是目前最具超标量体系结构的cpu，这无疑给了Apple一把利刃，特别是在Intel和AMD主频竞赛已经结束的现在。不过它还有一段路要走。

    首先，G5需要降低其内存访问延迟，因为目前它的整数运算还远远不能让人满意。而Opteron和Xeon拥有更好的整数引擎，特别是Pentium4/Xeon的分支预测十分的优秀。Opteron的内存子系统也比G5来得要好。

    其次，尽管G5已经设置32个architectural寄存器，但它的浮点运算能力还是要继续优化。只有一项测试说明在Mac上运行开放源码的程序时需要先做一些编译。而相对的，其他8项测试中Intel的处理器都遥遥领先。

    速度引擎将使得G5在工作站市场上的前景一片光明。G5还有很大的潜力可挖，并且伴随着PowerMac市场份额的逐渐扩大，会吸到更多的开发者对Mac优化做出努力。

    然而，Apple的服务器平台表现则是十分糟糕的。当我们和Apple进行交流时，Apple告称一些数据库开发商，如Sybase和Oracle已经找到方法解决进程方面。我们以后还会进行Sybase测试，但是实话说，我们对结果仍然不是很确定。大多数应用都依赖于线程。我们不是操作系统专家，但是通过测试中的数据看来，Xserve如果能够安装对PowerPC进行过优化的Linux会比安装Mac OS X来得要好。