PowerPC

详细信息

PowerPC处理器有广泛的实现范围，包括从诸如Power4那样的高端服务器CPU到嵌入式CPU市场（任天堂Gamecube使用了PowerPC）。PowerPC处理器有非常强的嵌入式表现，因为它具有优异的性能、较低的能量损耗以及较低的散热量。除了象串行和以太网控制器那样的集成I/O，该嵌入式处理器与台式机CPU存在非常显着的区别。例如，4xx系列PowerPC处理器缺乏浮点运算，并且还使用一个受软件控制的TLB进行内存管理，而不是象台式机芯片中那样采用反转页表。

PowerPC处理器有32个（32位或64位）GPR（通用寄存器）以及诸如PC（程序计数器，也称为IAR／指令地址寄存器或NIP／下一指令指针）、LR（链接寄存器）、CR（条件寄存器）等各种其它寄存器。有些PowerPCCPU还有32个64位FPR（浮点寄存器）。

PowerPC体系结构是RISC（精简指令集计算）体系结构的一个示例。因此：

所有PowerPC（包括64位实现）都使用定长的32位指令。

PowerPC处理模型要从内存检索数据、在寄存器中对它进行操作，然后将它存储回内存。几乎没有指令（除了装入和存储）是直接操作内存的。

Motorola系列微处理器

Motorola的基于PowerPC体系结构的嵌入式处理器芯片有MPC505、821、850、860、8240、8245、8260、8560等近几十种产品，其中MPC860是PowerQUICC系列的典型产品，MPC8260是PowerQUICC II系列的典型产品，MPC8560是PowerQUICC III系列的典型产品。

系列产品

PowerQUICC系列微处理器

PowerQUICC系列微处理器一般有三个功能模块组成，嵌入式PowerPC核(EMPCC),系统接口单元(SIU)以及通信处理器(CPM)模块，这三个模块内部总线都是32位。

嵌入式PowerPC核由嵌入式PowerPC核心、指令和数据缓存(Cache)及其各自的存储器管理单元(MMU)组成，从功能上PowerPC核可分为两个功能模块:整数模块和加载/存储模块。整数和加载/存储操作均由具有32位内部数据通道，支持32位整数操作及算术操作的硬件直接执行。PowerPC核中的整数模块使用32X32bit定点通用寄存器，每时钟周期可以执行一条整数处理指令。整数模块中的单元仅在数据队列中的有效数据被传输时才被占用，这样使得PowerPC核一直处于低功耗工作模式。

系统接口单元SIU的功能是提供内部总线和外部总线的接口，该接口单元具有32位微处理器的几乎所有的通用接口特性，尽管PowerPC核内部总线为32位，但通过SIU可以将外部总线宽度动态地配置成8、16或32位，以兼容数据总线宽度为8、16或32位的外设或存储器。

SIU单元中的存储器控制器支持最多与高达8组存储器的无缝连接，每组的容量从32K字节到256M字节可变，数据总线宽度可由4个独立的使能信号控制为8bits,16bits或32bits。支持的存储器类型包括SRAM、SSRAM、EPOM、FlashROM、DRAM,SDRAM等。存储器控制器为每一组存储器分别提供了可选的0到15个的等待状态以适应不同速度的存储器。SIU也支持其它需要双时钟访问的外部SRAM和用突发方式访问的外部设备。SIU单元还提供其它几种功能:总线监视、假中断监视、软件看门狗、定时中断、复位控制、不占用内部开销的片内总线仲裁、JTAG1149.1测试口等。

PowerQUICC中除集成了PowerPC核，还集成了一个32位的RISC内核。PowerPC核主要执行高层代码，而RISC则处理实际通信的低层通信功能，两个处理器内核通过高达8K字节的内部双口RAM相互配合，共同完成MPC854强大的通行控制和处理功能。CPM以RISC控制器为核心构成，除包括一个RISC控制器外，还包括七个串行DMA(SDMA)通道、两个串行通信控制器(SCC)、一个通用串行总线通道(USB),两个串行管理控制器(SMC),一个I2C接口和一个串行外围电路(SPI)，可以通过灵活的编程方式实现对Ethemet、USB、T1/E1,ATM等的支持以及对UART,HDLC等多种通信协议的支持。

PowerQUICC II系列微处理器

PowerQUICC II完全可以看作是PowerQUICC的第二代，在灵活性、扩展能力、集成度等方面提供了更高的性能。PowerQUICC II同样由嵌入式的PowerPC核和通信处理模块CPM两部分集成而来。这种双处理器器的结构由于CPM承接了嵌入式PowerPC核的外围接口任务，所以较传统结构更加省电。CPM交替支持三个快速串行通信控制器(FCC)，二个多通道控制器(MCC)，四个串行通信控制器(SCC)，二个串行管理控制器(SMC)，一个串行外围接口电路(SPI)和一个12C接口。嵌入式的PowerPC核和通信处理模块(CPM)的融和，以及PowerQUICC II的其他功能、性能缩短了技术人员在网络和通信产品方面的开发周期。

PowerQUICC III系列微处理器

同PowerQUICC II相比，PowerQUICC III集成度更高、功能更强大、具有更好的性能提升机制。PowerQUICC III中的CPM较PowerQUICC II产品200MHz的CPM的运行速度提升了66%，达到333MHz，同时保持了与早期产品的向后兼容性。这使得客户能够最大范围的延续其现有的软件投入、简化未来的系统升级、又极大的节省开发周期。PowerQUICC III通过微代码具有的可扩展性和增加客户定制功能的特性，能够使客户针对不同应用领域开发出各具特色的产品。这种从PowerQUICC II开始就有的微代码复用功能，已经成为简化和降低升级成本的主要设计考虑。

发展史

1980

IBM发布了第一台基于RISC(精简指令集计算机）架构的原型机。早在上世纪70年代初，基于IBM科学家john Cocke的发明，RISC的理念大大简化了计算机操作指令，加快系统运行速度，使得计算机性能得到大幅度提升。如今，RISC架构已经广泛应用于众多工作站和UNⅨ服务器系统中，并被看作是未来主流的计算架构。

1990

IBM推出基于RISC系统、运行AⅨV3的新产品线RS/6000（称为IBMeServerp系列）。该系统架构被称为POWER(POWER1），意为增强RISC性能优化（Performance Optimization With Enhanced RISC）架构。

1991

IBM和苹果、摩托罗拉公司达成一系列合作协议，内容包括：推出支持苹果Macintosh个人电脑与IBM网络相连的全新产品；推出面向PC机和低成本工作站的RISC架构PowerPC处理器；形成一个开放的系统环境，保证IBMAⅨ和苹果Macintosh软件程序在两家公司设计的RISC系统中都能运行。此外，开放的系统环境包括其他一些技术协议。

1993

IBM推出可升级的POWER并行系统，这是第一款采用RS/6000技术，基于微处理器的超级计算机。在该系统中，IBM首次应用多处理器技术，可将复杂密集的任务进行分解，大大加快了计算机的运算速度，开创了业界先河。

IBM和摩托罗拉公司推出PowerPC601处理器，该处理器是与苹果共同开发的。PowerPC上集成280多万个晶体管，主频为50MHz。

IBM发布了66MHz的POWER2处理器，首先应用于RS/6000系统。

1994

IBM推出可升级的POWER并行系统2(Scalable POWE Rparallel，SP2）。美国康乃尔理论研究中心配备了SP2超级计算机，运行速度高达1360亿次/秒。欧洲粒子物理学实验室（CERN）采用一款64节点、运行AⅨ系统的IBMSP2，速度位于欧洲前列。

IBM成功研发出新一代PowerPC604处理器，其强大的处理性能在批量生产的处理器产品中处于领先地位。IBM技术人员还推出了业内最快的“无损”数据压缩芯片，每秒钟能处理40MB数据。7月，IBM交付第一百万个PowerPC601处理器。

IBM发布首个基于Power架构的嵌入式控制器PowerPC403GA。

1995

PowerPC64位RISC处理器开始应用于IBMAS/400操作系统中。

8月，苹果公司推出首款基于Power架构的笔记本电脑PowerBook500，它采用IBM的PowerPC 603e处理器。

1996

IBM推出全新的32位POWER2超级芯片（P2SC），主频达135MHz，首先应用于RS/6000系统。基于POWER2架构的P2SC采用了高密度CMOS技术，单个芯片上集成1500万个晶体管。

1997

IBM“深蓝”超级计算机在经过多局较量后，击败了国际象棋冠军Garry Kasparov。“深蓝”是一款32节点的IBMRS/6000SP计算机，处理器采用32位P2SC，运行AⅨ操作系统。在比赛期间，“深蓝”的平均运算速度为每秒1亿2600万步。这台超级计算机被安放在美国华盛顿特区的史密森国家博物馆内。

IBM为美国国家宇航局提供一款32位的PowerPC微处理器，其运算速度可达每秒3500万次，主要用于火星探测计划。经过洛克希德马丁实验室改造后，最终形成可抗辐射的RAD6000芯片，植入火星登陆车Sojourner Rover内部的计算机系统中。

1998

由IBM和美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室共同研发的“蓝色基因”超级计算机问世。这台计算机采用PowerPC604处理器，主频高达332MHz，系统包含176个节点，最高运算速度为每秒3.9万亿次（比一般台式电脑快1.5万倍），存储容量超过2.6TB（是普通PC机的8万倍）。“蓝色太平洋”一秒钟内的计算量相当于一个人使用计算器连续计算6万3千年的总和。

IBM推出世界上第一组基于铜的微处理器PowerPC740/750，工作频率为400MHz。由于使用了铜芯片技术，处理性能提高了近1/3。

全新64位POWER3处理器将POWER2架构（P2SC)与PowerPC架构相结合，并对技术应用进行了优化。POWER3的最高运算速度可达每秒200万次，比“深蓝”所采用的POWER2超级芯片快出一倍多。

IBM公布了首个基于Power的嵌入式系统芯片（SoC）内核。不久之后，PowerPC405内核也将同其他IP相结合，形成嵌入式SoC微处理器和基于Power的特定应用集成电路(ASIC）解决方案。

1999

IBM研究院投资1亿美金开发一种新型的Power架构超级计算机。这种名为“蓝色基因”的计算机峰值速度超过1PetaFLOP，比当时最快的超级计算机高出500倍。它将被用来模拟复杂蛋白质的折叠。

自正式推出铜芯片一年后，IBM交付了第一百万个铜技术PowerPC芯片。

6月，IBM发布了第一个基于405内核的系统芯片PowerPC405GP。下半年，IBM即推出了再下一代嵌入式PowerPC内核。

IBM与任天堂公司共同宣布了一项价值10亿美元的技术协议，IBM将为任天堂的下一代家庭游戏机GAMECUBE提供增强版PowerPC芯片。新产品性能将超出任何其他家庭游戏系统，为玩家呈现更佳的图像效果和更逼真的动作画面。

2000

IBM宣布将高速PowerPC处理器与电视机顶盒（STB）组件一起整合到一个“单芯片系统”上，从而在系统性能、价格和设计等方面为机顶盒厂商带来竞争优势。该单芯片系统拥有众多的先进应用，并能帮助三星等公司灵活应对不断变化的客户需求。

IBM将RS/6000更名为IBM eServerp系列。

2001

IBM新一代超机计算机“ASCI White”在美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室投入使用，运算速度高达每秒12.3万亿次，主要用于模拟核爆炸试验。作为美国国家核安全管理局(NNSA）提高战略运算能力计划（ASCI）的组成部分，该系统强大的运算能力可以在不到1分钟时间内处理地球上每个人发出的一次互联网操作请求。

在经过5年潜心研发后，IBM推出世界上最强大的UNⅨ服务器—eServer p690（“Regatta”）。新系统基于先进的POWER4处理器，集成了多项主机技术。由多台p690服务器连接而成的超级计算机拥有1000多个POWER4处理器，能够完成最为复杂的运算任务。

索尼、东芝和IBM宣布合作，共同开发一种用于宽带设备的高级芯片架构，这款代号为“CELL”的芯片将采用业界最先进的芯片研发和制造技术。应用该产品的设备性能将超过IBM“深蓝”超级计算机，并能以更低的功耗实现超高速宽带上网。

2002

IBM推出64位PowerPC970处理器，这款高性能产品可应用于普通台式机、入门级服务器等多种环境中。64位的PowerPC970芯片基于POWER4服务器架构，采用独特的单指令多数据流（SIMD）单元，拥有超强处理性能。此外，它还采用了“ElasticI/O”内部总线结构，这是业界最快的处理器总线之一。

IBM推出速度更快的POWER4+。截至2003年，POWER4+已经应用于全部pSeries产品线。

IBM推出32路eServer iSeries890服务器，其处理性能为i840的两倍，采用1.3GHzPOWER4处理器，单个芯片上集成了1亿7400万个晶体管。

IBM推出嵌入式PowerPC440GP和PowerPC440GX处理器，主要运行嵌入式网络和存储应用。PowerPC440GX拥有TCP/IP负载加速功能，在全部的5项EEMBC基准测试中得分均高于任何其它的“单芯片系统”处理器。

2003

IBM宣布一个有关32位嵌入式PowerPC内核的公开授权计划。

IBM和苹果公司联手推出世界上第一款64位台式机处理器—PowerPCG5，工作频率达2.0GHz。苹果公司称新的PowerMacG5电脑是“世界上最快的个人电脑”。

IBM宣布推出划时代的“BlueGene/L”原型机。这款超级计算机尺寸仅相当于30英寸彩电大小，它的问世将为科学界和IT业发展带来深远影响。最终版“BlueGene/L”超级计算机将于2005年诞生，占地面积相当于半个网球场，总共包含65536个节点（PowerPC）和64个机架，预计其峰值速度将达到360TeraFlops。

IBM宣布eServerp Series 630将采用POWER4+处理器。等到eServerp Series p615发布后，POWER4+已经应用于全部pSeries产品线。

IBM推出首款采用64位PowerPC技术的刀片服务器Blade Center JS20，扩大了客户的选择范围，提高投资回报率，实现快速经济的计算性能扩展。

IBM推出全新的PowerPC750GX。与PowerPC750相比，新产品的二级缓存扩大了一倍，由原先的512KB变为1MB。

2004

IBM宣布开发出一种制造低功耗、高性能微处理器的新方法，首次把绝缘硅（SOI）、应变硅和铜制程三种技术工艺结合在一起。64位PowerPC970FX成为首款采用新技术生产的处理器产品，并在业内评选中荣获大奖。

IBM交付第4000台eServer p690服务器，该产品基于POWER架构，是世界上最受欢迎的UNⅨ服务器。

IBM发布“Power Everywhere”战略，围绕POWER架构开展一系列合作计划，并建立POWER技术创新社区。从全球最强大的企业系统、超级计算机到普通游戏机、嵌入式设备，POWER架构已经广泛应用于各类产品中。

索尼公司宣布取得IBMPower处理器架构授权。索尼表示，POWER产品丰富的功能和低功耗、高性能的特点将使其成为客户设备的首选。

IBM推出业界首款基于Power架构的刀片服务器—eServer Blade Center JS20。

IBM在全球范围内建立Power架构中心，为客户设计POWER系统提供支持。

IBM推出一项创新的软件技术，帮助客户开发先进的Power架构处理器，并对设计流程进行整合，以实现更快速、更经济的研发目标。

IBM正式发布新的eServeri5服务器，这是世界上第一台采用POWER5处理器的服务器产品。具有划时代意义的POWER5是IBM有史以来最强大的64位处理器。

IBM推出基于POWER5处理器的OpenPower720服务器，相对于HP和Sun的入门级UNⅨ和Linux系统而言，这款Linux专用服务器有着明显的价格优势。

IBM在其developerWorks网站上开辟了Power架构技术专区，为众多基于POWER平台的芯片设计人员、验证工程师、嵌入式系统及软件研发人员提供丰富的技术资源。

IBM推出基于POWER架构的Total Storage DS6000和DS8000存储系统。

IBM推出三款全新的POWER5服务器，树立起高端计算领域的新标准。其中，IBM eServer p5595、eServer i5595拥有强大的处理性能和虚拟能力，而32路的IBMeServerp5590和eServerpSeriesp690相比，速度高出45%，价格则降低45%。

在网络设备市场上，Power架构服务器占据了三分之二的市场份额。

自2004年4月以来，已有超过1400名研发人员加入了Power架构团队。

IBM“BlueGene/L”超越日本NEC公司的地球模拟器，成为世界上速度最快的超级计算机。在Linpack基准测试中，IBM“BlueGene/L”系统的性能达到360TeraFlops，刷新了地球模拟器在2002年创造的35.86Tflop的世界记录。

在全球排名前10位的超级计算机中，共有5台采用了Power架构，比第二位高出一倍。

IBM预发布新的高密度POWER5服务器系统—IBMeServerp5575。该产品可以通过简单的集群方式组成高性能超级计算机，为未来超级计算机的发展指明了方向。

IBM宣布，基于POWER5处理器、运行DB2通用数据库的IBMeServer服务器在TPC-C基准测试中突破了每分钟300万次的处理极限，创造了新的世界纪录。

2005

10月，IBM发布Systemp5产品线，采用基于POWER5处理器的增强版——POWER5+处理器，并提供一系列更优化功能。产品一经推出，就打破15项计算领域的世界纪录。

新的POWER5+处理器被称为“片上服务器”（server on a chip），它包括2个处理器，一个高带宽系统交换器，一个更大高速缓存和I/O界面。最新的POWER5+有1.5和1.9GHz两个主频选择，最大72MB板上高速缓存，支持逻辑分区技术，可使System p5为用户提供更强大性能，而占用面积更小。

发布QCM技术，即四处理器内核模块。

2006

2月，发布破多项记录的Systemp5中端产品，最大限度满足用户对产品不同定位的需求。Systemp5产品所取得的世界记录已经达到70余项，其动力主要来自以全新2.2GHzPOWER5+处理器为代表的POWER处理器，和显着提高计算密度的QCM(4内核处理器模块）处理器封装技术，后者可使产品在紧凑空间中成倍增加了计算能力。

截止2012年5月IBM的POWER7计算机已经开始商用