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PowerPC

PowerPC（英语：Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing，有时简称PPC）是一种精简指令集（RISC）的指令集架构 ISA（Instruction set architecture），其基本的设计源自IBM的POWER（Performance Optimized With Enhanced RISC[注 1]）架构。

PowerPC
推出年份1992年10月，​32年前​（1992-10）
设计公司AIM
最新架构版本2.02
体系结构类型加载-存储
字长/寄存器资料宽度32-bit/64-bit（32 → 64）
字节序Big/Bi
指令编码长度Fixed/Variable (Book E)
指令集架构设计策略精简指令集
扩展指令集AltiVec, APU
分支预测结构Condition code（英语：Status register）
32 GPR, 32 FPR
IBM PowerPC 601处理器

历史

1991年，Apple、IBM、Motorola组成AIM联盟，意欲发展一泛用的微处理器架构，其成果即为PowerPC。PowerPC架构基础来自于1990年随RISC System/6000推出的IBM POWER架构，而POWER架构又是从早期的RISC架构（比如IBM 801）与MIPS架构的处理器得到灵感的。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。第一代PowerPC采用0.6微米制程，晶体管约为单晶片280万个。

以PowerPC架构发展出来的第一个晶片是1993年推出的PowerPC 601，而IBM以PowerPC 601推出了RS/6000 POWERstation 250工作站，苹果电脑则推出第一代的PowerMacintosh。

1998年，铜晶片问世。

2000年，IBM开始大批推出采用铜晶片的产品，如RS/6000的X80系列产品。铜制程取代了已经沿用了30年的铝制程，使硅晶片多CPU的生产工艺达到了0.2微米的水平，单晶片集成了2亿个电晶体，大大提高了运算性能；而1.8V的低电压操作（原为2.5V）大大降低了晶片的耗能，容易散热，从而大大提高了系统的稳定性。

但除了苹果公司的麦金塔电脑以外，使用PowerPC处理器的个人电脑很少，而自2005年起，麦金塔也转用Intel x86。

PowerPC处理器

PowerPC 601至PowerPC603e

[1]

601 601v 602 603 603e 604
时脉（MHz） 50至80 100 66 50至80 100 100至133
工作电压（v） 3.6 2.5 3.3 3.3 3.3
功率消耗（w） 10（80 MHz） 6 1.2 3（80 MHz） 3.5 17.5
制程（micrometer） 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
晶片大小（mm2） 120 74 50 120 98 197
晶体管数 280万 280万 100万 160万 260万 360万
缓存大小（KB） 共享32 共享32 资料、指令各4 资料、指令各8 资料、指令各16 资料、指令各16
总线 地址32位，资料64位 地址32位，资料64位 地址32位，资料64位 地址32位，资料32或64位 地址32位，资料32或64位 地址32位，资料32或64位
SPECint92 85（80 MHz） 105 40 75（80 MHz） 120 200（133MHz）
SPECfp92 105（80 MHz） 125 - 85（80 MHz） 105 200（133MHz）

PowerPC 604e

 
苹果公司的Network Server 700处理器子版上的 200 MHz IBM制 PowerPC 604e 处理器。

PowerPC 604e 于 1996 年 7 月推出，改进了存储器子系统与分支预测，而存储器总线时脉为66MHz，有 510 万个晶体管，采用 0.35 μm CMOS 制造，晶片大小为 148 平方毫米或 96 平方毫米，工作时脉为166至233 MHz，在 233 MHz 时功率消耗为 16-18 W。与前代产品相比，性能提高了 25%。[2][3]

PowerPC 604ev "Mach5"

PowerPC 604ev、604r （或称“Mach 5”）于 1997 年 8 月推出，是制程改进为 0.25 μm CMOS的PowerPC 604e，晶片面积减至47 平方毫米，工作时脉提升至250 到 400 MHz ，存储器总线速度为100MHz，而功率消耗在 250 MHz 时则为 6 W。虽然苹果公司在 1998 年转而使用 PowerPC 750，但 IBM 仍在其 RS/6000 工作站的入门级型号中使用PowerPC 604ev。

PowerPC 7xx

第三代的PowerPC 微处理器是PowerPC 7xx，由苹果公司称为 PowerPC G3，于 1997 年 11 月 10 日推出；G3一词常被使用于苹果电脑的机种，例如 PowerBook G3、彩色 iMac、iBook 和蓝色以及白色的 Power Macintosh G3。PowerPC 7xx系列由于低功耗与小尺寸，是手提电脑的理想选择，一直使用到麦金塔转用x86处理器之前，而且也广泛使用于嵌入式装置，如打印机、路由器、存储装置、太空船和游戏机[4]。 但7xx 系列的弱点在于并未支持对称多处理、缺乏单指令流多资料流能力，以及相对较弱的浮点运算功能。摩托罗拉的 74xx 系列处理器针对这些问题进行设计与改进。

PowerPC 7400

PowerPC 7400（代号“Max”）于 1999 年 8 月推出，又被称为“G4”，工作时脉为 350 至 500 MHz，有1050 万个晶体管，以摩托罗拉的 0.20 μm HiPerMOS6 制造，晶片尺寸为 83 mm2，采用铜制程。但摩托罗拉曾向苹果承诺将提供工作时脉500 MHz 的晶片，但初期良率过低，使得苹果无法推出宣传的 500 MHz 之 PowerMac G4，在摩托罗拉处理此问题时，苹果只好将PowerMac G4型号的工作时脉从 400、450 和 500 MHz 降到 350、400 和 450 MHz。该事件导致苹果与摩托罗拉的关系出现裂痕，据报导苹果向 IBM 寻求帮助，以提高摩托罗拉 7400 系列的产量[5] 。后来在 2000 年 2 月 16 日苹果的PowerMac 500 MHz型号上市。

最后一款使用 G4 的桌面型麦金塔是 Mac Mini；手提电脑的 iBook G4 与PowerBook G4后来都改用英特尔x86处理器。但还有其他平台也使用 PowerPC G4 处理器，例如 AmigaOne 系列机种和 Genesi 的 Pegasos；而 PowerPC G4 也常用于嵌入式系统，例如路由器、电信交换机、影像与媒体处理、航空电子装置和军事应用；其 AltiVec 及对称多处理功能在这些领域可发挥所长。

PowerPC 970

PowerPC 970、PowerPC 970FX 和 PowerPC 970MP 是 IBM 于 2002 年推出的 64 位元 PowerPC 处理器，而苹果公司在采用此系列处理器的麦金塔，称之为 PowerPC G5。本系列是 IBM 和苹果以POWER4为基础合作开发的[6][7] ，项目代号为 GP-UL 或 Giga Processor Ultra Light[注 2]。苹果推出 PowerMac G5 时曾表示这是一项为期五年的合作成果，且有多个世代的未来发展路线图。但一年以后苹果不得不收回推出使用 3 GHz 处理器之PowerMac G5的承诺，IBM 也无法将功耗降低到可供笔记本电脑所用的水准，使得苹果的手提电脑仍然采用PowerPC G4。最终苹果转用x86处理器于麦金塔电脑。此外，IBM 的 JS20/JS21 刀片服务器和一些低端工作站和 System p 伺服器使用了 PowerPC 970。有些高阶嵌入式系统（如 Mercury 的 Momentum XSA-200）也使用了PowerPC 970。 IBM 也将 PowerPC 970 内核授权其他厂商用于自定使用。

产品应用

较广为人知的产品应用包含：

相关条目

备注

  1. ^ 《IBM Connect电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化”
  2. ^ Giga Processor 是PowerPC 970设计基础之 POWER4 处理器的代号

参考文献

  1. ^ 刘, 光涛. 認識POWER PC. 台北市: 全欣资讯图书股份有限公司. 民国84[1995]. ISBN 957-726-267-8. OCLC 813868323. 
  2. ^ IBM's PowerPC 604e page. [2022-05-14]. （原始内容存档于2009-05-30）. 
  3. ^ NXP's PowerPC 604e page. [2022-05-14]. （原始内容存档于2016-03-03）. 
  4. ^ NASA's $2.5bn Curiosity rover: An Apple PowerBook on wheels. [2022-05-14]. （原始内容存档于2019-01-05）. 
  5. ^ Motorola and IBM Reveal PowerPC Plans. [2022-05-14]. （原始内容存档于2021-11-29）. 
  6. ^ Apple Unleashes the World's Fastest Personal Computer—the Power Mac G5. Apple. 23 June 2003 [2022-05-14]. （原始内容存档于2021-12-16）. 
  7. ^ Apple and IBM Introduce the PowerPC G5 Processor. Apple. 23 June 2003 [2017-12-04]. （原始内容存档于2022-04-21）. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 POWER To The People. IBM. March 30, 2004 [2017-11-10]. （原始内容存档于2013-02-04）. 
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