處理器系列之什么是PowerPC

二十世紀(jì)九十年代，IBM(國(guó)際商用機(jī)器公司)、Apple(蘋果公司)和Motorola(摩托羅拉)公司開發(fā)PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多處理器計(jì)算機(jī)。PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活。第一代PowerPC采用0.6微米的生產(chǎn)工藝，晶體管的集成度達(dá)到單芯片300萬(wàn)個(gè)。

隨著PowerPC的 發(fā)展，使用PowerPC構(gòu)架的處理器已經(jīng)形成了龐大的家族，在通信、工控、航天國(guó)防等要求高性能和高可靠性的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是一顆“貴族的芯片”。 目前幾乎沒(méi)有什么中文資料詳細(xì)闡述PowerPC家族譜系，實(shí)在是一件遺憾的事。本文就給初學(xué)者簡(jiǎn)介PowerPC家族。

要闡述清楚PowerPC的發(fā)展不是一件容易的事情，光是“PowerPC”這個(gè)詞，就很容易被搞混，尤其是IBM注冊(cè)了一系列相關(guān)的商標(biāo)。比如Power 、Power PC、PowerPC 這三個(gè)詞的含義就不止3種，需要工程師聰明的頭腦才能區(qū)分它們。一般情況下的PowerPC，指的是使用PowerPC指令集的處理器。

二十世紀(jì)九十年代，IBM(國(guó)際商用機(jī)器公司)、Apple(蘋果公司)和Motorola(摩托羅拉)公司共同開發(fā)PowerPC處理器。

PowerPC，最初的含義卻不是Power，而是Performance Optimized With Enhanced RISC;PC指的是Performance Computing。

目前，主流的PowerPC處理器制造商有IBM、Freescale™ Semiconductor(原摩托羅拉半導(dǎo)體部)、AMCC、LSI等。其中以IBM和Freescale的PowerPC處理器最為流行。本文就以這兩家公司的PowerPC處理器為基礎(chǔ)，展開講述PowerPC家族。

IBM的PowerPC家族

IBM目前共有3個(gè)主要的PowerPC處理系列：Power、Power PC和CELL。POWER，POWER PC中間，還有一個(gè)Star系列。

POWER系列CPU 從1990開始生產(chǎn)、裝備到RS/6000(即RISC System/6000)UNIX工作站和服務(wù)器上，現(xiàn)在被稱為eServer™ pSeries®服務(wù)器(最新的名稱是POWER System p系列)，主要的型號(hào)有POWER 1，POWER 2™，POWER 3™，POWER 4™，POWER 4+，以及目前的POWER 5，POWER 5+和剛剛推出的POWER 6處理器。

最早的801是POWER系列處理器的前身，它的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，為了實(shí)現(xiàn)所有的指令都能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，因此缺乏浮點(diǎn)運(yùn)算和并行處理能力，POWER架構(gòu)為了解決這個(gè)問(wèn)題，或者說(shuō)超越801的限制，增加到了100多條指令，成為一種很“復(fù)雜”的精簡(jiǎn)指令集CPU。

1.POWER 1

發(fā)布于1990年，每個(gè)芯片大約封裝了80萬(wàn)個(gè)晶體管。

與 當(dāng)時(shí)其他的處理器不同，POWER 1進(jìn)行了功能分區(qū)，這種設(shè)計(jì)方案使POWER 1具有非常好的擴(kuò)展能力，它有單獨(dú)的浮點(diǎn)寄存器，可以適用于從低端UNIX工作站到高端UNIX服務(wù)器各種環(huán)境。最早的POWER 1是安裝在同一母板上的幾個(gè)芯片的組合，不過(guò)很快就集成到一個(gè)芯片中，成為單芯片設(shè)計(jì)，總計(jì)擁有超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)晶體管的RISC處理器(RSC，RISC Single Chip，即單芯片的RISC處理器)。POWER 1最成功的應(yīng)用是被用于火星探路者宇宙飛船上。

2.POWER 2

發(fā)布于1993年，每個(gè)芯片封裝了一千五百萬(wàn)個(gè)晶體管。

POWER 2增加了第二個(gè)浮點(diǎn)單元處理(floating-point unit，F(xiàn)PU)和更多的緩存。被稱為P2SC(Power 2 Scalable Chip)的超級(jí)芯片使用CMOS-6S技術(shù)，用一個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)了POWER2 8個(gè)內(nèi)核的架構(gòu)(從這里你可以看到其實(shí)在1993年IBM就已經(jīng)開始了多核芯片的設(shè)計(jì)，其實(shí)如果囊括大型機(jī)，在20世紀(jì)80年代，就有了多核的概念)，就 是使用這種處理器的32個(gè)節(jié)點(diǎn)的DEEP BLUE(深藍(lán))超級(jí)計(jì)算機(jī)，在1997年戰(zhàn)勝了國(guó)際象棋冠軍卡斯帕羅夫。

3.POWER 3

發(fā)布于1998年，每個(gè)芯片封裝了一千五百萬(wàn)個(gè)晶體管。

這 是IBM第一款64位對(duì)稱多處理器結(jié)構(gòu)(SMP)，與原有的POWER指令集完全兼容，也兼容Power PC指令集，主要用于科學(xué)計(jì)算，從航空設(shè)計(jì)、生物制藥數(shù)據(jù)分析到天氣預(yù)測(cè)。它具有一個(gè)數(shù)據(jù)預(yù)取引擎，非阻塞的內(nèi)置數(shù)據(jù)緩存和雙浮點(diǎn)處理單元。POWER 3-II采用與POWER 3相同的設(shè)計(jì)，在制造芯片時(shí)使用了銅導(dǎo)線技術(shù)，在幾乎相同的價(jià)格制造成本下，提高了一倍的性能。

4.POWER 4

發(fā)布于2001年，每個(gè)芯片封裝了一億七千四百萬(wàn)個(gè)晶體管。

這 是一款達(dá)到GHz主頻的處理器，0.18微米銅導(dǎo)線，硅絕緣技術(shù)。它具有POWER 3的全部特性，包括與Power PC指令集兼容，但它又是全新的設(shè)計(jì)，每個(gè)處理器包含兩個(gè)64位1GHz+ Power PC內(nèi)核，這是業(yè)界第一款批量生產(chǎn)的單芯片雙核設(shè)計(jì)，又被稱為單芯片對(duì)稱多處理設(shè)計(jì)(multicore design on a single die，SMP on a chip，或者system on a chip)，每個(gè)處理器可以同時(shí)執(zhí)行200條指令。POWER 4架構(gòu)可以制造IBM Regatta(即p690)大型服務(wù)器，也被用來(lái)設(shè)計(jì)Power PC 970處理器(在蘋果公司被稱為Apple G5)。POWER 4+™(又被稱為POWER 4-II)是POWER 4主頻升級(jí)的提高版。POWER 4 CPU支持了分區(qū)技術(shù)，可以將芯片切分成多個(gè)單元，運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)。

5.POWER 5 ™

2004 年發(fā)布，與POWER 3和POWER 4類似，POWER 5同時(shí)使用了POWER和Power PC架構(gòu)，利用了更快的片內(nèi)通信技術(shù)、芯片多處理技術(shù)、同時(shí)多線程技術(shù)(simultaneous multithreading，SMT，一個(gè)物理CPU內(nèi)核可以模擬兩個(gè)邏輯CPU，如果兩個(gè)線程的工作內(nèi)容相差較大，則使用SMT技術(shù)性能最高可以達(dá)到 單個(gè)CPU方式執(zhí)行的1.5~1.7倍)，比POWER 4性能提高了4倍。POWER 5的高端服務(wù)器代號(hào)為“騎兵隊(duì)”(“Squadrons”，IBM希望此CPU能如同騎士馬隊(duì)沖鋒一樣橫掃UNIX服務(wù)器市場(chǎng)，結(jié)果似乎應(yīng)驗(yàn)了設(shè)計(jì)者的期 望)。在POWER 5上支持了微分區(qū)(Advanced Virtualization)的功能，可以將一個(gè)處理器內(nèi)核虛擬切分成多個(gè)處理器，供操作系統(tǒng)使用，最小的分配粒度為0.1個(gè)CPU，共享使用粒度是 1/100個(gè)CPU。在2006年，IBM推出了主頻提高，封裝變化的POWER 5，被稱為POWER 5+，最高主頻為2.2GHz。[!--empirenews.page--]

6.POWER 6 ™

在 2007年5月發(fā)布，目前最高主頻4.7GHz，最高明年將有超過(guò)5GHz主頻的版本。片內(nèi)集成度約為7億5千萬(wàn)個(gè)晶體管。POWER 6將一些總線控制和CPU內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)通道集成進(jìn)單一芯片，與POWER 5相比，增加了更多的CPU內(nèi)核間通信機(jī)制和Cache。POWER 6比較有特點(diǎn)的技術(shù)是可以直接支持10進(jìn)制數(shù)字處理，這是計(jì)算機(jī)史上的一次回歸，我們從十進(jìn)制轉(zhuǎn)到二進(jìn)制以便于計(jì)算機(jī)處理，而如今，計(jì)算機(jī)芯片設(shè)計(jì)已經(jīng)足 夠先進(jìn)，讓我們可以不再去適應(yīng)機(jī)器，而是讓機(jī)器適應(yīng)我們的需求。

POWER 6其他的技術(shù)包括雙核，128KB的L1 Cache(數(shù)據(jù)、指令各64KB)，8條兩階流水線支持在一個(gè)時(shí)鐘周期完成兩組32位讀或一組64位寫操作;兩個(gè)內(nèi)核各有4MB“半共享”的L2 Cache，雖然它被一個(gè)內(nèi)核占據(jù)，但另一個(gè)內(nèi)核也可以快速訪問(wèn)它;另外32MB的L3 Cache可被兩個(gè)內(nèi)核通過(guò)80GB/s的帶寬訪問(wèn);POWER 6還通過(guò)ViVA-2(VirtualVector Architecture)技術(shù)提高了向量處理性能;支持最多1024個(gè)虛擬分區(qū)也是POWER 6的新特點(diǎn)(POWER 5最多支持256個(gè)分區(qū))。POWER 6特有的10進(jìn)制運(yùn)算寄存器、指令可以使它在計(jì)算時(shí)不會(huì)產(chǎn)生2-10進(jìn)制轉(zhuǎn)換誤差，同時(shí)也提高了運(yùn)算速度。POWER 6包括一些額外的電路去支持Mainframe的指令，開始了整合z系列的實(shí)踐，而POWER 6L則是“簡(jiǎn)化”版的芯片，降低了主頻，可以用于刀片服務(wù)器。

在生產(chǎn)POWER 6的同時(shí)，POWER 7也處于緊張開發(fā)階段，預(yù)計(jì)2012年面世。

IBM Power 7處理器采用了IBM的45nm SOI銅互聯(lián)工藝制程，典型的Power 7處理器具有八個(gè)核心，提供4核、6核、8核心型號(hào)，晶體管數(shù)量達(dá)到了12億，核心面積567mm2，從這里可以明顯看出Power7的與眾不同，作為對(duì)比，同樣八核心的Nehalem-EX具有23億個(gè)晶體管，整整多了一倍。

8核5GHz RISC處理器新代表IBM Power7+

在服務(wù)器市場(chǎng)，代表開放性架構(gòu)的x86服務(wù)器盡管在銷量上可占到總體的80%，但市場(chǎng)分額只能保持在50%上下，原因在于企業(yè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)上，小型機(jī)向來(lái)都是首選。小型機(jī)，一種介于PC服務(wù)器和大型機(jī)之間的高性能計(jì)算機(jī)，一般認(rèn)為，傳統(tǒng)小型機(jī)是指采用RISC、MIPS等專用處理器，主要支持UNIX操作系統(tǒng)的封閉、專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所以又稱RISC服務(wù)器或Unix服務(wù)器。不久前，IBM發(fā)布了其最新的RISC處理器Power7+。

IBM在8月底的時(shí)候公布的Power7+處理器結(jié)構(gòu)，同時(shí)還發(fā)布了采用Power7+的大型機(jī)zEnterprise EC12，現(xiàn)在采用Power7+處理器的服務(wù)器也將在10月3號(hào)首次問(wèn)世，Power7+作為32nm制程工藝的IBM最新Power架構(gòu)處理器，有8個(gè)核芯，主頻超過(guò)5GHz。

自從1993年P(guān)ower1問(wèn)世以來(lái)，Power架構(gòu)已經(jīng)有將近20年的歷史?；旧鲜敲咳旮乱淮琁BM也憑借著Power架構(gòu)處理器，逐漸開拓Unix服務(wù)器市場(chǎng)。

憑借這Power架構(gòu)處理器這柄利器，IBM在Unix服務(wù)器(小型機(jī))市場(chǎng)的華山論劍中力拔頭籌。下圖是權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)IDC 09年5月公布的關(guān)于小型機(jī)市場(chǎng)份額的數(shù)據(jù)圖。

從圖中我們可以清楚的看到隨著Power4/5/6的發(fā)布，IBM的份額是節(jié)節(jié)高升。曾長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位的Sun和惠普現(xiàn)在被IBM超過(guò)，根據(jù)權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)Gartner和IDC的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2009年第三季度，IBM在Unix服務(wù)器市場(chǎng)占據(jù)40%的份額，其次分別是惠普(30%)和Sun(不少于25%)。IBM、HP和Sun在小型機(jī)市場(chǎng)形成了三國(guó)鼎立之勢(shì)。

憑借著Power架構(gòu)系列處理器的強(qiáng)勁表現(xiàn)，IBM在小型機(jī)上超過(guò)了曾長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位的惠普和Sun。>>

8月28號(hào)，在硅谷舉行的Hot Chips 24 芯片大會(huì)上，IBM芯片領(lǐng)域的專家介紹了Power架構(gòu)的最新一代處理器8核Power7+。IBM zEC12采用的IBM Power 7+處理器，主頻高達(dá)5.5GHz，而核心數(shù)也確定為6個(gè)。

最新的Power7+處理器采用的是32nm制程工藝，8核芯架構(gòu)，此次Power7+處理器的發(fā)布，吻合了IBM Power架構(gòu)處理器每三年更新一代，且在兩代之間的X+發(fā)布的規(guī)律。

此前的Power7是在2010年2月8號(hào)發(fā)布的，IBM在紐約正式發(fā)布其Power7處理器。

典型的Power7處理器是單晶片的，具有八個(gè)核心，另外也提供4核與6核型號(hào)。晶體管數(shù)量為12億，核心面積567mm2。采用的是IBM的45nmSOI銅互聯(lián)工藝制程。

Power7處理器共有三級(jí)緩存，同時(shí)還集成了兩個(gè)四通道DDR3內(nèi)存控制器，持續(xù)內(nèi)存帶寬100GB/s，每個(gè)通道的速度為6.4Gbps，最大可以訪問(wèn)32GB(使用兩根16GB內(nèi)存條)。Power7處理器最大可以訪問(wèn)256GB。SMP帶寬360GB/s，整個(gè)芯片總帶寬高達(dá)590GB/s。

從Power7到Power7+，最大的變化在于制程工藝從45nm提升到了32nm，在向上擴(kuò)展(scale up)和向外擴(kuò)展(scale out)上都有提升。

向上擴(kuò)展上，雖然Power7+還是和Power7一樣是8核芯架構(gòu)，但是主頻提高了不少，雖然IBM沒(méi)有正式給出Power7+的主頻數(shù)據(jù)，但是由于制程工藝從之前的45nm提升到32nm，有專業(yè)人士分析稱Power7+的主頻相比Power7提升了25%左右。大部分Power7處理器的主頻在3GHz到4GHz，而據(jù)報(bào)道稱Power7+處理器的主頻則是在5GHz以上，之前有消息稱應(yīng)用在IBM最新大型機(jī)的Power7+主頻高達(dá)5.5GHz。

除了在主頻上的提升外，Power7+的L3緩存有提升，是Power7的2.5倍，此前Power7處理器中8個(gè)核芯共享25MB的三級(jí)緩存。在Power7+中，共享的L3緩存增加到了80MB，大約是此前的2.5倍。

而在橫向的向外擴(kuò)展上，Power7+注重了帶寬上的考慮，此前在Power7處理器中，有一個(gè)QCM(quad-chip module)模式，就是將4個(gè)8核芯的Power7封裝在在一起，而在Power7+中，同樣有這種模式，只不過(guò)將原來(lái)封裝在一起的四個(gè)處理器改為了兩個(gè)，也就是DCM(dual-chip module)模式。

這種將多個(gè)處理器封裝在一起的好處是能夠提供高系統(tǒng)I/O帶寬。提供系統(tǒng)等的性能。從上圖對(duì)比可以，單處理器的Power7+相比于Power7性能上有30%左右的提升，而DCM模式的Power7+相比于Power7則是有接近50%的性能提升。>>

首批采用Power7+處理器的是IBM大型機(jī)zEnterprise EC12，而不久前，IBM宣布將會(huì)在10月3日發(fā)布采用Power7+的RISC服務(wù)器。[!--empirenews.page--]

目前IBM的RISC服務(wù)器采用的處理器多為Power7。IBM實(shí)際上在2011年2就宣布停產(chǎn)Power6和Power6+處理器，基于這些處理器的產(chǎn)品也將陸續(xù)停止出售。

在2006年2月的國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC)上，IBM 公布了Power6處理器，那年10月的微處理器論壇和次年2月的ISSCC上披露了更多細(xì)節(jié)，最終在07年5月24日于北京召開的“Power6大突破，創(chuàng)"芯"世界”新聞發(fā)布會(huì)上正式發(fā)布了這款取代Power5+的新一代處理器。

有小幅改進(jìn)的Power6+處理器是在2009年4月正式公布的，但實(shí)際上在08年10月發(fā)布的Power 560和570系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)用了Power6+處理器。從Power3起，IBM每三年發(fā)布新一代的Power處理器，而在這三年中間又會(huì)發(fā)布X+處理器，Power7于2010年2月正式發(fā)布，Power7+處理器則是在2012年9月發(fā)布。

Power 7+ 派生處理器

第一個(gè)PowerPC處理器PowerPC 601，基本上是一個(gè)部份基本指令用微碼模擬的RSC處理器，采用了Motorola 88000為基礎(chǔ)的總線設(shè)計(jì)。這允許IBM在許多任務(wù)作站機(jī)器上使用這個(gè)處理器，只需要更換主板。自此 PowerPC和POWER架構(gòu)有些許分岐，但大部份在指令層級(jí)仍然保持兼容。

使用在太空應(yīng)用的抗輻射設(shè)計(jì)RAD6000處理器是一個(gè)POWER/RSC的派生架構(gòu)。

IBM RS64家族處理器根基于PowerPC(因此也包括POWER)，使用在RS/6000和AS/400產(chǎn)品線。它對(duì)商用工作優(yōu)化，沒(méi)有POWER產(chǎn)品線應(yīng)有的浮點(diǎn)運(yùn)算。它被POWER4取代。

IBM Gekko處理器是修改過(guò)的PowerPC 750CXe，使用在任天堂Gamecube。任天堂的Wii使用更新的Gekko，Broadway。

Cell處理器也是從POWER架構(gòu)派生。它具有一個(gè)復(fù)雜的多線程超標(biāo)量核心，和稱作SPE (Synergistic Processing Elements)的八個(gè)獨(dú)立矢量處理器核心。這個(gè)處理器支撐了Sony的Playstation 3、Toshiba的數(shù)字電視系統(tǒng)，和IBM的高性能電腦。

微軟最新一代的游戲主機(jī)Xbox 360使用一個(gè)循序運(yùn)行的三核Xenon處理器，它基于PowerPC，擁有修改過(guò)的矢量單元，時(shí)鐘頻率3.2 GHz。

Star系列處理器，是Power PC架構(gòu)的另一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，與POWER系列非常類似。由于此系列的各種CPU代號(hào)都有Star或者用某一顆星的名字來(lái)命名，因此被稱為Star系列。

1.RS64

1997年發(fā)布，代號(hào)為“Apache”。

這 一系列使用Power PC處理器設(shè)計(jì)，繼承了大量POWER架構(gòu)的特點(diǎn)，但為了商業(yè)運(yùn)算進(jìn)行了特別優(yōu)化，與POWER 3相比，其中包括指令分支預(yù)測(cè)、浮點(diǎn)意外處理、硬件預(yù)取等功能被取消，而取而代之的是整形計(jì)算意外處理、復(fù)雜的片內(nèi)/片外緩存算法、更大的緩存容量。 RS64的設(shè)計(jì)可以支持64位處理，在2000年發(fā)布的RS64 IV中采用了硬件多線程技術(shù)，單臺(tái)服務(wù)器最多可以擴(kuò)展到24顆CPU，消耗的功耗也非常少，每個(gè)處理器只有15瓦。此款CPU開始用于AS/400(即后 來(lái)的iSeries)，從RS 64 II起，才用于RS/6000(pSeries)。

這種設(shè)計(jì)使得RS64芯片比較適用于在線交易 (On-Line Transaction Processing，OLTP)、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)(Enterprise Resource Planning，ERP)，以及其他大型、混合的多功能、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、多用戶、多進(jìn)程的業(yè)務(wù)。不過(guò)在實(shí)際使用的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其計(jì)算速度稍有欠缺，可能是 RS64 CPU的主頻都很低，典型的幾款服務(wù)器主頻只有100MHz左右，對(duì)于商業(yè)智能(Business Intelligence，BI)和科學(xué)計(jì)算一類的應(yīng)用，性能不佳。

2.RS64 II

1998年發(fā)布，代號(hào)為：“Northstar”(北方之星)。

該CPU擁有8MB L2 Cache，256位的數(shù)據(jù)總線，262MHz主頻。裝配此款CPU的服務(wù)器可以支持最多三個(gè)CPU板，每個(gè)CPU板裝載4路CPU，這樣可以使RS/6000服務(wù)器具有4路、8路、12路的SMP結(jié)構(gòu)。

3.RS64 III

1999年發(fā)布，代號(hào)為：“Pulsar”(脈沖星)。

第 一款使用硅絕緣的RS64芯片，通過(guò)6個(gè)CPU 卡可以實(shí)現(xiàn)24路SMP結(jié)構(gòu)。由于此款CPU主頻提高到450MHz，使用優(yōu)化的指令分支預(yù)取技術(shù)避免了跳轉(zhuǎn)懲罰(或只需要額外1個(gè)時(shí)鐘周期)，5級(jí)流水 線等技術(shù)，CPU處理性能大幅度提高。IBM用此款服務(wù)器裝配了RS/6000的80系列(H80，M80，S80服務(wù)器)。

4.RS64 IV

2001發(fā)布，代號(hào)為：Istar，SStar

第一款支持硬件多線程的商用處理器，比以前同系列的CPU更快，更小。600-750MHz的主頻，硬件多線程技術(shù)(HMT)使得此CPU具有不錯(cuò)的市場(chǎng)表現(xiàn)。另外每個(gè)CPU僅消耗15W的功率也使得用此CPU裝配的服務(wù)器無(wú)需特別的電源、散熱系統(tǒng)。

由于市場(chǎng)對(duì)于商業(yè)和計(jì)算環(huán)境的混合需求，使得IBM重新整合了POWER系列和Power PC系列處理器，最終設(shè)計(jì)了POWER 4處理器。Star系列也最后完成了歷史使命。

Power PC系列，是從POWER架構(gòu)發(fā)展出來(lái)的一個(gè)分支，最早在1993年發(fā)布，用于從單板機(jī)、電池電源管理到超級(jí)計(jì)算機(jī)和Mainframe主機(jī)。Power PC最早登上主角的地位是從作為Power Macintosh 6100的CPU開始的。

眾所周知，Power PC開始與蘋果、摩托羅拉和IBM聯(lián)盟(被稱為AIM聯(lián)盟)，是源自于POWER架構(gòu)的設(shè)計(jì)，但進(jìn)行了大量的改動(dòng)。例如，Power PC是open-endian設(shè)計(jì)，即同時(shí)支持大尾段(big-endian)和小尾段(little-endian)內(nèi)存模式，而POWER 是大尾段設(shè)計(jì);Power PC希望提供更強(qiáng)的浮點(diǎn)處理能力和多線程處理能力。所以這兩種類型的CPU并沒(méi)有太大的差別，Power PC保留了絕大部分POWER指令，許多應(yīng)用只要重新編譯，就可以分別在兩個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行。

當(dāng)IBM和摩托羅拉分別自己設(shè)計(jì)芯片的時(shí)候，依然遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在2000年，大家使用的是Book E spec，這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)使Power PC能更專注于嵌入式處理系統(tǒng)，例如網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和家用設(shè)施的處理器。

除了兼容之外，Power PC的架構(gòu)的另一個(gè)亮點(diǎn)是開放，它公開了指令集，允許任何廠商設(shè)計(jì)Power PC的兼容處理器、Power PC的一些軟件的源代碼也可以下載到，Power PC的內(nèi)核也非常小，可以在同一芯片上安置許多其他的輔助電路，例如緩存、協(xié)處理器，大大增加了芯片的靈活性。

IBM四條服務(wù)器產(chǎn)品線中有兩條都與Power PC架構(gòu)有關(guān)，另外蘋果公司的臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器、任天堂的GameCube，IBM自己的藍(lán)色基因超級(jí)計(jì)算機(jī)都使用了PowerPC芯片。

今天，Power PC家族有三條產(chǎn)品線，分別是嵌入式的Power PC 400系列，Power PC 700和Power PC 900系列。從歷史上看，還有一款Power PC 600系列最值得關(guān)注，因?yàn)樗哂蟹浅：玫男阅?。[!--empirenews.page--]

1.Power PC 600系列

Power PC 601是Power PC 600系列中的第一款，它綜合了POWER和Power PC架構(gòu)的特點(diǎn)，并且盡量保持與POWER 1和隨后的其他Power PC芯片的兼容性(即使是同一系列的芯片，也存在兼容性問(wèn)題)，甚至與摩托羅拉的88110兼容。蘋果公司用Power PC 601在1994年制造了Power Mac 6100，66 MHz CPU主頻。此系列下一個(gè)芯片是603，低端、低功耗的處理器，大量使用在汽車上。與Power PC 603®同日登場(chǎng)的還有PowerPC 604®，是更強(qiáng)大的處理器，隨之的是“加強(qiáng)版”的603e和604e。在此之后，第一款64位Power PC——Power PC 620®在1995年被發(fā)布。

2.Power PC 700系列

在 1998年，出現(xiàn)了Power PC 740和Power PC 750，與604e非常相像，甚至一些人說(shuō)600/700兩個(gè)系列根本就是一回事。Power PC 750是第一款銅導(dǎo)線處理器，蘋果公司用它生產(chǎn)了G3，但很快就被G4所取代，使用的是摩托羅拉7400。在2002年發(fā)布的32位的Power PC 750FX曾經(jīng)震驚業(yè)界，因?yàn)樗堑谝豢钸_(dá)到1GHz主頻的處理器，IBM在2003年緊跟著推出了750GX，集成了1MB片上二級(jí)緩存，也是1GHz 主頻，大約7瓦功耗。

3.Power PC 900系列

64位的Power PC 970，實(shí)際上是單處理器內(nèi)核的POWER 4，可以同時(shí)執(zhí)行200條指令，最高達(dá)到2 GHz以上的主頻，而僅僅消耗十?dāng)?shù)瓦的電力。低功耗使它被大量用于筆記本電腦和手持設(shè)備上，還有一些高密度的存儲(chǔ)、服務(wù)器(例如刀片中心)也在使用它。 64位處理能力，單指令多數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)使它更適合于多媒體、圖形處理。蘋果公司的臺(tái)式機(jī)、Xserve服務(wù)器，以及其他一些圖形、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，都在使用這款處 理器。例如蘋果Xserve G5就使用了Power PC 970FX，也是第一款同時(shí)使用了應(yīng)變硅、硅絕緣兩項(xiàng)技術(shù)的芯片。

4.Power PC 400 系列

這 一款芯片主要用于嵌入式系統(tǒng)，但Power PC靈活的架構(gòu)使它可以被用于從機(jī)頂盒這樣的小設(shè)備到藍(lán)色基因超級(jí)計(jì)算機(jī)。在產(chǎn)品線的一端，Power PC 405EP在200MHz主頻僅消耗1瓦的電力，而銅導(dǎo)線的Power PC 440在800 MHz主頻可以提供同類型嵌入式芯片中最高的性能。這款芯片也有許多旁支，例如利用Power PC 440GX的雙Gigabit Ethernet和TCP/IP加速功能可以降低網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序50%以上的負(fù)載。圍繞Power PC 400內(nèi)核，有許多具體實(shí)現(xiàn)，用于建造藍(lán)色基因超級(jí)計(jì)算機(jī)的處理芯片就是包含了兩個(gè)Power PC 440處理器內(nèi)核和兩個(gè)浮點(diǎn)處理內(nèi)核。

Power PC 400系列被IBM轉(zhuǎn)讓給AMCC，發(fā)展成為PowerPC 405 Family、PowerPC 440 Family、PowerPC 460 Family 3大系列。

Freescale PowerPC系列

Freescale公司提供了數(shù)量眾多的含集成化外設(shè)的PowerPC處理器，目前在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備市場(chǎng)取得了非?？捎^的成功。目前Freescale公司已經(jīng)調(diào)整其PowerPC產(chǎn)品策略，將其劃分成3個(gè)主要市場(chǎng)：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、汽車電子(MPC5xx系列)和工業(yè)控制。

Freescale PowerPC在通訊領(lǐng)域的成功，很可能要?dú)w功于PowerQUICC，這也是IBM的PowerPC和Freescale 的PowerPC的最重要的區(qū)別。1993年，摩托羅拉半導(dǎo)體事業(yè)部(飛思卡爾半導(dǎo)體前身)在充分理解通信系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)了第一顆包含QUICC(Quad Integrated Communications Controller)的芯片--MC68360。此時(shí)，QUICC實(shí)際上是一顆獨(dú)立的處理器。1994年，摩托羅拉半導(dǎo)體事業(yè)部的工程師開始把MC68360的QUICC和PowerPC內(nèi)核結(jié)合，將集成了QUICC的PowerPC處理器稱為PowerQUICC，并將其中的QUICC處理模塊稱為CPM。

1995年，MPC860芯片面市，標(biāo)志著一個(gè)通信處理器時(shí)代的開始。這顆芯片實(shí)現(xiàn)了作為控制中心的PowerPC處理器和作為數(shù)據(jù)處理中心的CPM的分離，采用了數(shù)據(jù)通路和控制通路分開的思想。

此后PowerQUICC系列芯片也一路升級(jí)，從PowerQUICC I到PowerQUICC II，再到PowerQUICC III和PowerQUICC II pro。目前，F(xiàn)reescale 將CPM升級(jí)為QE(QUICC Engine)。

伴隨PowerQUICC的升級(jí)，F(xiàn)reescale PowerPC內(nèi)核也在升級(jí)。

603內(nèi)核系列：MPC850、MPC860、MPC875、MPC885等，目前是最低端的Freescale PowerPC處理器。這類PowerPC處理器沒(méi)有包含SDRAM接口，用戶必須使用MPC860提供的UPM(USER Programmable Machines)配置成SDRAM接口。603內(nèi)核配合PowerQUICC I。

603E內(nèi)核系列：MPC8250、MPC8260、MPC8272等。從PowerPC內(nèi)核的角度看，603到603E的升級(jí)不大，主要是MMU上，此外包含了SDRAM控制器。603E內(nèi)核配合PowerQUICC II。

E300內(nèi)核系列：MPC8349、MPC8347、MPC8360等。E300系列與603E系列結(jié)構(gòu)基本一致，在處理器內(nèi)核上的修改不多。QE最先在MPC8360上實(shí)現(xiàn)，此外支持DDR SDRAM接口。E300內(nèi)核配合PowerQUICC II pro。

E500內(nèi)核系列： 包括MPC8540、MPC8560、MPC8548等。E500內(nèi)核共有V1 、V2兩個(gè)版本。V1版本和V2版本的最大區(qū)別在于MMU?；贓500內(nèi)核的PowerPC處理器是Freescale高端處理器的發(fā)展方向。E500 內(nèi)核和603E有很大的不同，只有指令系統(tǒng)是兼容的，其他內(nèi)核組件都不相同。E500內(nèi)核支持DDR SDRAM，RapidIO和千兆以太網(wǎng)接口。E500內(nèi)核配合PowerQUICC III。

E600內(nèi)核系列：也稱為G4，包括MPC7410，MPC7447，MPC7448，MPC8641等。與IBM的Power 700系列的最大不同在于G4系列支持AltiVec結(jié)構(gòu)。這類處理器也是Apple用于MAC機(jī)的芯片。

E700系列：支持64位的PowerPC結(jié)構(gòu)，開發(fā)中(最新消息不明，懷疑被放棄).

飛思卡爾 QorIQ通信平臺(tái)是飛思卡爾的 PowerQUICC通信處理器的下一代演進(jìn)產(chǎn)品，包含一個(gè)或者更多個(gè)核，一共有5個(gè)不同的產(chǎn)品平臺(tái)。按照功能和性能，分為 P1, P2, P3, P4 和P5,同老的PowerPC產(chǎn)品保持軟件兼容，例如PowerQUICC平臺(tái)。

QorIQ 商標(biāo)和P1、P2、P4產(chǎn)品家族在2008年6月被公布，P3和P5平臺(tái)的細(xì)節(jié)尚未公開。所有的QorIQ處理器基于 e500 or e5500 核心。P10xx 和 P20xx 系列基于e500v2 核心，P340xx 和P40xx 系列基于 e500mc 核心，P50xx 則基于e5500 核心。

P1系列

P1系列被設(shè)計(jì)用于網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)交換機(jī)、無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)和通用控制目的。P1系列屬于入門級(jí)，運(yùn)行在400到800MHz，用于替代PowerQUICC II Pro 和PowerQUICC III平臺(tái)。P1系列封裝成689個(gè)引腳，同P2系列兼容。[!--empirenews.page--]

P1011 -包含一個(gè)800MHze500核心，256 kB L2 cache,4個(gè)SerDes lanes，3個(gè)吉比特以太網(wǎng)控制器，以及一個(gè)用于老實(shí)電話的時(shí)分復(fù)用引擎(TDM engine) 。

P1020 –包含2個(gè)800 MHz e500 核心，256 kB shared L2 cache, 4個(gè)SerDes lanes,3個(gè)吉比特以太網(wǎng)控制器，一個(gè) TDM engine.

P2系列

P2系列設(shè)計(jì)用于網(wǎng)絡(luò)、電信、軍工的廣泛應(yīng)用。能運(yùn)行在-40 到 125 °C，特別適合苛刻條件下的應(yīng)用。P2系列屬于中端產(chǎn)品，運(yùn)行在800Mhz到1.2GHz，用于替代PowerQUICC II Pro 和PowerQUICC III平臺(tái)。

P2010 – 包含1個(gè) 1.2 GHz 核心

P2020 – 包含2個(gè) 1.2 GHz 核心, shared L2 cache

P3系列

P3 系列設(shè)計(jì)屬于中端產(chǎn)品，用于交換機(jī)和路由器。P3系列提供了一個(gè)多核平臺(tái)，支持4個(gè)e500mc核心，每個(gè)核心頻率能達(dá)到1.5 GHz。P3系列擁有1.3 GHz 64-bit DDR3內(nèi)存控制器，18個(gè)SerDes lanes，以及用于數(shù)據(jù)包操作和調(diào)度、正則表達(dá)式、RAID、安全、加密和RapidIO的硬件加速器。

P3系列的多個(gè)核心能夠運(yùn)行在對(duì)稱模式和非對(duì)稱模式，意味著多個(gè)核心可以一起或者非別引導(dǎo)運(yùn)行操作系統(tǒng)。

P3041 - 4個(gè)1.5 GHz 核心，每個(gè)核心128 kB L2 cache ，1個(gè)1.3 GHz 64-bit DDR3 內(nèi)存控制器，45納米技術(shù)和僅有12w的功率。

P4系列

P4系列屬于高端產(chǎn)品，用于核心網(wǎng)或者企業(yè)級(jí)交換機(jī)、路由器。提供極限多核平臺(tái)，支持8個(gè)e500mc核心 ，每一個(gè)核達(dá)到1.5 GHz。

P4080 –包含8個(gè)e500mc核心，每個(gè)核心有32/32kB instruction/data L1 caches以及1個(gè)a 128 kB L2 cache。包含2個(gè)1 MB L3 caches，每一個(gè)連接到64-bit DDR2/DDR3 內(nèi)存控制器。

P5系列

P5系列基于高性能64-bit e5500 核心，頻率提高到2.5 GHz 。

P5010 - 一個(gè)e5500 2.2 GHz核心, 1 MB L3 cache, 1個(gè)DDR3 controller,45 nm 工藝，功率30W.

P5020 - 兩個(gè)e5500 2.2 GHz核心, 2個(gè)1 MB L3 caches, 2個(gè)DDR3 controllers, 45 nm 工藝，功率30W.