二十世紀(jì)九十年代,IBM(國際商用機(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300萬個。
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”這個詞,就很容易被搞混,尤其是IBM注冊了一系列相關(guān)的商標(biāo)。比如Power 、Power PC、PowerPC 這三個詞的含義就不止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個主要的PowerPC處理系列:Power、Power PC和CELL。POWER,POWER PC中間,還有一個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)非常簡單,為了實(shí)現(xiàn)所有的指令都能在一個時鐘周期內(nèi)完成,因此缺乏浮點(diǎn)運(yùn)算和并行處理能力,POWER架構(gòu)為了解決這個問題,或者說超越801的限制,增加到了100多條指令,成為一種很“復(fù)雜”的精簡指令集CPU。
1.POWER 1
發(fā)布于1990年,每個芯片大約封裝了80萬個晶體管。
與 當(dāng)時其他的處理器不同,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芯片的組合,不過很快就集成到一個芯片中,成為單芯片設(shè)計(jì),總計(jì)擁有超過一百萬個晶體管的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,每個芯片封裝了一千五百萬個晶體管。
POWER 2增加了第二個浮點(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)的超級芯片使用CMOS-6S技術(shù),用一個芯片實(shí)現(xiàn)了POWER2 8個內(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個節(jié)點(diǎn)的DEEP BLUE(深藍(lán))超級計(jì)算機(jī),在1997年戰(zhàn)勝了國際象棋冠軍卡斯帕羅夫。
3.POWER 3
發(fā)布于1998年,每個芯片封裝了一千五百萬個晶體管。
這 是IBM第一款64位對稱多處理器結(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。它具有一個數(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),在制造芯片時使用了銅導(dǎo)線技術(shù),在幾乎相同的價格制造成本下,提高了一倍的性能。
4.POWER 4
發(fā)布于2001年,每個芯片封裝了一億七千四百萬個晶體管。
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),每個處理器包含兩個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),每個處理器可以同時執(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)、同時多線程技術(shù)(simultaneous multithreading,SMT,一個物理CPU內(nèi)核可以模擬兩個邏輯CPU,如果兩個線程的工作內(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,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,可以將一個處理器內(nèi)核虛擬切分成多個處理器,供操作系統(tǒng)使用,最小的分配粒度為0.1個CPU,共享使用粒度是 1/100個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5GHz主頻的版本。片內(nèi)集成度約為7億5千萬個晶體管。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時鐘周期完成兩組32位讀或一組64位寫操作;兩個內(nèi)核各有4MB“半共享”的L2 Cache,雖然它被一個內(nèi)核占據(jù),但另一個內(nèi)核也可以快速訪問它;另外32MB的L3 Cache可被兩個內(nèi)核通過80GB/s的帶寬訪問;POWER 6還通過ViVA-2(VirtualVector Architecture)技術(shù)提高了向量處理性能;支持最多1024個虛擬分區(qū)也是POWER 6的新特點(diǎn)(POWER 5最多支持256個分區(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)算時不會產(chǎn)生2-10進(jìn)制轉(zhuǎn)換誤差,同時也提高了運(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,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處理器具有八個核心,提供4核、6核、8核心型號,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,作為對比,同樣八核心的Nehalem-EX具有23億個晶體管,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,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月底的時候公布的Power7+處理器結(jié)構(gòu),同時還發(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號首次問世,Power7+作為32nm制程工藝的IBM最新Power架構(gòu)處理器,有8個核芯,主頻超過5GHz。
自從1993年P(guān)ower1問世以來,Power架構(gòu)已經(jīng)有將近20年的歷史?;旧鲜敲咳旮乱淮?,IBM也憑借著Power架構(gòu)處理器,逐漸開拓Unix服務(wù)器市場。
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。曾長期占據(jù)主導(dǎo)地位的Sun和惠普現(xiàn)在被IBM超過,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)市場形成了三國鼎立之勢。
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)上超過了曾長期占據(jù)主導(dǎo)地位的惠普和Sun。>>
8月28號,在硅谷舉行的Hot Chips 24 芯片大會上,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。
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,具有八個核心,另外也提供4核與6核型號。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處理器共有三級緩存,同時還集成了兩個四通道DDR3內(nèi)存控制器,持續(xù)內(nèi)存帶寬100GB/s,每個通道的速度為6.4Gbps,最大可以訪問32GB(使用兩根16GB內(nèi)存條)。Power7處理器最大可以訪問256GB。SMP帶寬360GB/s,整個芯片總帶寬高達(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個核芯共享25MB的三級緩存。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QCM(quad-chip module)模式,就是將4個8核芯的Power7封裝在在一起,而在Power7+中,同樣有這種模式,只不過將原來封裝在一起的四個處理器改為了兩個,也就是DCM(dual-chip module)模式。
這種將多個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月的國際固態(tài)電路會議(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PowerPC處理器PowerPC 601,基本上是一個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。它對商用工作優(yōu)化,沒有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。它具有一個復(fù)雜的多線程超標(biāo)量核心,和稱作SPE (Synergistic Processing Elements)的八個獨(dú)立矢量處理器核心。這個處理器支撐了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使用一個循序運(yùn)行的三核Xenon處理器,它基于PowerPC,擁有修改過的矢量單元,時鐘頻率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代號都有Star或者用某一顆星的名字來命名,因此被稱為Star系列。
1.RS64
1997年發(fā)布,代號為“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、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,每個處理器只有15瓦。此款CPU開始用于AS/400(即后 來的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)庫訪問、多用戶、多進(jìn)程的業(yè)務(wù)。不過在實(shí)際使用的過程中,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CPU板,每個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,代號為:“Pulsar”(脈沖星)。
第 一款使用硅絕緣的RS64芯片,通過6個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個時鐘周期),5級流水 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具有不錯的市場表現(xiàn)。另外每個CPU僅消耗15W的功率也使得用此CPU裝配的服務(wù)器無需特別的電源、散熱系統(tǒng)。
由于市場對于商業(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)展出來的一個分支,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。例如,Power PC是open-endian設(shè)計(jì),即同時支持大尾段(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,就可以分別在兩個平臺上運(yùn)行。
當(dāng)IBM和摩托羅拉分別自己設(shè)計(jì)芯片的時候,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),另外蘋果公司的臺式機(jī)和服務(wù)器、任天堂的GameCube,IBM自己的藍(lán)色基因超級計(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600/700兩個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、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)色基因超級計(jì)算機(jī)的處理芯片就是包含了兩個Power PC 440處理器內(nèi)核和兩個浮點(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個主要市場: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,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)志著一個通信處理器時代的開始。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,從PowerQUICC I到PowerQUICC II,再到PowerQUICC III和PowerQUICC II pro。目前,F(xiàn)reescale 將CPM升級為QE(QUICC Engine)。
伴隨PowerQUICC的升級,F(xiàn)reescale PowerPC內(nèi)核也在升級。
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,包含一個或者更多個核,一共有5個不同的產(chǎn)品平臺。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。
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)、無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)和通用控制目的。P1系列屬于入門級,運(yùn)行在400到800MHz,用于替代PowerQUICC II Pro 和PowerQUICC III平臺。P1系列封裝成689個引腳,同P2系列兼容。[!--empirenews.page--]
P1011 -包含一個800MHze500核心,256 kB L2 cache,4個SerDes lanes,3個吉比特以太網(wǎng)控制器,以及一個用于老實(shí)電話的時分復(fù)用引擎(TDM engine) 。
P1020 –包含2個800 MHz e500 核心,256 kB shared L2 cache, 4個SerDes lanes,3個吉比特以太網(wǎng)控制器,一個 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。
P2010 – 包含1個 1.2 GHz 核心
P2020 – 包含2個 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系列提供了一個多核平臺,支持4個e500mc核心,每個核心頻率能達(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系列的多個核心能夠運(yùn)行在對稱模式和非對稱模式,意味著多個核心可以一起或者非別引導(dǎo)運(yùn)行操作系統(tǒng)。
P3041 - 4個1.5 GHz 核心,每個核心128 kB L2 cache ,1個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)級交換機(jī)、路由器。提供極限多核平臺,支持8個e500mc核心 ,每一個核達(dá)到1.5 GHz。
P4080 –包含8個e500mc核心,每個核心有32/32kB instruction/data L1 caches以及1個a 128 kB L2 cache。包含2個1 MB L3 caches,每一個連接到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e5500 2.2 GHz核心, 1 MB L3 cache, 1個DDR3 controller,45 nm 工藝,功率30W.
P5020 - 兩個e5500 2.2 GHz核心, 2個1 MB L3 caches, 2個DDR3 controllers, 45 nm 工藝,功率30W.