PowerPC 600

PowerPC 600ファミリーは、PowerPCプロセッサーの最初のファミリーです。これらは、テキサス州オースティンにあるサマセット施設で設計され、AIMアライアンスの一環としてIBMとモトローラのエンジニアが共同出資し、スタッフを配置しました。サマセットは1992年にオープンしました。その目標は、最初のPowerPCプロセッサを作成し、その後、パーソナルコンピュータ用の汎用PowerPCプロセッサを設計し続けることでした。最初の化身は1993年にPowerPC 601になり、すぐに第2世代がPowerPC 603、PowerPC 604、64ビットPowerPC 620に続きました。

POWER、PowerPC、およびPower ISAアーキテクチャ
フリースケール（旧Motorola）
PowerPC eシリーズ（2006） e200 e300 e500 e600 e5500 e6500 Qorシリーズ（2008） QorIQ コリヴヴァ
IBM
POWERシリーズ（1990） POWER1 POWER2 POWER3 POWER4 POWER5 POWER6 POWER7 POWER8 POWER9 POWER10 PowerPCシリーズ（1992） 6xx 4xx 7xx 74xx 970 A2 RS64 （1996） RADシリーズ（1997） RAD6000 RAD750 RAD5500
IBM /任天堂
月光ブロードウェイエスプレッソ
その他
タイタン PWRficient 細胞キセノン X704
関連リンク
OpenPOWER財団 AIMアライアンス RISC ブルージーン Power.org PAPR PReP CHRP AltiVec
灰色でキャンセル、斜体で歴史的
v t e

核家族

CPU	パイプラインステージ	その他
PowerPC 603	4	5実行ユニット、分岐予測。 SMPはありません。
PowerPC 604	6	スーパースカラー、アウトオブオーダー実行、6実行ユニット。 SMPサポート。
PowerPC 620	5	アウトオブオーダー実行-SMPサポート。

PowerPC 601

PowerPC 601プロトタイプは、1992年10月に最初のシリコンに到達しました。

PowerPC 601は、基本的な32ビットPowerPC命令セットをサポートする第1世代のマイクロプロセッサでした。設計作業は1991年半ばに本格的に開始され、1992年10月に最初のプロトタイプチップが利用可能になりました。最初の601プロセッサは、1993年10月にIBM RS / 6000ワークステーションに導入されました（より強力なマルチチッププロセッサであるIBM POWER2製品ラインと共に） 601は、市場でPowerPCを確立し、AIMアライアンスを強化するために、クラッシュスケジュールに基づいて設計されたPOWER / PowerPCアーキテクチャの最初の高度なシングルチップ実装でした。大幅に新しい機能（大幅なパフォーマンスの強化、新しい命令、そして重要なPOWER / PowerPCの最初の対称型マルチプロセッシング（SMP）実装など）を含めながら、非常にアグレッシブなスケジュールを達成するために、設計は多くの主要なテクノロジーとプロジェクト管理戦略を活用しました。 601チームは、IBM RISCシングルチップ（RSC）プロセッサの基本構造と部分の多くを活用しましたが、POWER命令セットにない新しいPowerPC命令の大部分のサポートも含めました。 RSC設計のほぼすべての部分が変更され、多くの設計ブロックは大幅に変更または完全に再設計されましたが、完全に異なる統合I / Oバス構造とSMP /メモリコヒーレンシサポートが提供されました。基本的なRSC構造を活用した新しいPowerPCの変更は、チップ面積/フロアプランニングとタイミング解析/チューニングの不確実性を減らすために非常に有益でした。注目に値するのは、601がSMPなどの重要な新しい主要機能を実装しただけでなく、POWERと将来のPowerPCプロセッサ間のブリッジとしても機能し、IBMおよびソフトウェア開発者がPowerPCへの移行を支援することです。設計の開始から最初の601プロトタイプのテープアウトまでは、PowerPCを市場に早期に確立することを強く推し進めるためにわずか12か月でした。

60xバス

アライアンスとその顧客の利益のために601に88110バスアーキテクチャを迅速に組み込む努力を支援するために、モトローラの経営陣は88110バスアーキテクチャ仕様だけでなく、いくつかの88110バスリテラシー設計者も支援しました。 60xバスロジックの実装と検証。 Appleシステム設計チームがMotorolaの88110のI / Oバス構造に精通しており、このI / Oバスの実装が明確に定義され文書化されていたため、601チームは市場投入までの時間を改善するためにバステクノロジーを採用しました。バスは601に実装された60xバスに改名されました。これらのMotorola（および少数のAppleデザイナー）は、601を作成する際に120人以上のIBMデザイナーに加わりました。

60xバスのベースとして88110バスを使用すると、さまざまな方法でスケジュールを設定できました。サポートASICの再設計の量を削減することにより、Apple Power Macintoshチームを支援し、プロセッサ設計者および設計者が新しいバスインターフェイスを提案、文書化、ネゴシエート、および閉じるのに必要な時間を削減しました。 88110バスまたは以前のRSCバスが採用されていなかった場合、601管理チームが予想した「戦争」。注目に値するのは、Appleの努力と88100バスの利益のために88110バスを受け入れることは、RSCのまったく異なるバス構造の周りにサポートASICを既に実装していた最初のIBM RS / 6000システム設計チームの努力を犠牲にしていたことです。

この60xバスは後に、601、603、604、G3、G4、Motorola / Freescale PowerQUICCプロセッサの多くのバリアントのかなり長寿命の基本インターフェースになりました。

設計

このチップは、多種多様なアプリケーションに適合するように設計されており、外部L2キャッシュと対称型マルチプロセッシングをサポートしていました。浮動小数点ユニット、整数ユニット、分岐ユニット、シーケンサーユニットを含む4つの機能ユニットがありました。プロセッサには、メモリ管理ユニットも含まれていました。整数パイプラインは4ステージ、分岐パイプラインは2ステージ、メモリパイプラインは5ステージ、浮動小数点パイプラインは6ステージ長でした。

1993年の秋にIBMシステムで最初に発売され、IBMによりPPC601として、モトローラによりMPC601として販売されました。 50〜80 MHzの範囲の速度で動作しました。 4レベルのアルミニウム相互接続を備えた0.6 µm CMOSプロセスを使用して製造されました。ダイのサイズは121mm²で、280万個のトランジスタが含まれていました。 601には32 kBの統合されたL1キャッシュがあります。これは、オンチップキャッシュとして当時大きな容量と考えられていたものです。大きなキャッシュのおかげもあって、そのセグメントでは高性能プロセッサと見なされ、競合するIntel Pentiumをしのいでいます。 PowerPC 601は、アップルの最初のPower Macintoshコンピューター、およびIBMとGroupe BullのさまざまなRS / 6000ワークステーションとSMPサーバーで使用されました。

IBMは、バーモント州バーリントンおよびニューヨーク州イーストフィッシュキルにある601および601+マイクロプロセッサの唯一のメーカーでした。 601はIBM CMOS-4sプロセスを使用し、601 +はIBM CMOS-5xプロセスを使用しました。非常に少数のこれらの601および601+プロセッサには、Motorolaのロゴと部品番号のラベルが付けられ、Motorolaを通じて配布されました。これらの事実は、「Motorola MPC601」のさまざまな写真、特に、601がTime Magazineの1994年の「Products of the Year」の1つとMotorolaのマークが付いた見事なMotorolaマーケティングの特定の事例があるため、多少不明瞭です。

PowerPC 601マイクロプロセッサ、Keith Diefendorffによる講演

PowerPC 601v

IBMが90 MHz PowerPC 601vを製造しました。わずかに小さいダイに注意してください

90〜120 MHzで動作するPowerPC 601vまたはPowerPC 601+が1994年に導入されました。4レベルの相互接続を備えた新しい0.5 µm CMOSプロセスで製造され、ダイの寸法は74mm²です。 601+設計は、IBMのみのチームによってCMOS-4からCMOS-5xに再マップされました。設計ツールの変更とファブルールの共通化による市場投入までの遅延を回避するために、601および601+は両方ともIBMシステム上のIBM EDAツールを使用して設計され、IBMのみの施設で製造されました。

PowerPC 603

PowerPC 603は、指定された完全な32ビットPowerPCアーキテクチャを実装した最初のプロセッサです。ポータブルおよび組み込み用途向けの低コストでローエンドのプロセッサとして設計されました。主な機能の1つは、スリープモードで2 mWしか消費せず、電力要件を劇的に削減できる省電力機能（居眠り、昼寝、スリープモード）でした。 603には、4段のパイプラインと5つの実行ユニット（整数ユニット、浮動小数点ユニット、分岐予測ユニット、ロード/ストアユニット、システムレジストリユニット）があります。命令とデータ用の独立した8 KB L1キャッシュと、最大75 MHzに達する32/64ビット60xメモリバスがあります。 603コアには、SMPのハードウェアサポートがありませんでした。

セラミックボールグリッドアレイパッケージの200 MHz Motorola PowerPC 603。

PowerPC 603には160万個のトランジスタがあり、IBMとMotorolaにより、4レベルの相互接続を備えた0.5 µm CMOSプロセスで製造されました。ダイのサイズは85mm²で、80 MHzで3 Wを描画します。 603アーキテクチャは、AppleがPowerPC「G3」として販売しているPowerPC 750アーキテクチャの直接の祖先です。

603は、ポータブルApple Macintoshコンピューターで使用することを目的としていましたが、プロセッサーキャッシュが小さいため、Appleが適切と考えるパフォーマンスで68Kエミュレーションソフトウェアを実行できませんでした。その結果、Appleは低価格のデスクトップPerformaラインでのみ603を使用することにしました。 Appleがプロセッサの改訂を待つことを選択したため、これによりApple PowerBook 5300およびPowerBook Duo 2300の遅延が発生しました。 AppleがPerforma 5200ラインで603を使用したことにより、プロセッサの評判が悪くなりました。 68Kエミュレーションパフォーマンスの問題とは別に、Performaマシンには、ネットワークパフォーマンスと安定性、バスの問題（幅、速度、競合、および複雑さ）、ROMバグ、およびハードディスクのパフォーマンス。 5200ラインの問題は、68Kエミュレーションパフォーマンスを除いて、本来603によるものではありませんでした。むしろ、プロセッサは68Kマザーボードおよびその他の古い部品で使用するように改造されました。サイトLow End Macは、Performa 5200を史上最悪のMacと評価しています。 603は、さまざまな組み込み機器で広く使用されています。

PowerPC 603eおよび603ev

603のパフォーマンスの問題は、 PowerPC 603eで対処されました。 L1キャッシュは拡張され、16 kBの4ウェイセットアソシエイティブデータおよび命令キャッシュに拡張されました。プロセッサのクロック速度も2倍になり、200 MHzに達しました。製造プロセスを0.35 µmに縮小すると、最大300 MHzの速度が可能になりました。この部分は、 PowerPC 603evと呼ばれることもあります。 603eと603evにはそれぞれ260万個のトランジスタがあり、それぞれ98mm²と78mm²の大きさです。 603evは、300 MHzで最大6 Wを消費します。

PowerPC 603eは、Power Macintosh 6500で使用されている300 MHzに到達した最初の主流デスクトッププロセッサでした。603eは、Amiga系列のコンピュータのPhase5のアクセラレータカードでも使用されました。 PowerPC 603eは、現在もIBMとFreescale、および放射線硬化型RHPPCを製造しているAtmelやHoneywellなどによって販売されています。 PowerPC 603eはBe IncのBeBoxの中心でもありました。BeBoxは、603が設計されていないマルチプロセッシングシステムであるため、注目に値します。 IBMは、ThinkPad 800シリーズのラップトップコンピューターでもPowerPC 603eプロセッサーを使用していました。特定のデジタルオシロスコープシリーズでは、レクロイはPowerPC 603eをメインプロセッサとして使用しました。 603eプロセッサは、Iridium衛星電話フリートの66個の衛星すべてにも電力を供給します。各サテライトには、それぞれ約200 MHzで実行される7つのMotorola / Freescale PowerPC 603eプロセッサが含まれています。カスタム603eプロセッサは、Mark 54 Lightweight Torpedoでも使用されています。

FreescaleによりG2と改名されたPowerPC 603eコアは、多くの組み込みPowerQUICC IIプロセッサの基盤であり、開発が続けられています。フリースケールのPowerQUICC II SoCプロセッサにはMPC82xxという名称が付けられており、450 MHzに達するさまざまな構成があります。

e300

フリースケールは、PowerQUICC II Pro組み込みプロセッサの603eコアを拡張し、 e300と呼んでいます。より大きな32/32 KB L1キャッシュおよびその他のパフォーマンス強化手段が追加されました。フリースケールのPowerQUICC II Pro SoCプロセッサにはMPC83xxという名称が付いており、最大667 MHzの速度に達するさまざまな構成があります。 e300は、小型EFIKAコンピューターで使用されるMPC5200B SoCプロセッサーのコアでもあります。

PowerPC 604

PowerPC 604は1994年12月に603とともに導入され、ワークステーションおよびエントリーレベルサーバー向けの高性能チップとして設計されたため、ハードウェアでの対称型マルチプロセッシングをサポートしていました。 604は、Appleのハイエンドシステムで広く使用され、Macintoshクローン、IBMのローエンドRS / 6000サーバーおよびワークステーション、Amigaアクセラレータボードで使用され、通信アプリケーションの組み込みCPUとしても使用されました。

604は、4つの命令を同時に発行できるスーパースカラープロセッサです。 604には、6ステージのパイプラインと、並行して動作できる6つの実行ユニットがあり、サイクルごとに最大6つの命令を完了します。 2つの単純整数ユニットと1つの複素整数ユニット、1つの浮動小数点ユニット、1つの分岐処理ユニットがアウトオブオーダー実行を管理し、1つのロード/ストアユニット。個別の16 KBデータと命令L1キャッシュがあります。外部インターフェイスは、最大50 MHzのクロックレートで動作する32ビットまたは64ビットの60xバスです。

PowerPC 604には360万個のトランジスタが含まれており、IBMとMotorolaが4レベルの相互接続を備えた0.5 µm CMOSプロセスで製造しました。ダイのサイズは12.4 mm x 15.8 mm（196mm²）で、133 MHzで14〜17 Wを消費しました。 100〜180 MHzの速度で動作しました。

Power PC 604 RISCマイクロプロセッサ、マービンデンマンによる講演

PowerPC 604e

Apple Network Server 700のCPUモジュール上の200 MHz IBM PowerPC 604eプロセッサ。

PowerPC 604eは1996年7月に導入され、条件レジスタユニットを追加し、32 KBデータと命令L1キャッシュをそのメモリサブシステムと分岐予測ユニットに加えて変更しました。その結果、前モデルと比較して25％のパフォーマンス向上が実現しました。トランジスタは510万個あり、IBMとMotorolaが5レベルの相互接続を備えた0.35 µm CMOSプロセスで製造しました。ダイのサイズは148mm²または96mm²で、それぞれMotorolaとIBMが製造し、233 MHzで16〜18 Wを消費しました。 166〜233 MHzの速度で動作し、最大66 MHzのメモリバスをサポートしました。

PowerPC 604ev "Mach5"

PowerPC 604ev 、 604r、または「Mach 5」は1997年8月に導入され、基本的にIBMとMotorolaが新しいプロセスで製造した604eであり、より低いエネルギー消費でより高速に達しました。ダイは、5つのレベルの相互接続を持つ0.25 µm CMOSプロセスで製造された47mm²の小型で、250 MHzで6 Wを消費しました。 250〜400 MHzの速度で動作し、最大100 MHzのメモリバスをサポートしていました。

Appleは1998年にPowerPC 750を支持して604evを廃止しましたが、IBMはRS / 6000コンピューターのエントリーレベルモデルで数年間使用し続けました。

PowerPC 620

PowerPC 620は、64ビットPowerPCアーキテクチャ全体の最初の実装です。 603および604と並んで第2世代のPowerPCでしたが、ハイエンドのワークステーションおよびサーバー市場向けです。紙上では強力で、最初は同胞と一緒に発売される予定でしたが、1997年まで延期されました。到着すると、パフォーマンスは比較的低く、604eはかなり安価でした。したがって、620は大量生産されず、ほとんど使用されませんでした。 PowerPC 620の唯一のユーザーは、Escala UNIXマシンのGroupe Bullでしたが、大量の配信は行いませんでした。 IBMは、ワークステーションおよびサーバーで使用することを目的としており、代わりにさらに強力なRS64およびPOWER3 64ビットプロセッサーを待つことにしました。

620は、モトローラが0.5 µmプロセスで製造しました。 690万個のトランジスタがあり、ダイの面積は311mm²でした。 120〜150 MHzのクロックレートで動作し、133 MHzで30 Wを消費しました。後のモデルは、0.35 µmプロセスを使用して構築され、200 MHzに到達できるようになりました。

620は604に似ていました。5段のパイプライン、対称型マルチプロセッシングの同じサポート、および同じ数の実行ユニットがあります。ロード/ストアユニット、ブランチユニット、FPU、および3つの整数ユニット。より大きな32 KBの命令キャッシュとデータキャッシュ、128 MBの容量を持つL2キャッシュのサポート、およびより強力なブランチとロード/ストアユニット（より多くのバッファーがある）により、620は非常に強力でした。分岐履歴テーブルも大きくなり、より多くの命令をディスパッチできるため、プロセッサは604よりも効率的にアウトオブオーダー実行を処理できます。浮動小数点ユニットも604と比較して強化されました。ハードウェアのいくつかの重要な命令（sqrtなど）が、高速で幅の広いデータバスと組み合わせて、604のFPUよりも効率的でした。

6XXおよびGXバス

システムバスは、 6XXバスと呼ばれるより広くて高速な128ビットメモリバスでした。システム制御チップの支援を受けて、プロセッサ、キャッシュ、メモリ、I / Oが接続されるマルチプロセッサシステム用のシステムバスとして設計されました。 32ビットと64ビットの両方のPowerPCプロセッサ、32ビットより大きいメモリアドレス、およびNUMA環境をサポートします。また、POWER3、RS64、601、および604ベースのRS / 6000システム（ブリッジチップ付き）でも使用されました。バスは後にPOWER4のGXバスに進化し、後にPOWER5およびPOWER6のGX +およびGX ++にそれぞれ進化しました。 GXバスは、IBMのz10およびz196 System zメインフレームでも使用されます。

BullでのUnixの歴史への貢献（BullでのPowerPC 620の使用に関する興味深い読書。フランス語）

大家族

PowerPC 602

PowerPC 602は、MotorolaとIBMが1995年2月に導入したゲームコンソール用に特別に作られたPowerPC 603の簡易バージョンです。L1キャッシュ（4 KB命令と4 KBデータ）、単精度浮動小数点ユニットがあります。スケールバックブランチ予測ユニット。 50〜80 MHzの速度で提供され、66 MHzで1.2 Wを消費しました。 100万個のトランジスタで構成され、4つのレベルの相互接続を持つ0.5 µm CMOSプロセスで製造された50mm²の大きさでした。

3DOは、2つのPowerPC 602を使用するM2ゲームコンソールを開発しましたが、販売されることはありませんでした。

CPUShackの記事

PowerPC 603q

1996年10月21日、ファブレス半導体企業のQuantum Effect Devices（QED）は、マイクロプロセッサーフォーラムで「 PowerPC 603q 」という名前のPowerPC 603互換プロセッサーを発表しました。その名前にもかかわらず、他の603との共通点はありませんでした。これは、2年にわたって開発されたハイエンド組み込み市場をターゲットとした32ビットPowerPCアーキテクチャのゼロからの実装です。このように、それは小さく、シンプルで、エネルギー効率がよく、しかし強力でした。消費電力を抑えながら、より高価な603eに匹敵します。単一の整数ユニット、倍精度浮動小数点ユニット（FPU）、独立した16 kB命令と8 kBデータキャッシュを備えた、順序付けられた5段階のパイプラインがありました。整数ユニットはまったく新しいデザインでしたが、FPUは時間を節約するためにR4600から派生しました。 0.5 µmの製造プロセスを使用した69mm²の小型で、120 MHzでわずか1.2 Wを消費しました。

603qはモトローラ用に設計されましたが、603qが完全に生産される前に契約から撤回されました。その結果、QEDが独自のPowerPCライセンスを持っていなかったため、QEDはプロセッサの販売を継続できなかったため、603qはキャンセルされました。

PowerPC 613

「PowerPC 613」は、モトローラが第3世代のPowerPCに与えた名前のようです。おそらく、604を大幅に上回るように設計されたExponential Technologyのx704プロセッサに対応して、「PowerPC 750」と改名されたと思われます。ただし、これを確認する情報源はほとんどなく、純粋な推測、または完全に異なるプロセッサーへの参照である可能性があります。

PowerPC 614

PowerPC 613と同様に、 「PowerPC 614」はモトローラによって第3世代のPowerPCに与えられた名前であり、後で613と同じ理由で名前が変更された可能性があります。この部分は「PowerPC 7400」「G3」と「G4」のアーキテクチャの違いはわずかでしたが、第4世代のPowerPCにバンプしました。ただし、これを確認する情報源はほとんどなく、純粋な推測、または完全に異なるプロセッサーへの参照である可能性があります。

PowerPC 615

「 PowerPC 615 」は1994年にIBMによって発表されたPowerPCプロセッサーですが、量産には至っていません。その主な機能は、ダイにx86コアを組み込むことで、プロセッサがPowerPC命令とx86命令の両方をネイティブに処理できるようにしました。 PowerPC 615で実行されているオペレーティングシステムは、32ビットまたは64ビットのPowerPC命令、32ビットx86命令、または3つの組み合わせを実行することを選択できます。命令の混在には、CPUのコンテキストスイッチが含まれ、オーバーヘッドがわずかになります。 615をサポートしたオペレーティングシステムは、MinixとOS / 2の特別な開発バージョンのみでした。

330mm²の大きさで、IBMが0.35 µmプロセスで製造しました。 IntelのPentiumプロセッサとピン互換性があり、速度も同程度でした。プロセッサはプロトタイプとしてのみ導入され、プログラムはマイクロソフトがプロセッサをサポートしたことがないという事実によって部分的に殺されました。 PowerPC 615で作業しているエンジニアは、後にTransmetaに行き、そこでCrusoeプロセッサで作業しました。

PowerPC 625

「PowerPC 625」は、「Amazon」PowerPC-AS命令セットに基づいてIBMが設計したApacheシリーズ64ビットPowerPCプロセッサーの初期の名前です。後に「RS64」に名前が変更されました。「PowerPC 625」という指定は、最終的なプロセッサには使用されませんでした。

PowerPC 630

「PowerPC 630」は、POWERとPowerPCの命令セットを統合するためにIBMによって設計されたハイエンド64ビットPowerPCプロセッサの初期の名前でした。おそらくAppleが使用している、より消費者向けの「PowerPC」プロセッサと区別するために、後に「POWER3」に名前が変更されました。

PowerPC 641

「PowerPC 641」 （コードネームHabanero ）は、1994年から96年にかけてIBMが廃止したPowerPCプロジェクトです。これは、604プロセッサに基づく第3世代のPowerPCであることが示唆されています。