處理器系列之什么是PowerPC

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)計非常簡單，為了實現(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，總計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)，用一個芯片實現(xiàn)了POWER2 8個內(nèi)核的架構(gòu)（從這里你可以看到其實在1993年IBM就已經(jīng)開始了多核芯片的設(shè)計，其實如果囊括大型機(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)計算，從航空設(shè)計、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，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。