处理器系列之什么是PowerPC

二十世纪九十年代，IBM(国际商用机器公司)、Apple（苹果公司）和Motorola（摩托罗拉）公司开发PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。第一代PowerPC采用0.6微米的生产工艺，晶体管的集成度达到单芯片300万个。

 

随着PowerPC的 发展，使用PowerPC构架的处理器已经形成了庞大的家族，在通信、工控、航天国防等要求高性能和高可靠性的领域得到广泛应用，是一颗“贵族的芯片”。 目前几乎没有什么中文资料详细阐述PowerPC家族谱系，实在是一件遗憾的事。本文就给初学者简介PowerPC家族。

 

 

要阐述清楚PowerPC的发展不是一件容易的事情，光是“PowerPC”这个词，就很容易被搞混，尤其是IBM注册了一系列相关的商标。比如Power 、Power PC、PowerPC 这三个词的含义就不止3种，需要工程师聪明的头脑才能区分它们。一般情况下的PowerPC，指的是使用PowerPC指令集的处理器。

 

二十世纪九十年代，IBM(国际商用机器公司)、Apple（苹果公司）和Motorola（摩托罗拉）公司共同开发PowerPC处理器。

 

 

PowerPC，最初的含义却不是Power，而是Performance OpTImized With Enhanced RISC；PC指的是Performance CompuTIng。

 

目前，主流的PowerPC处理器制造商有IBM、Freescale™ Semiconductor（原摩托罗拉半导体部）、AMCC、LSI等。其中以IBM和Freescale的PowerPC处理器最为流行。本文就以这两家公司的PowerPC处理器为基础，展开讲述PowerPC家族。

 

IBM的PowerPC家族

IBM目前共有3个主要的PowerPC处理系列：Power、Power PC和CELL。POWER，POWER PC中间，还有一个Star系列。

 

POWER系列CPU 从1990开始生产、装备到RS/6000（即RISC System/6000）UNIX工作站和服务器上，现在被称为eServer™ pSeries®服务器（最新的名称是POWER System p系列），主要的型号有POWER 1，POWER 2™，POWER 3™，POWER 4™，POWER 4+，以及目前的POWER 5，POWER 5+和刚刚推出的POWER 6处理器。

 

最早的801是POWER系列处理器的前身，它的设计非常简单，为了实现所有的指令都能在一个时钟周期内完成，因此缺乏浮点运算和并行处理能力，POWER架构为了解决这个问题，或者说超越801的限制，增加到了100多条指令，成为一种很“复杂”的精简指令集CPU。

 

1．POWER 1 

发布于1990年，每个芯片大约封装了80万个晶体管。

 

与 当时其他的处理器不同，POWER 1进行了功能分区，这种设计方案使POWER 1具有非常好的扩展能力，它有单独的浮点寄存器，可以适用于从低端UNIX工作站到高端UNIX服务器各种环境。最早的POWER 1是安装在同一母板上的几个芯片的组合，不过很快就集成到一个芯片中，成为单芯片设计，总计拥有超过一百万个晶体管的RISC处理器（RSC，RISC Single Chip，即单芯片的RISC处理器）。POWER 1最成功的应用是被用于火星探路者宇宙飞船上。

 

2．POWER 2 

发布于1993年，每个芯片封装了一千五百万个晶体管。 

 

POWER 2增加了第二个浮点单元处理（floaTIng-point unit，FPU）和更多的缓存。被称为P2SC（Power 2 Scalable Chip）的超级芯片使用CMOS-6S技术，用一个芯片实现了POWER2 8个内核的架构（从这里你可以看到其实在1993年IBM就已经开始了多核芯片的设计，其实如果囊括大型机，在20世纪80年代，就有了多核的概念），就 是使用这种处理器的32个节点的DEEP BLUE（深蓝）超级计算机，在1997年战胜了国际象棋冠军卡斯帕罗夫。

 

3．POWER 3

发布于1998年，每个芯片封装了一千五百万个晶体管。 

 

这 是IBM第一款64位对称多处理器结构（SMP），与原有的POWER指令集完全兼容，也兼容Power PC指令集，主要用于科学计算，从航空设计、生物制药数据分析到天气预测。它具有一个数据预取引擎，非阻塞的内置数据缓存和双浮点处理单元。POWER 3-II采用与POWER 3相同的设计，在制造芯片时使用了铜导线技术，在几乎相同的价格制造成本下，提高了一倍的性能。

 

4．POWER 4

发布于2001年，每个芯片封装了一亿七千四百万个晶体管。