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PowerPC

PowerPC（英語：Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing，有時簡稱PPC）是一種精簡指令集（RISC）的指令集架構 ISA（Instruction set architecture），其基本的設計源自IBM的POWER（Performance Optimized With Enhanced RISC[註 1]）架構。

PowerPC
推出年份1992年10月，​31年前​（1992-10）
設計公司AIM
最新架構版本2.02
體系結構類型載入-儲存
字長/暫存器資料寬度32-bit/64-bit（32 → 64）
位元組序Big/Bi
指令編碼長度Fixed/Variable (Book E)
指令集架構設計策略精簡指令集
擴展指令集AltiVec, APU
分支預測結構Condition code（英語：Status register）
32 GPR, 32 FPR
IBM PowerPC 601處理器

歷史 編輯

1991年，Apple、IBM、Motorola組成AIM聯盟，意欲發展一泛用的微處理器架構，其成果即為PowerPC。PowerPC架構基礎來自於1990年隨RISC System/6000推出的IBM POWER架構，而POWER架構又是從早期的RISC架構（比如IBM 801）與MIPS架構的處理器得到靈感的。PowerPC架構的特點是可伸縮性好、方便靈活。第一代PowerPC採用0.6微米製程，電晶體約為單晶片280萬個。

以PowerPC架構發展出來的第一個晶片是1993年推出的PowerPC 601，而IBM以PowerPC 601推出了RS/6000 POWERstation 250工作站，蘋果電腦則推出第一代的PowerMacintosh。

1998年，銅晶片問世。

2000年，IBM開始大批推出採用銅晶片的產品，如RS/6000的X80系列產品。銅製程取代了已經沿用了30年的鋁製程，使矽晶片多CPU的生產工藝達到了0.2微米的水平，單晶片整合了2億個電晶體，大大提高了運算效能；而1.8V的低電壓操作（原為2.5V）大大降低了晶片的耗能，容易散熱，從而大大提高了系統的穩定性。

但除了蘋果公司的麥金塔電腦以外，使用PowerPC處理器的個人電腦很少，而自2005年起，麥金塔也轉用Intel x86。

PowerPC處理器 編輯

PowerPC 601至PowerPC603e 編輯

[1]

601 601v 602 603 603e 604
時脈（MHz） 50至80 100 66 50至80 100 100至133
工作電壓（v） 3.6 2.5 3.3 3.3 3.3
功率消耗（w） 10（80 MHz） 6 1.2 3（80 MHz） 3.5 17.5
製程（micrometer） 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
晶片大小（mm2） 120 74 50 120 98 197
電晶體數 280萬 280萬 100萬 160萬 260萬 360萬
快取大小（KB） 共用32 共用32 資料、指令各4 資料、指令各8 資料、指令各16 資料、指令各16
匯流排 地址32位元，資料64位元 地址32位元，資料64位元 地址32位元，資料64位元 地址32位元，資料32或64位元 地址32位元，資料32或64位元 地址32位元，資料32或64位元
SPECint92 85（80 MHz） 105 40 75（80 MHz） 120 200（133MHz）
SPECfp92 105（80 MHz） 125 - 85（80 MHz） 105 200（133MHz）

PowerPC 604e 編輯

 
蘋果公司的Network Server 700處理器子版上的 200 MHz IBM製 PowerPC 604e 處理器。

PowerPC 604e 於 1996 年 7 月推出，改進了記憶體子系統與分支預測，而記憶體匯流排時脈為66MHz，有 510 萬個電晶體，採用 0.35 μm CMOS 製造，晶片大小為 148 平方毫米或 96 平方毫米，工作時脈為166至233 MHz，在 233 MHz 時功率消耗為 16-18 W。與前代產品相比，效能提高了 25%。[2][3]

PowerPC 604ev "Mach5" 編輯

PowerPC 604ev、604r （或稱「Mach 5」）於 1997 年 8 月推出，是製程改進為 0.25 μm CMOS的PowerPC 604e，晶片面積減至47 平方毫米，工作時脈提升至250 到 400 MHz ，記憶體匯流排速度為100MHz，而功率消耗在 250 MHz 時則為 6 W。雖然蘋果公司在 1998 年轉而使用 PowerPC 750，但 IBM 仍在其 RS/6000 工作站的入門級型號中使用PowerPC 604ev。

PowerPC 7xx 編輯

第三代的PowerPC 微處理器是PowerPC 7xx，由蘋果公司稱為 PowerPC G3，於 1997 年 11 月 10 日推出；G3一詞常被使用於蘋果電腦的機種，例如 PowerBook G3、彩色 iMac、iBook 和藍色以及白色的 Power Macintosh G3。PowerPC 7xx系列由於低功耗與小尺寸，是手提電腦的理想選擇，一直使用到麥金塔轉用x86處理器之前，而且也廣泛使用於嵌入式裝置，如印表機、路由器、儲存裝置、太空船和遊戲機[4]。 但7xx 系列的弱點在於並未支援對稱多處理、缺乏單指令流多資料流能力，以及相對較弱的浮點運算功能。摩托羅拉的 74xx 系列處理器針對這些問題進行設計與改進。

PowerPC 7400 編輯

PowerPC 7400（代號「Max」）於 1999 年 8 月推出，又被稱為「G4」，工作時脈為 350 至 500 MHz，有1050 萬個電晶體，以摩托羅拉的 0.20 μm HiPerMOS6 製造，晶片尺寸為 83 mm2，採用銅製程。但摩托羅拉曾向蘋果承諾將提供工作時脈500 MHz 的晶片，但初期良率過低，使得蘋果無法推出宣傳的 500 MHz 之 PowerMac G4，在摩托羅拉處理此問題時，蘋果只好將PowerMac G4型號的工作時脈從 400、450 和 500 MHz 降到 350、400 和 450 MHz。該事件導致蘋果與摩托羅拉的關係出現裂痕，據報導蘋果向 IBM 尋求幫助，以提高摩托羅拉 7400 系列的產量[5] 。後來在 2000 年 2 月 16 日蘋果的PowerMac 500 MHz型號上市。

最後一款使用 G4 的桌上型麥金塔是 Mac Mini；手提電腦的 iBook G4 與PowerBook G4後來都改用英特爾x86處理器。但還有其他平台也使用 PowerPC G4 處理器，例如 AmigaOne 系列機種和 Genesi 的 Pegasos；而 PowerPC G4 也常用於嵌入式系統，例如路由器、電信交換機、影像與媒體處理、航空電子裝置和軍事應用；其 AltiVec 及對稱多處理功能在這些領域可發揮所長。

PowerPC 970 編輯

PowerPC 970、PowerPC 970FX 和 PowerPC 970MP 是 IBM 於 2002 年推出的 64 位元 PowerPC 處理器，而蘋果公司在採用此系列處理器的麥金塔，稱之為 PowerPC G5。本系列是 IBM 和蘋果以POWER4為基礎合作開發的[6][7] ，項目代號為 GP-UL 或 Giga Processor Ultra Light[註 2]。蘋果推出 PowerMac G5 時曾表示這是一項為期五年的合作成果，且有多個世代的未來發展路線圖。但一年以後蘋果不得不收回推出使用 3 GHz 處理器之PowerMac G5的承諾，IBM 也無法將功耗降低到可供手提電腦所用的水準，使得蘋果的手提電腦仍然採用PowerPC G4。最終蘋果轉用x86處理器於麥金塔電腦。此外，IBM 的 JS20/JS21 刀鋒伺服器和一些低階工作站和 System p 伺服器使用了 PowerPC 970。有些高階嵌入式系統（如 Mercury 的 Momentum XSA-200）也使用了PowerPC 970。 IBM 也將 PowerPC 970 內核授權其他廠商用於自訂使用。

產品應用 編輯

較廣為人知的產品應用包含：

相關條目 編輯

備註 編輯

  1. ^ 《IBM Connect電子報》2007年8月號譯為「增強RISC效能優化」
  2. ^ Giga Processor 是PowerPC 970設計基礎之 POWER4 處理器的代號

參考文獻 編輯

  1. ^ 劉, 光濤. 認識POWER PC. 台北市: 全欣資訊圖書股份有限公司. 民國84[1995]. ISBN 957-726-267-8. OCLC 813868323. 
  2. ^ IBM's PowerPC 604e page. [2022-05-14]. （原始內容存檔於2009-05-30）. 
  3. ^ NXP's PowerPC 604e page. [2022-05-14]. （原始內容存檔於2016-03-03）. 
  4. ^ NASA's $2.5bn Curiosity rover: An Apple PowerBook on wheels. [2022-05-14]. （原始內容存檔於2019-01-05）. 
  5. ^ Motorola and IBM Reveal PowerPC Plans. [2022-05-14]. （原始內容存檔於2021-11-29）. 
  6. ^ Apple Unleashes the World's Fastest Personal Computer—the Power Mac G5. Apple. 23 June 2003 [2022-05-14]. （原始內容存檔於2021-12-16）. 
  7. ^ Apple and IBM Introduce the PowerPC G5 Processor. Apple. 23 June 2003 [2017-12-04]. （原始內容存檔於2022-04-21）. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 POWER To The People. IBM. March 30, 2004 [2017-11-10]. （原始內容存檔於2013-02-04）. 
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