IBM PowerPC 601處理器
PowerPC(英語:Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing,有時簡稱PPC)是一種精簡指令集(RISC)的指令集架构 ISA(Instruction set architecture),其基本的設計源自IBM的POWER(Performance Optimized With Enhanced RISC[註 1])架構。
1991年,Apple、IBM、Motorola組成AIM联盟,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年随RISC System/6000推出的IBM POWER架構,而POWER架構又是从早期的RISC架构(比如IBM 801)与MIPS架构的处理器得到灵感的。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。第一代PowerPC采用0.6微米製程,電晶體約為单芯片280万个。
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,铜芯片问世。
2000年,IBM开始大批推出采用铜芯片的产品,如RS/6000的X80系列产品。铜製程取代了已经沿用了30年的铝製程,使矽芯片多CPU的生产工艺达到了0.2微米的水平,单芯片整合了2亿个電晶体,大大提高了运算性能;而1.8V的低电压操作(原为2.5V)大大降低了芯片的耗能,容易散热,从而大大提高了系统的稳定性。
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 601至PowerPC603e
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601
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601v
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602
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603
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603e
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604
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時脈(MHz)
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50至80
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100
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66
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50至80
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100
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100至133
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工作電壓(v)
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3.6
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2.5
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3.3
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3.3
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3.3
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功率消耗(w)
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10(80 MHz)
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6
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1.2
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3(80 MHz)
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3.5
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17.5
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製程(micrometer)
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0.6
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0.5
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0.5
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0.5
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0.5
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0.5
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晶片大小(mm2)
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120
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74
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50
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120
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98
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197
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電晶體數
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280萬
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280萬
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100萬
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160萬
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260萬
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360萬
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快取大小(KB)
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共用32
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共用32
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資料、指令各4
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資料、指令各8
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資料、指令各16
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資料、指令各16
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匯流排
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位址32位元,資料64位元
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位址32位元,資料64位元
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位址32位元,資料64位元
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位址32位元,資料32或64位元
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位址32位元,資料32或64位元
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位址32位元,資料32或64位元
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SPECint92
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85(80 MHz)
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105
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40
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75(80 MHz)
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120
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200(133MHz)
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SPECfp92
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105(80 MHz)
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125
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-
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85(80 MHz)
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105
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200(133MHz)
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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,性能提高了 25%。[2][3]
PowerPC 604ev "Mach5"
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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。
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,是筆記型電腦的理想選擇,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設備,如印表機、路由器、儲存設備、太空船和遊戲機[4]。 但7xx 系列的弱點在於並未支持對稱多處理、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(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;筆記型電腦的 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、航空電子設備和軍事應用;其 AltiVec 及對稱多處理功能在這些領域可發揮所長。
PowerPC 970、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筆記本電腦所用的水準,使得蘋果的筆記型電腦仍然採用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定使用。
較廣為人知的產品應用包含: