新連載

第1回
Power アーキテクチャとは何か
春木 大 / 安藤 穣

世の中にはいろいろなアーキテクチャの CPU があります．

野をカバーするために新しく拡張された，組み込みおよび高機PowerPC と聞くと，CPU パワーを必要とするハイエンド分野

能サーバ仕様を定義する Power 命令セット・アーキテクチャで使われる CPU というイメージが強いかと思います．そういっ2.03（以降 Power ISA 2.03）とともに，Power アーキテクチャ・たイメージからか，名前は知っているけど中身はまったくわかテクノロジを構成する重要な技術として統合されました．図 1

らない…という方も多いようです．に Power アーキテクチャ・テクノロジの推移を示します．

そこでこの連載では，PowerPC をもっと身近に感じていた

最近の話題として，Freescale Semiconductor 社（以下，Freeだけるよう，安価に入手できる PowerPC 搭載製品や評価ボー

scale 社）は 2006 年 2 月，IBM 社との協力関係のもとで Powerドをいくつか取り上げ，実践的な活用事例について解説していアーキテクチャ・テクノロジの開発・推進を行うオープン標準

きたいと思います．

化団体である Power.org コミュニティへの参加を表明しました．

連載の第 1 回目である今回は，PowerPC を理解するための同コミュニティにおいて，Freescale 社は IBM 社とともに Power
Architecture Advisory Council（PAAC）として活動を行うことに基本となる Power アーキテクチャについて解説します．

なりました．この委員会は，Power アーキテクチャ・テクノロジのアーキテクチャのロードマップと整合性を管理し，マイクロ1．Power アーキテクチャ・テクノロジの進化

プロセッサ開発のコミュニティにおいて，これまでにないレベル
まずこのアーキテクチャですが，これは各種の実装に対するの拡張性と互換性を実現しようというものです．大量生産によ仕様を定義し，ソフトウェアの互換性を提供するものです．

る低コストの家電システムから高性能なエンタープライズ・ア

PowerPC アーキテクチャは，IBM 社の POWER アーキテク

プリケーション，そして産業用アプリケーションまで，広範なチャを基本として Apple Computer 社，IBM 社，Motorola 社

アプリケーションに対応する互換性を持つ命令セット・アーキ（その後，半導体部門が Freescale Semiconductor 社として分テクチャを提供することを目標としています．

社）によって共同開発されました．同アーキテクチャは改良さ

ここでは，Power アーキテクチャ・テクノロジに基づいたれ，PowerPC 命令セット・アーキテクチャ 1.10（以降，PowerFreescale 社の CPU コアのラインナップおよび PowerPC ISAPC ISA 1.10）となりました．また，広範なアプリケーション分

1.10 について解説します．

POWER

PowerPCVersion
1.X

PowerPC
Version 2.X

Dec. 2006

総合アーキテクチャ
Power アーキテクチャ・（サーバ，組み込み製品用）
テクノロジの進化

サーバ用
PowerPC
Book E

図1
Power アーキテクチャ・テク
ノロジの推移今後のブランド名として Power.org，IBM 社，Freescale Semiconductor 社
は，PowerPC ではなく，Power Architecture で表記を統一していく（以降の本連載の表記は Power アーキテク
チャとする）．ただし本連載のタイトルは現状の知名度などを考慮して，PowerPC としたPower ISA
Version 2.03

組み込み製品用
共通ユーザ命令セット・アーキテクチャ

603eコアe300コアe600コアe200コアe500コアe700コアFreescale Semiconductor社のインプリメンテーション

KEYWORD ―― PowerPC，Power アーキテクチャ，PowerPC ISA 1.10，Power ISA 2.03，プログラミング・モデル，メモリ・モデル

169

● Power アーキテクチャ・テクノロジに基づくdata）エンジンを搭載しています．e600 コアをベースとした柔Freescale 社の CPU コア・ラインナップ

軟性の高い MPC7448 プロセッサは，強力な電力管理機能，Freescale 社における PowerPC アーキテクチャの実装は，600MHz 〜 1.7GHz の動作周波数，最大 200MHz のシステム・

MPC601 マイクロプロセッサが最初でした．同マイクロプロバス周波数を実現することで，非常に高い計算効率を達成してセッサは Apple Computer 社の Power Macintosh などに使用さいます．1.4GHz 動作時の消費電力は 10W 未満であり，ファンれました．1993 年には 2 番目の実装として MPC603 プロセッサレス動作が必要なシステムでは大きな利点となります．

を発表しました．同プロセッサ・コアは改良され，603e コアと● Power ISA 2.03 準拠 CPU コア

して MPC8245/MPC8241 に使用されました．その後，Power

se200 コアPC ISA 1.10 に準拠する e300 統合プロセッサ・コアとしてe200 コアは，リアルタイム処理を要する車載制御アプリケー

Freescale 社の製品に幅広く採用されています．

ションにおいて求められる，低消費電力，短い割り込みレイテマイクロプロセッサが採用されるシステムの複雑化や多様化ンシに特化して設計されています．同コアは，ソフトウェアのに伴って，Power アーキテクチャに基づく CPU コアのシステ互換性を維持しながら，クロック周波数やパイプライン段数な

ム LSI 対応が行われました．図 2 に Freescale 社の CPU コアとどの違いにより，ローエンドからハイエンドまで，四つのライ製品群のラインナップを示します．PowerPC ISA 1.10 に基づンナップがあります．

く e300，e600 コア，そして Power ISA 2.03 に基づく e200，se500 コア
Power ISA 2.03 に基づく e500 コアは，Freescale BookE イ

e500 コアを統合した製品群は，民生機器，自動車，イメージン
グ，ネットワーキングの分野で広く採用されています．

ンプリメンテーション仕様（EIS）に準拠するように設計された● PowerPC ISA 1.10 準拠 CPU コア

CPU コアです．130nm SOI（silicon-on-insulator）プロセス技術

se300 コアを使用した初の e500 コアは，PowerQUICC III 通信プロセッサe300 コアは，Freescale 社製品において幅広く採用されていに搭載され，最大 1GHz で動作します．次世代プロセス技術でる 603e コアを改良した CPU コアです．PowerQUICC II Pro

は 1.5GHz を超える製品を予定しています．EIS では用途に合ファミリのコアとして採用されている同コアは，PowerQUICCわせた柔軟な最適化を実現する補助プロセッシング・ユニット

II プロセッサで使用されていた 603e コアと完全なソフトウェア（APU）による拡張が行われ，汎用レジスタを用いたベクタ浮動互換性を維持しています．性能改善を目的として，L1 キャッ小数点演算 APU を搭載しています．

シュの倍増（32K バイトのデータ・キャッシュと 32K バイトの命令キャッシュ），キャッシュ・ロック機構，パリティ・チェッ

2．PowerPC ISA 1.10 の詳細

クなどの追加が行われています．
se600 コア

● Power アーキテクチャ・テクノロジにおける動作レベル

e600 コアは，1 クロック・サイクルで四つの命令（三つの命Power アーキテクチャ・テクノロジでは，もっとも一般的な令と一つの分岐命令）を 11 個の独立した実行ユニットに対してユーザ・レベル命令セット環境から，より限定的な動作環境に発行し，高性能の画像および信号処理を可能にする Freescale

いたるまでの三つのプログラミング環境に応じて，次に示す 3

社 の AltiVec 128 ビ ッ ト SIMD（ Single-instruction Multiple-段階のレベルが定義されています．

組み込みプロセッサ
PowerPC ISA 1.10
ホスト・プロセッサ
MPC74xx

MPC7xx

MPC603e

図2Power アーキテクチャ・テ
クノロジに基づく Freescale
社の CPU コアおよび各製品との関係

170

Power ISA 2.03e700コア

64ビット・プロセッサ
MPC87xx

PowerPC ISA 1.10e600コア

PowerQUICCⅢ（MPC85xx）

Power ISA 2.03e500コア

PowerQUICCⅡPro（MPC83xx）

PowerPC ISA 1.10e300コア
Power ISA 2.03e200コア

MPC55xx

PowerPC ISA 1.10603eコア

MPC52xx

画像処理

MPC86xx

自動車

民生
機器

ネット
ワ
ー
キン
グ

ネワ
ッイ
トヤ
ワレース
ク・イン
フラ

産業
機器

PowerQUICCⅡ（MPC82xx）

Dec. 2006