PowerPC

PowerPC（パワーピーシー、）は1991年にApple Computer、IBM、モトローラの提携（AIM連合）によって開発された、RISCタイプのマイクロプロセッサである。
PowerPCはIBMのPOWERアーキテクチャをベースに開発され、AppleのMacintoshやIBMのRS/6000などで採用された。ゲーム機をはじめとした組み込みシステム、スーパーコンピュータで広く使われている。POWER3以降は、POWERファミリ自体がPowerPCアーキテクチャに準拠している。
概要.
アーキテクチャとして、動作のベースとなる命令セットや基本的なレジスタセット、メモリアドレッシング、キャッシュモデルなどを規定しているが、それらをどのように実装すべきかまでは規定していない。
そのため実際に製造されるモデルは高速化のためにアーキテクチャレベルでは規定されていない機構（L2、L3キャッシュや関連レジスタなど）を備えているのが普通である。
性能の割に低消費電力でダイサイズも小さいという特性から、ゲーム機やハイエンドのルーターなどのネットワーク機器、レーザープリンターなどの分野で広く使われており、高性能な組み込みシステム向けプロセッサとしてよく使われる。FPGA用のIPコアとして提供されているものもある。もともとはAIMプラットフォームのCPUという意味で開発されたものだが、CPU以外は開発されなかったため、今日まで残る同プロジェクト唯一の成果物でもある。
デスクトップコンピュータ用としては、AppleのPower MacintoshおよびPower Macに採用されていたほか、IBMの一部のワークステーション、サーバやBlueGene/Lをはじめとするスーパーコンピュータにも採用されている。その他、2005年 - 2006年に発売された主要据え置き型ゲーム機三機種（Wii、PLAYSTATION 3、Xbox 360）は、いずれもPowerPCアーキテクチャを採用している。
現在、PowerPCプロセッサはモトローラから半導体部門を分離して設立されたフリースケール・セミコンダクタ（現在はNXP）とIBMが開発・製造を行っており、PowerPC派生品種のCellプロセッサはIBMと東芝セミコンダクターが設計・製造している。また、4xxのシリーズ（組込み系CPUコア）はAMCCに売却されている。しかし実際は4xxシリーズでもハイエンドクラスの製造はIBMしか行えないため、開発の中心はIBMのままである。
設計特徴.
PowerPCはRISCの思想で作られており、スーパースカラ方式で命令を実行する。
ベースにしたPOWERの特徴に、さらにいくつかの変更を加えた。
1998年のPOWER3以降は、POWERも64ビットPowerPC仕様に準拠したアーキテクチャを採用している。
歴史.
PowerPC の歴史は70年代後半のジョン・コックのRISCアイデアを使用した米 IBMの801プロトタイプ・チップで始まった。801を基にしたコアは数々のIBM製組み込み用製品に採用され、最終的には16本のレジスタを持つROMPプロセッサ、IBM RTにまで発展した。しかし、RTプロセッサの性能は十分とは言えなかったため、IBMは「アメリカ・プロジェクト」と呼ばれる、市場で最も高速なプロセッサを開発する計画を始動させた。その結果開発されたのがPOWERアーキテクチャであり、1990年初頭にRISC System/6000と共に発表された。
本来のPOWERマイクロプロセッサは、スーパースケーラを実現した最初のプロセッサの一つであり、高性能でマルチプロセッサに対応していた。IBMがRS/6000の製品群をローエンド向けからハイエンド向け製品にまで拡大するにあたって、POWERプロセッサからいくつかの機構を取り除き、シングルチップ・プロセッサにする必要が生じたため、IBMはRISC Single Chip（RSC）の開発に着手した。RSCは開発の初期段階から、工業向けに幅広く使える可能性を秘めた高機能なプロセッサになるであろうと考えられていた。
1991年、IBMはAppleに接近し、共同でPOWERアーキテクチャをベースとしたシングルチップ・マイクロプロセッサの開発を行なう事で合意した。その直後、当時据え置き型コンピュータ用プロセッサに関してモトローラ社最大の顧客であったApple Computerは、長年の協力関係を考慮して、モトローラにマイクロプロセッサ開発に加わるよう打診した。モトローラには、マイクロプロセッサ開発における豊富な経験の活用と、セカンドソースとしての役割が期待された。こうしてIBM、Apple、モトローラはAIM連合と呼ばれる協力関係を組織するに至った。
1991年、PowerPCはAIM連合における最大要素の一つとなった。当時のパーソナルコンピュータ市場ではマイクロソフトがWindowsを開発中であり、インテル製プロセッサはその支配を強めつつあった。また、CISCアーキテクチャのインテル80386及び80486が大半のコンピュータに採用されており、後継のPentiumプロセッサの開発も順調に進んでいた。PowerPCプロセッサは冒険的な要素を含んでいたものの、拡大するマイクロソフトとインテルによる支配に対抗するため、開発が進められた。
モトローラにとって、POWER系プロセッサの開発に加わる事は、またとないチャンスであった。この時点でモトローラは既に自社製のRISCプロセッサMC88000を市場に投入していた。しかし、このプロセッサは貧弱な設計手法と製造上の問題により市場での評価は低く、販売は低迷していた。このためモトローラは、MIPSやSPARCといった競合製品に市場で並ぶ機会を失いつつあった。しかし、新型POWER系プロセッサの開発に参加すれば、キャッシュ部分を設計するだけで、広くテストされた高性能RISCプロセッサを販売する事が可能になるため、RISCプロセッサ市場での巻き返しが期待された。また、68000系以来の重要な顧客であるAppleとの関係の改善や、IBMに簡略化バージョンを供給できる可能性もあった。
その低評価の一方で、MC88000プロセッサは既に生産されており、Appleは既にこのプロセッサを利用したプロトタイプのコンピュータを動作させていた。このため、開発中のPOWERアーキテクチャ・シングルチップのバスにハードウェアの段階でMC88000のバスとの互換性を持たせれば、ロジックボードを再設計する事なく、より迅速に新型プロセッサを市場に投入する事が可能であった。最終的に、新型プロセッサPowerPCはこういった要求を含んだ設計となった。
PowerPCが市場に投入される直前、大きな動きがあった。Apple Computerに加えてIBMとモトローラの両社は、PowerPCプロセッサに対応したシステムを提案した。マイクロソフトはモトローラのPowerPCサーバ向けのWindows NT 3.51を発表、サン・マイクロシステムズもSolarisのPowerPC版を発表した。またIBMは、自社のAIXを移植し、OS/2の移植も計画していた。1994年には組込み用途向けに PowerPC 403 を発表、後継のPowerPC 401、440などは機器制御用途やネットワーク機器を中心に広く普及した。また同年にPowerPCの64ビット版であるPowerPC 620が完成、同チップは出荷されず普及はしなかったが、その設計はPOWER3以降のPOWERファミリの礎となった。
1994年にはPowerPCをベースとしたコンピュータの仕様であるPReP、1995年には後継のCHRPが発表された。また1994年にはPowerPC搭載のMacintosh (Power Macintosh) が登場した。
しかしこれらの動きはわずかな期間で終わり、結局PowerPCという新型アーキテクチャに期待されていた理想が実現する事はなかった。Windows、OS/2、そしてサンの顧客はPowerPC用ソフトウェアの不足を理由に、PowerPCプロセッサはほとんど顧みなかった。これらのOSの後継が市場に投入される事はなく、PowerPCから完全に離れていった。またBeOSも最初のバージョンはPowerPC向けに開発されたが、その後x86系プロセッサに移行していった。最終的にはPowerPC向けの商用のデスクトップOSは、AppleのClassic Mac OSとMac OS Xのほかは、AmigaOSなどのみが残った。
1990年代中頃、PowerPCプロセッサはベンチマークにおいて、最速のx86系プロセッサと同等または凌駕する性能を発揮した。90年代末に登場したG4ではAltiVecを搭載し、当時の他のCPUに比較して大幅に高速なSIMD処理を実現した。PowerPCは高性能でありながら低コスト・低消費電力といった特徴をもち、AppleはPowerPC603およびG3・G4を採用することによって、同時期のPC/AT互換ノートパソコンの性能を凌駕するPowerBookや、ファンレスのiMac、Power Mac G4 Cubeといった独創的な製品を作ることが可能になった。しかしPowerPCの性能あたりの消費電力の低さは、組み込み向けとしては高く評価されたものの、デスクトップで勢力を拡大するための決め手にはならなかった。
2002年にはPOWER4をベースとした64ビットのPowerPC 970 (G5)が登場、高性能化に伴いG4から大幅に消費電力が増大したものの、同時期のPentium 4と比較するとほぼ同等の性能でありながら低消費電力であり、IBM・Appleのサーバ製品のほか、Power Mac G5・iMac G5で採用された。
2004年はPowerPC系CPUにとって激動の年になった。まず、モトローラが、半導体部門をスピンオフし、『フリースケール・セミコンダクタ』を設立。次に、2005年度のE3において発表された各社の次世代(第7世代)ゲーム機であるレボリューション（コードネーム、現在のWii）、PLAYSTATION 3、Xbox 360のCPUがすべてPowerPC系アーキテクチャのものになった。一方で、これまでPowerPCを採用していたAppleのMacintoshが、2006年からインテルのCPUに全面的に切り替えていく事が発表された。2006年中にAppleのハードウェアは完全にインテルアーキテクチャへの切り替えが完了し、Apple社内でPowerPC向けチップセットの開発を行っていた設計チームはApple A4の開発に転じた。2009年にはセキュリティアップデートを除いてPowerPC向けソフトウェアの開発も終了した。
ゲーム機においてはWiiの後継機種である2012年発売のWii Uが引き続きPowerPC系のアーキテクチャを採用したものの、2013年発売のPlayStation 4、XBOX Oneの両陣営はx86系のプロセッサを採用し、Wii Uの実質的な後継機種である2017年発売のNintendo SwitchはArm系のプロセッサを採用したため2019年現在は使われていない。
現在ではサーバやスーパーコンピュータに採用されている。プリンター・ルータ・ネットワークスイッチ等の組み込み用途にも積極的に採用されていたが、より省電力かつ低コストなARM系プロセッサの台頭により2019年現在は新規採用されるケースは減っている。
PowerPCのプロセッサ.
POWER改修系 (G1).
PowerPCファミリを立ち上げる為に、IBMの既存のPOWERプロセッサをベースに設計された。その為、正式にはPowerPCのジェネレーション・ナンバーを持っていない。1994年代より流通。
G2.
アルミ配線の603、604がG2第1世代。第2世代については、IBMによる銅配線の603eと604e全てが該当するとする文献と、同シリーズで250MHz以上のものとする文献が散見され、はっきりしない。どちらも完全バス互換であったため、区別が重要でなかったこともその理由である。PowerPC 603は大変消費電力が少なく、デスクトップと同様の仕様のチップがノートパソコンに搭載されたほか、組み込み向けに広く使われた。PowerPC 604は4つの演算ユニットを並列動作させることができ、パーソナルコンピュータ向けとしては当時最高レベルの演算性能を持っていた。浮動小数点演算は特に強力であった。
X704.
Appleが出資していたによるバイポーラトランジスタ型の論理回路を使う消費電力の大きなハイパフォーマンスなCPUとして発表された、1996年当時の他のCPUに比べ大幅な高速クロック動作を実現するとしていたPowerPCアーキテクチャの予定製品であった。試作品が搭載された次期Power Macintoshプロトタイプが展示会でAppleによって公開された。しかし、1997年5月のWWDC時、安価なPowerPC 750やPowerPC 604evとの性能差がないとして、Power Macintoshへの採用が中止された為にX704は量産化されずに終った。
G3.
G3（第3世代）以降は、PowerPC採用の代表的製品であるPower MacintoshシリーズでAppleがジェネレーション・ナンバーを前面に押し出したため、PowerPCの世代区分が一般に明確となった。性能比での消費電力が低いことが特徴で、現在では主に組み込み用途に用いられる。なお、パイプラインは浅く、603と変わらない4段にすぎない。
G4.
G3をベースに浮動小数点演算機能を強化、SIMDと対称型マルチプロセッサ機能を追加したもの。CPUバスは従来の60xバスに加え、より高度な制御機能をもったMPXバスにも対応している。MPC 7450 でマイクロアーキテクチャを刷新したため、MPC 745x・MPC 744x は、G4+とも呼ばれる。
G5.
64ビットPowerPCアーキテクチャに準拠し、設計を全面的に刷新している。
PowerPC 970.
IBMがAppleと共同開発し、POWER4ベースに設計。G5と呼ばれる。
PowerPC 970FX.
90nmプロセス、高速化。省電力機能「PowerTune」を搭載。
PowerPC 970MP.
デュアルコア、各コアにL2キャッシュ1MB内蔵。最高2.5GHz。
PowerPC 970GX.
PowerPC 970FXの後継モデルで、970MP同等の性能でシングルコア・省電力を実現した。最高2.5GHz。
PWRficient PA6T.
P.A. Semi（2008年にAppleに買収された）が設計した、64ビット対応のG5互換製品。
Cell.
PPE.
PowerPC Processor Elementの略称、SCE・ソニー・IBM・東芝の4社連合によって開発。PowerPC互換ではあるが、どのベースにも属さないフロムスクラッチ。Cell/B.E.およびPowerXCell 8iに使用されている。
Xenon.
Xbox 360用にIBMがマイクロソフトと共同開発した64ビットのPowerPC互換プロセッサ。XCPUと呼ばれる。後にGPU「Xenos」を統合したXCGPU、更にeDRAMを統合したObanに発展した。
最初から組込み向けとしてIBMが開発。現在はAMCCが権利を持つ。単体のマイクロプロセッサとしてではなく、ASICのCPUコアとして組み込まれることが多い。2005年頃より流通。
470シリーズ.
2009年9月24日に発表された470シリーズは、それまでの400シリーズと比較して性能を２倍以上に引上げた。ソフトウェアは400シリーズと共通であるが、464FPと比較してパイプラインが7段から9段へ増えており、out-of-order、倍精度浮動小数点数演算対応SIMDと、PowerPC G3 (PowerPC750) シリーズの後継シリーズとしての位置づけとなっている。
PowerPC A2.
2010年2月9日にISSCC2010で発表されたプロセッサ。1コアあたり4スレッドで16コア1チップで構成されている。L1キャッシュ16KB+16KB。L2キャッシュ2MB。1.6GHz時55W、204.8Gflops。最高2.3GHz、65Wで稼動する。スーパーコンピュータBlue Gene/Q（ブルージーンQ）のコアCPUに採用されている。