Power Architecture

Power Architectureは、IBMなどによるRISCマイクロプロセッサ用のアーキテクチャ名である。当初は32ビットであったが、後に64ビット化された。Power Architectureの普及団体はPower.orgで40を超える企業や組織が参加している。Power Architectureをベースにしたプロセッサには、POWER、PowerPC、PowerQUICC、Cellなどがある。

「Power Architecture」は、IBMの以前の世代の用語である「POWER architectures」とは異なる。「POWER architectures」は、IBMのPOWER、PowerPC、Cellなどの全製品の各アーキテクチャを幅広く含んだ、過去の用語である。「Power Architecture」は、プロセッサーアーキテクチャ、ソフトウェア、ツールチェーン、コミュニティ、エンドユーザー用アプライアンスなどを含んだファミリーネームであり、製品や技術の仕様を記述した厳密な用語ではない。

1. 用語
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混同し易い用語を以下に簡単に記載する。



2. 歴史
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RISC的なコンピュータは古くからあるが、一般にはパターソンのバークレーRISCとヘネシーのMIPSからRISCの歴史は始まるものとされる。しかし、それに先行するIBMの801が、彼らに大きな影響を与えている。IBMは801からの派生であるROMPを完成させ、IBM RT-PCに使った。そして、RS/6000のCPUに向けて開発されたのが、Power Architectureであり、最初のPOWERであるPOWER1である。POWER1のシングルチップ向け機能削減版がRISC Single Chipである。

1992年にはApple・IBM・モトローラが「AIM連合」を形成し、POWERプロセッサの幅広い市場向けバージョンを開発した。その結果はPOWERアーキテクチャの修正されたバージョンである、PowerPCアーキテクチャとなった。PowerPCの最初の実装は1993年のPowerPC 601で、RSCをベースとし、アップルのPower MacintoshやIBMのRS/6000システムで使用された。

IBMはPOWERアーキテクチャをRS/6000システム用に拡張し、1993年には8チップのPOWER2プロセッサが、更に1996年にはシングルチップバージョンの "POWER2 Super Chip"が登場した。

1990年代の初期にIBMはCISCベースのAS/400コンピュータの、RISCアーキテクチャへの移行を検討した。この新アーキテクチャ開発はコードネーム "Amazon" と呼ばれ、PowerPC-ASが生まれた。PowerPC-ASは、RSCベースのマルチプロセッサのサーバープラットフォームとなった。IBMリサーチ研究所での開発は続けられ、64プロセッサ内部接続のサポートのためのRSCの拡張や、POWER2機能に対するAS/400やRS/6000機能の追加などが行われた。開発は終了して64ビットのA10およびA30プロセッサとなり1995年に発表され、1997年にはRS64系列となりAS/400およびRS/6000で使用された。

平行してAIM連合は1995年から1997年にかけてPowerPCの開発を進め、以下の第2世代PowerPCプロセッサをリリースした。

PowerPC 602 - セットトップボックスやゲーム機用
PowerPC 603 - 組み込み市場や携帯コンピュータ用
PowerPC 604 - ワークステーション用
PowerPC 620 - サーバー用の64ビットの高性能プロセッサ602と620は広く普及しなかったが、603と604およびその後継は、それぞれの市場で非常に普及した。モトローラとIBMはまた、組み込み用の実装で使われたPowerPC拡張の "Book E" を作成した 。この実装にはモトローラのPowerQUICCプロセッサや、IBMのPowerPC 400ファミリーがある。

AIM連合の最後の努力は第3世代PowerPCで、1997年のPowerPC 750である。その後はモトローラとIBMはPowerPCアーキテクチャの開発で別の道に分かれた。このG3プロセッサは、コンピュータと組み込みの両方の市場で広く使われ、IBMはその後の数年、750 ファミリーの進化を続行した。しかしモトローラはPowerPCのSoC とPowerPC 7400で組み込み市場にフォーカスし、それを第4世代PowerPCと呼んだ。このプロセッサはAltiVecとSIMDユニットを取り入れた。この "PowerPC G4" は1999年に登場し、AppleのMacintoshや、通信市場の色々な企業に使用された。

1998年に登場したPOWER3は、PowerPCとPOWER2のアーキテクチャを統合したが、IBMのRS/6000サーバーでしか使われなかった。

2000年にはPowerPC-ASアーキテクチャの最後の実装であるRS64-IVが登場し、AS/400とRS/6000で使用された。IBMはまた、任天堂のゲーム機であるニンテンドーゲームキューブ用に、PowerPC 750CXeベースのGekkoを提供した。またIBMは実験的な64ビットPowerPCプロセッサであるRivinaを開発し、1GHzを超える最初のマイクロプロセッサとなった。

2001年にIBMは、PowerPC-ASとPOWER3を統合し置き換えるPOWER4を発表した。

2002年にアップルは新しいハイエンドのPowerPCを強く要望し、IBMに64ビットのPowerPC 970を開発させた。アップルはこれを第5世代PowerPCと呼んだ。PowerPC 970はPOWER4から派生し、いくつかのサーバー用機能が外されたが、AltiVecと互換性のあるIBM独自のVMX拡張命令ユニット持っていた。PowerPC 970とその後継は、アップルやIBMやいくつかのハイエンドの組み込みアプリケーションで使われた。

2003年にはTundraがモトローラから、マイクロコントローラのPowerPC 100ファミリーを買収した。また2003年には、CulturecomがIBMから、V-Dragon プロセッサに関するPowerPCテクノロジーのライセンスを取得した。2004年にはモトローラが半導体部門を、新会社であるフリースケール・セミコンダクタに分離した。

2004年にIBMから発表されたPOWER5は、POWER4の進化版であった。2005年には改良版のPOWER5+が登場し、PowerPC仕様書はv.2.01に更新され、更に v.2.02 に更新された。また2004年には、AMCCがIBMから、PowerPC 400ファミリーに関する知的財産権のライセンスとスタッフを取得した。モトローラはフリースケールとなったが、PowerPCファミリーのe200、e300、e500、e600、そして将来の64ビットのe700を発表した。同年には、IBMと15の他の会社により、Powerアーキテクチャに関する製品開発を推進する使命を持った組織である、Power.orgが設立された。その目的はPowerアーキテクチャテクノロジーの開発、実現、および推進である。

2005年には、IBM、ソニー、東芝の共同開発4年目にてCellプロセッサの仕様書がリリースされた。この第一の用途はPlayStation 3である。Cellは1つの64ビットのPowerアーキテクチャコアと、SPEsと呼ばれる8つの独立したSIMDを持つ。IBMはまた、マイクロソフトのXbox 360用に3コアの64ビットプロセッサであるXenon-processorを提供した。任天堂も前世代に引き続き32ビットのPowerPCベースとなるBroadwayプロセッサをWiiに採用したため、奇しくも第7世代のゲーム機の3つ全てがIBMのPowerアーキテクチャプロセッサを採用することになった。なお、PlayStationシリーズおよびXboxシリーズは次の第8世代、任天堂も第9世代には他アーキテクチャへ移行しており、現代ではPowerアーキテクチャを採用したゲーム機は存在しない。

2007年3月にIBMは、ハイエンドのマイクロプロセッサで5.0GHzまでスピードアップでき、POWER5より倍の性能を持つPOWER6を発表した。POWER6はPOWERシリーズにVMX拡張命令ユニットと、DFUを追加した。

2010年2月8日に POWER7 を発表。 Vector Scalar Extension 拡張命令ユニット追加、プロセスルール45nm。

2012年10月に POWER7+ を発表。プロセスルール32nm。

2014年4月に POWER8 を発表。プロセスルール22nm。

2017年12月にPOWER9を発表。プロセスルール14nm。FinFET SOI

2019年8月にPOWER9 Advanced I/Oを発表。

2022年2月にPOWER10を発表。プロセスルール7nm。

3. 実装例
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3.1. プロセッサ
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IBM
POWER、PowerPC
ソニー、SCE、IBM、東芝
Cell Broadband Engine
Freescale
PowerQUICC、QorIQ
Xilinx
Virtex FPGA
Culturecom
V-Dragon
クレイ
SeaStar、SeaStar2、SeaStar+ 通信プロセッサ

3.2. システム
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スーパーコンピュータ
IBM ディープ・ブルー、Blue Gene、Summit、Sierra
QPACE
メインフレーム
日立 AP7000
サーバー
IBM System p、System i、Power Systems
MercuryのCell BE、PowerPCベースのコンピュータ
ソニー ZEGO
Google Zaius
パーソナルコンピュータ
Apple Power Macintosh、Power Mac、インテル以前のiMac・iBook・PowerBook
Genesi Pegasos、Open Desktop Workstation、EFIKA
ゲーム機
ピピンアットマーク
任天堂 ゲームキューブ、Wii、Wii U
マイクロソフト Xbox 360
ソニー・コンピュータエンタテインメント PlayStation 3
その他
ACube Systems Sam440ep
TiVoシリーズ 1 DVR
BAEシステムズ RAD6000、RAD750
シスコシステムズのルーター
その他、多数の会社によるプリンタ、自動車、航空機、宇宙機器、医療画像、通信機器、セットトップボックスなど

3.3. オペレーティングシステム
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Power Architecture版が現在存在する、あるいは過去に存在したオペレーティングシステムには以下がある。

Linux
Yellow Dog Linux
MkLinux
NetBSD、OpenBSD、FreeBSD、OpenDarwin
Classic Mac OS, Mac OS X
OS/2、AIX、i5/OS
Solaris、OpenSolaris
Windows NT
Plan 9
BeOS
OS-9
eCos
INTEGRITY
uC/OS-II
VxWorks
QNX
LynxOS
OSE
MorphOS
AmigaOS 4

4. 脚注
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5. 外部リンク
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