PowerPC

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PowerPC（Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computing，有时简称PPC）是一种精简指令集（RISC）的指令集架构 ISA（Instruction set architecture），其基本的设计源自IBM的POWER（Performance Optimized With Enhanced RISC）架构。

## 历史

1991年，Apple、IBM、Motorola组成AIM联盟，意欲发展一泛用的微处理器架构，其成果即为PowerPC。PowerPC架构基础来自于1990年随RISC System/6000推出的IBM POWER架构，而POWER架构又是从早期的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微米制程，晶体管约为单芯片280万个。

以PowerPC架构发展出来的第一个芯片是1993年推出的PowerPC 601，而IBM以PowerPC 601推出了RS/6000 POWERstation 250工作站，苹果电脑则推出第一代的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。铜制程取代了已经沿用了30年的铝制程，使硅芯片多CPU的生产工艺达到了0.2微米的水平，单芯片整合了2亿个电晶体，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。

但除了苹果公司的麦金塔电脑以外，使用PowerPC处理器的个人电脑很少，而自2005年起，麦金塔也转用Intel x86。

## PowerPC处理器

### PowerPC 601至PowerPC603e

601｜601v｜602｜603｜603e｜604

时脉（MHz）｜50至80｜100｜66｜50至80｜100｜100至133

工作电压（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

制程（micrometer）｜0.6｜0.5｜0.5｜0.5｜0.5｜0.5

芯片大小（mm2）｜120｜74｜50｜120｜98｜197

晶体管数｜280万｜280万｜100万｜160万｜260万｜360万

快取大小（KB）｜共用32｜共用32｜资料、指令各4｜资料、指令各8｜资料、指令各16｜资料、指令各16

总线｜位址32位元，资料64位元｜位址32位元，资料64位元｜位址32位元，资料64位元｜位址32位元，资料32或64位元｜位址32位元，资料32或64位元｜位址32位元，资料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

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PowerPC 604e 于 1996 年 7 月推出，改进了内存子系统与分支预测，而内存总线时脉为66MHz，有 510 万个晶体管，采用 0.35 μm CMOS 制造，芯片大小为 148 平方毫米或 96 平方毫米，工作时脉为166至233 MHz，在 233 MHz 时功率消耗为 16-18 W。与前代产品相比，性能提高了 25%。

#### PowerPC 604ev "Mach5"

PowerPC 604ev、604r （或称“Mach 5”）于 1997 年 8 月推出，是制程改进为 0.25 μm CMOS的PowerPC 604e，芯片面积减至47 平方毫米，工作时脉提升至250 到 400 MHz，内存总线速度为100MHz，而功率消耗在 250 MHz 时则为 6 W。虽然苹果公司在 1998 年转而使用 PowerPC 750，但 IBM 仍在其 RS/6000 工作站的入门级型号中使用PowerPC 604ev。

### PowerPC 7xx

第三代的PowerPC 微处理器是PowerPC 7xx，由苹果公司称为 PowerPC G3，于 1997 年 11 月 10 日推出；G3一词常被使用于苹果电脑的机种，例如 PowerBook G3、彩色 iMac、iBook 和蓝色以及白色的 Power Macintosh G3。PowerPC 7xx系列由于低功耗与小尺寸，是笔记型电脑的理想选择，一直使用到麦金塔转用x86处理器之前，而且也广泛使用于嵌入式设备，如打印机、路由器、储存设备、太空船和游戏机。但7xx 系列的弱点在于并未支持对称多处理、缺乏单指令流多资料流能力，以及相对较弱的浮点运算功能。摩托罗拉的 74xx 系列处理器针对这些问题进行设计与改进。

### PowerPC 7400

PowerPC 7400（代号“Max”）于 1999 年 8 月推出，又被称为“G4”，工作时脉为 350 至 500 MHz，有1050 万个晶体管，以摩托罗拉的 0.20 μm HiPerMOS6 制造，芯片尺寸为 83 mm2，采用铜制程。但摩托罗拉曾向苹果承诺将提供工作时脉500 MHz 的芯片，但初期良率过低，使得苹果无法推出宣传的 500 MHz 之 PowerMac G4，在摩托罗拉处理此问题时，苹果只好将PowerMac G4型号的工作时脉从 400、450 和 500 MHz 降到 350、400 和 450 MHz。该事件导致苹果与摩托罗拉的关系出现裂痕，据报导苹果向 IBM 寻求帮助，以提高摩托罗拉 7400 系列的产量。后来在 2000 年 2 月 16 日苹果的PowerMac 500 MHz型号上市。

最后一款使用 G4 的桌上型麦金塔是 Mac Mini；笔记型电脑的 iBook G4 与PowerBook G4后来都改用英特尔x86处理器。但还有其他平台也使用 PowerPC G4 处理器，例如 AmigaOne 系列机种和 Genesi 的 Pegasos；而 PowerPC G4 也常用于嵌入式系统，例如路由器、电信交换机、影像与媒体处理、航空电子设备和军事应用；其 AltiVec 及对称多处理功能在这些领域可发挥所长。

### PowerPC 970

PowerPC 970、PowerPC 970FX 和 PowerPC 970MP 是 IBM 于 2002 年推出的 64 位元 PowerPC 处理器，而苹果公司在采用此系列处理器的麦金塔，称之为 PowerPC G5。本系列是 IBM 和苹果以POWER4为基础合作开发的，项目代号为 GP-UL 或 Giga Processor Ultra Light。苹果推出 PowerMac G5 时曾表示这是一项为期五年的合作成果，且有多个世代的未来发展路线图。但一年以后苹果不得不收回推出使用 3 GHz 处理器之PowerMac G5的承诺，IBM 也无法将功耗降低到可供笔记本电脑所用的水准，使得苹果的笔记型电脑仍然采用PowerPC G4。最终苹果转用x86处理器于麦金塔电脑。此外，IBM 的 JS20/JS21 刀锋服务器和一些低阶工作站和 System p 服务器使用了 PowerPC 970。有些高阶嵌入式系统（如 Mercury 的 Momentum XSA-200）也使用了PowerPC 970。IBM 也将 PowerPC 970 内核授权其他厂商用于自定使用。

## 产品应用

较广为人知的产品应用包含：

- 苹果公司：Power Macintosh系列、PowerBook系列（1995年以后的产品，开始使用PowerPC 603系列）、iBook系列、iMac系列（2005年以前的产品）、eMac系列产品。
- 任天堂：GameCube、Wii和Wii U。
- 微软：Xbox 360
- 索尼：PlayStation 3

## 基本资料

- 设计师：AIM
- 字长/暂存器资料宽度：32-bit/64-bit（32 → 64）
- 始创时间：1992年
- 版本：2.02
- 形式：精简指令集
- 类型：载入-储存
- 编码：Fixed/Variable (Book E)
- 分支预测结构：Condition code
- 字节序：Big/Bi
- 扩展名：AltiVec, APU
- registers：32 GPR, 32 FPR