PowerPC 600 - PowerPC 600
Семейство PowerPC 600 было первым семейством построенных процессоров PowerPC . Они были разработаны на предприятии Somerset в Остине, штат Техас , при совместном финансировании и укомплектовании штатом инженеров IBM и Motorola в рамках альянса AIM . Компания Somerset была открыта в 1992 году, и ее целью было создание первого процессора PowerPC, а затем разработка процессоров PowerPC общего назначения для персональных компьютеров . Первым воплощением стал PowerPC 601 в 1993 году, а вскоре последовало второе поколение PowerPC 603, PowerPC 604 и 64-битный PowerPC 620.
| Архитектуры POWER , PowerPC и Power ISA |
|---|
| NXP (ранее Freescale и Motorola) |
| IBM |
|
| IBM / Nintendo |
| Другой |
| Ссылки по теме |
| Отменено серым цветом , историческое - курсивом |
Ядерная семья
| Процессор | Этапы трубопровода | Разное |
|---|---|---|
| PowerPC 603 | 4 | 5 исполнительных блоков, предсказание переходов. Нет SMP. |
| PowerPC 604 | 6 | Суперскаляр, внестудийное исполнение, 6 исполнительных единиц. Поддержка SMP. |
| PowerPC 620 | 5 | Выполнение вне очереди - поддержка SMP. |
PowerPC 601
PowerPC 601 был первым поколением микропроцессоров , чтобы поддержать базовый 32-разрядный PowerPC , набор команд . Серьезные усилия по проектированию начались в середине 1991 года, и первые прототипы микросхем были доступны в октябре 1992 года. Первые 601 процессор были представлены на рабочей станции IBM RS / 6000 в октябре 1993 года (наряду с более мощной линейкой процессоров IBM POWER2, состоящей из нескольких микросхем). и первые Macintosh Apple Power 14 марта 1994 года. 601 был первой усовершенствованной однокристальной реализацией архитектуры POWER / PowerPC, разработанной в соответствии с графиком сбоев, чтобы вывести PowerPC на рынок и укрепить альянс AIM. Для достижения чрезвычайно агрессивного графика, включающего существенно новые функции (такие как существенное повышение производительности, новые инструкции и, что важно, первая реализация симметричной многопроцессорной обработки (SMP) POWER / PowerPC ), в конструкции был задействован ряд ключевых технологий и стратегий управления проектами. Команда 601 использовала большую часть базовой структуры и частей процессора IBM RISC Single Chip (RSC), но также включила поддержку подавляющего большинства новых инструкций PowerPC, не входящих в набор инструкций POWER . В то время как почти каждая часть дизайна RSC была изменена, и многие блоки дизайна были существенно изменены или полностью переработаны с учетом совершенно другой унифицированной структуры шины ввода-вывода и поддержки когерентности SMP / памяти . Новые изменения PowerPC, использующие базовую структуру RSC, были очень полезны для уменьшения неопределенности в отношении площади микросхемы / планировки этажей и временного анализа / настройки. Стоит отметить, что 601 не только реализовал важные новые ключевые функции, такие как SMP, но также выступал в качестве моста между POWER и будущими процессорами PowerPC, помогая IBM и разработчикам программного обеспечения в их переходе на PowerPC. От начала проектирования до ленты-из первых 601 прототипа был всего 12 месяцев для того , чтобы подтолкнуть трудно установить PowerPC на рынке рано.
Автобус 60x
Чтобы помочь усилиям по быстрой интеграции архитектуры шины 88110 в 601 в интересах альянса и его клиентов, руководство Motorola предоставило не только спецификации архитектуры шины 88110, но и несколько проектировщиков, владеющих шиной 88110, чтобы помочь с реализация и проверка логики шины 60x. Поскольку команда разработчиков системы Apple была знакома со структурой шины ввода-вывода из Motorola 88110, и эта реализация шины ввода-вывода была хорошо определена и задокументирована, команда 601 приняла технологию шины, чтобы сократить время выхода на рынок. После внедрения в 601 автобус был переименован в шину 60x. Эти дизайнеры Motorola (и небольшое количество Apple) присоединились к более чем 120 дизайнерам IBM в создании 601.
Использование автобуса 88110 в качестве основы для автобуса 60x помогло составить график во многих отношениях. Это помогло команде Apple Power Macintosh, уменьшив количество редизайна их вспомогательных ASIC, и уменьшило количество времени, необходимое разработчикам процессоров и архитекторам, чтобы предложить, задокументировать, согласовать и закрыть новый интерфейс шины (успешно избегая "Bus Войны », ожидаемые руководством 601, если автобус 88110 или предыдущие автобусы RSC не были приняты на вооружение). Стоит отметить, что принятие шины 88110 на благо усилий Apple и альянса произошло за счет усилий первой группы разработчиков системы IBM RS / 6000, у которой уже были реализованы вспомогательные ASIC на основе совершенно другой структуры шины RSC.
Эта шина 60x позже стала довольно долгим базовым интерфейсом для многих вариантов процессоров 601, 603, 604, G3 , G4 и Motorola / Freescale PowerQUICC .
Дизайн
Чип был разработан для широкого спектра приложений и имел поддержку внешнего кэша L2 и симметричной многопроцессорной обработки . Он имел четыре функциональных блока, включая блок с плавающей запятой , целочисленный блок , блок ветвления и блок секвенсора. В процессор также входил блок управления памятью . Целочисленный конвейер имел длину четыре этапа, конвейер ответвления - два этапа, конвейер памяти - пять этапов, а конвейер с плавающей запятой - шесть этапов.
Впервые представленный в системах IBM осенью 1993 года, он продавался IBM как PPC601 и Motorola как MPC601. Он работал на частотах от 50 до 80 МГц. Он был изготовлен с использованием процесса КМОП 0,6 мкм с четырьмя уровнями алюминиевого межсоединения . Размер кристалла составлял 121 мм 2, и он содержал 2,8 миллиона транзисторов. 601 имеет унифицированный кэш L1 размером 32 КБ , емкость, которая в то время считалась большой для встроенного кеша. Отчасти благодаря большому объему кэш-памяти он считался высокопроизводительным процессором в своем сегменте, превосходящим по производительности конкурирующий Intel Pentium . PowerPC 601 использовался в первых компьютерах Power Macintosh от Apple , а также на различных рабочих станциях RS / 6000 и серверах SMP от IBM и Groupe Bull .
IBM была единственным производителем микропроцессоров 601 и 601+ на производственных предприятиях в Берлингтоне, Вермонт, и Ист-Фишкилл, штат Нью-Йорк . 601 использовал процесс IBM CMOS-4s, а 601+ использовал процесс IBM CMOS-5x. Чрезвычайно небольшое количество этих процессоров 601 и 601+ было помечено логотипами Motorola и номерами деталей и распространено через Motorola. Эти факты несколько затемняется приведены существуют различные картины «Motorola MPC601», в частности , один конкретный случай своевольного Motorola маркетинга , где 601 был назван одним из журнала Time ' s 1994 „Продукт года“ с Motorola маркировки.
PowerPC 601v
Обновленная версия, PowerPC 601v или PowerPC 601+ , работающая на частотах от 90 до 120 МГц, была представлена в 1994 году. Она была изготовлена по новой технологии КМОП 0,5 мкм с четырьмя уровнями межсоединений, в результате чего размер кристалла составлял 74 мм 2 . Дизайн 601+ был преобразован с CMOS-4 в CMOS-5x командой только из IBM. Чтобы избежать задержек с выходом на рынок из-за изменений в инструментах проектирования и унификации заводских правил, как 601, так и 601+ были разработаны с помощью инструментов IBM EDA в системах IBM и производились только на предприятиях IBM.
PowerPC 603
PowerPC 603 был первый процессор реализует полный 32-разрядный PowerPC архитектуры , как указано. Он был разработан как недорогой процессор начального уровня для портативного и встраиваемого использования. Одной из основных функций были функции энергосбережения (дремота, сон и спящий режим), которые могли резко снизить требования к мощности, потребляя всего 2 мВт в спящем режиме. 603 имеет четырехступенчатый конвейер и пять исполнительных блоков: целочисленный блок, блок с плавающей запятой, блок предсказания переходов, блок загрузки / сохранения и блок системного реестра. Он имеет отдельные кэши L1 размером 8 КБ для инструкций и данных и 32/64 битную шину памяти 60x, достигающую 75 МГц. Ядро 603 не имело аппаратной поддержки SMP .
PowerPC 603 имел 1,6 миллиона транзисторов и был изготовлен IBM и Motorola по технологии CMOS 0,5 мкм с четырьмя уровнями межсоединений. Кристалл имел большой размер 85 мм 2, мощность 3 Вт при 80 МГц. Архитектура 603 является прямым предком архитектуры PowerPC 750 , продаваемой Apple как PowerPC «G3».
603 предназначался для портативных компьютеров Apple Macintosh, но не мог запускать программное обеспечение эмуляции 68K с производительностью, которую Apple считала адекватной, из-за меньшего размера кэша процессора. В результате Apple решила использовать 603 только в своей линейке недорогих настольных ПК Performa. Это вызвало задержку выпуска Apple PowerBook 5300 и PowerBook Duo 2300 , поскольку Apple решила дождаться ревизии процессора. Использование Apple 603 в линейке Performa 5200 привело к тому, что процессор получил плохую репутацию. Помимо проблемы производительности эмуляции 68K, машины Performa поставлялись с различными конструктивными недостатками, некоторые из которых были серьезными, связанными с другими аспектами конструкции компьютеров, включая производительность и стабильность сети, проблемы с шиной (ширина, скорость, конкуренция, и сложность), ошибки ПЗУ и производительность жесткого диска. Ни одна из проблем линейки 5200, кроме производительности эмуляции 68K, не была изначально связана с 603. Скорее, процессор был модифицирован для использования с материнскими платами 68K и другими устаревшими компонентами. Сайт Low End Mac оценивает Performa 5200 как худший Mac всех времен. 603 нашел широкое применение в различных встраиваемых устройствах.
PowerPC 603e и 603ev
Проблемы производительности 603 были решены в PowerPC 603e . Кэш L1 был увеличен и увеличен до 16 КБ четырехстороннего ассоциативного кэша данных и инструкций. Тактовая частота процессоров также была увеличена вдвое, достигнув 200 МГц. Сокращение производственного процесса до 0,35 мкм позволило достичь скорости до 300 МГц. Эта часть иногда называется PowerPC 603ev . 603e и 603ev имеют 2,6 миллиона транзисторов каждый и имеют размер 98 мм 2 и 78 мм 2 соответственно. 603ev потребляет максимум 6 Вт на частоте 300 МГц.
PowerPC 603e был первым массовым процессором для настольных ПК, достигшим частоты 300 МГц, как это используется в Power Macintosh 6500 . 603e также использовался в ускорительных картах Phase5 для линейки компьютеров Amiga с процессорами с частотой от 160 до 240 МГц. PowerPC 603e по-прежнему продается IBM и Freescale, а также другими компаниями, такими как Atmel и Honeywell, которые производят вариант RHPPC с радиационной стойкостью . PowerPC 603e был также сердцем BeBox от Be Inc. BeBox примечателен тем, что это многопроцессорная система, для чего не был разработан 603. IBM также использовала процессоры PowerPC 603e в серии IBM ThinkPad 800 . В некоторых сериях цифровых осциллографов LeCroy использовал PowerPC 603e в качестве основного процессора. Процессоры 603e также обеспечивают питание всех 66 спутников в парке спутниковых телефонов Iridium . Каждый сателлит содержит по семь процессоров Motorola / Freescale PowerPC 603e, каждый с частотой около 200 МГц. Особый процессор 603e также используется в Mark 54 Lightweight Torpedo .
G2
Ядро PowerPC 603e, переименованное компанией Freescale в G2 , является основой для многих встроенных процессоров PowerQUICC II , и поэтому оно продолжает развиваться. Процессоры PowerQUICC II SoC от Freescale имеют обозначение MPC82xx и представлены в различных конфигурациях, достигающих частоты 450 МГц. Название G2 также является ретронимом для процессоров 603e и 604 для согласования с G3, G4 и G5.
e300
Компания Freescale улучшила ядро 603e, назвав его e300 , во встроенных процессорах PowerQUICC II Pro . Были добавлены более крупные кэши L1 размером 32/32 КБ и другие меры по повышению производительности. Процессоры PowerQUICC II Pro SoC от Freescale имеют обозначение MPC83xx и имеют различные конфигурации, достигающие частоты до 667 МГц. E300 также является ядром процессора MPC5200B SoC, который используется в небольшом компьютере EFIKA .
PowerPC 604
PowerPC 604 была введена в декабре 1994 года вместе с 603 и был разработан как чип высокой производительности для рабочих станций и серверов начального уровня и , как таковые имели поддержку симметричной многопроцессорной в аппаратных средствах. 604 широко использовался в высокопроизводительных системах Apple, а также в клонах Macintosh , низкоуровневых серверах и рабочих станциях IBM RS / 6000 , платах ускорителей Amiga и в качестве встроенного процессора для телекоммуникационных приложений.
604 - это суперскалярный процессор, способный выдавать четыре инструкции одновременно. 604 имеет шестиступенчатый конвейер и шесть исполнительных блоков, которые могут работать параллельно, выполняя до шести инструкций за каждый цикл. Два простых и один комплексный целочисленные блоки , один блок с плавающей запятой , один блок обработки ветвлений, управляющий выполнением вне очереди, и один блок загрузки / сохранения. Он имеет отдельные кэши данных и инструкций L1 по 16 КБ. Внешний интерфейс представляет собой 32- или 64-битную шину 60x, работающую с тактовой частотой до 50 МГц.
PowerPC 604 содержит 3,6 миллиона транзисторов и был изготовлен IBM и Motorola по технологии CMOS 0,5 мкм с четырьмя уровнями межсоединений. Размер кристалла составлял 12,4 мм на 15,8 мм (196 мм 2 ) и потреблял 14-17 Вт на частоте 133 МГц. Он работал на частотах от 100 до 180 МГц.
PowerPC 604e
604e PowerPC , был введен в июле 1996 года , и добавлен блок регистров состояния и отдельные 32 KB данных и инструкции L1 кэша среди других изменений в свою подсистеме памяти и блок предсказания ветвлений, что приводит к увеличению производительности на 25% по сравнению с его предшественником. Он имел 5,1 миллиона транзисторов и был изготовлен IBM и Motorola по технологии CMOS 0,35 мкм с пятью уровнями соединения. Размер кристалла был 148 мм 2 или 96 мм 2 , производства Motorola и IBM соответственно, потребляя 16–18 Вт при 233 МГц. Он работал на частотах от 166 до 233 МГц и поддерживал шину памяти до 66 МГц.
PowerPC 604ev "Mach5"
PowerPC 604ev , 604r или «Mach 5» был введен в августе 1997 года и был по существу 604e сфабрикована IBM и Motorola с более новым процессом, достигая более высокие скорости с низким потреблением энергии. Матрица была размером 47 мм 2, изготовлена по технологии CMOS 0,25 мкм с пятью уровнями межсоединений и потребляла 6 Вт при 250 МГц. Он работал на частотах от 250 до 400 МГц и поддерживал шину памяти до 100 МГц.
В то время как Apple отказалась от 604ev в 1998 году в пользу PowerPC 750 , IBM продолжала использовать его в моделях начального уровня своих компьютеров RS / 6000 в течение нескольких лет.
PowerPC 620
PowerPC 620 была первая реализация всего 64-битном PowerPC архитектуры. Это был PowerPC второго поколения наряду с 603 и 604, но ориентированный на рынок высокопроизводительных рабочих станций и серверов. На бумаге он был мощным и изначально предполагалось запустить вместе со своими собратьями, но он был отложен до 1997 года. Когда он действительно появился, его характеристики были сравнительно низкими, и значительно более дешевый 604e превзошел его. Поэтому 620 никогда не производился в больших количествах и находил очень мало применения. Единственным пользователем PowerPC 620 была Groupe Bull на своих машинах Escala UNIX , но они не доставили больших количеств. IBM, которая намеревалась использовать его на рабочих станциях и серверах, решила вместо этого дождаться еще более мощных 64-битных процессоров RS64 и POWER3 .
Модель 620 была произведена Motorola по технологии 0,5 мкм. В нем было 6,9 миллиона транзисторов, а площадь кристалла составляла 311 мм 2 . Он работал с тактовой частотой от 120 до 150 МГц и потреблял 30 Вт при 133 МГц. Более поздняя модель была построена с использованием процесса 0,35 мкм, что позволило достичь 200 МГц.
620 был похож на 604. Он имеет пятиступенчатый конвейер, такую же поддержку симметричной многопроцессорной обработки и такое же количество исполнительных блоков; блок загрузки / сохранения, блок ветвления, блок FPU и три целочисленных блока. С более крупными кэшами инструкций и данных 32 КБ, поддержкой кэша L2, который может иметь емкость 128 МБ , и более мощных блоков ветвления и загрузки / хранения с большим количеством буферов, 620 был очень мощным. Таблица истории переходов также была больше и могла отправлять больше инструкций, чтобы процессор мог обрабатывать неупорядоченное выполнение более эффективно, чем 604. Модуль с плавающей запятой также был улучшен по сравнению с 604. С более быстрым циклом выборки и поддержкой для нескольких ключевых аппаратных инструкций (например, sqrt), в сочетании с более быстрыми и широкими шинами данных, он стал более эффективным, чем FPU в 604.
Автобусы 6XX и GX
Системная шина представляла собой более широкую и быструю 128-битную шину памяти, называемую шиной 6XX . Он был спроектирован как системная шина для многопроцессорных систем, к которой должны были подключаться процессоры, кэш-память, память и ввод-вывод с помощью микросхемы управления системой. Он поддерживает как 32-, так и 64-битные процессоры PowerPC, адреса памяти больше 32 бит и среды NUMA . Он также использовался в POWER3, RS64 и 601, а также в системах RS / 6000 на базе 604 (с мостовой микросхемой). Позже эта шина превратилась в шину GX в POWER4 , а затем в GX + и GX ++ в POWER5 и POWER6 соответственно. Шина GX также используется в мэйнфреймах IBM z10 и z196 System z .
- Вклад в историю Unix в Bull (Интересное чтение, касающееся использования PowerPC 620 в Bull. На французском языке)
Большая семья
PowerPC 602
PowerPC 602 была урезанная версия PowerPC 603, специально для игровых консолей от Motorola и IBM, введенный в феврале 1995 года имеет меньшие L1 кэш - память (инструкции 4 КБ и 4 КБ данных), с одинарной точностью с плавающей точкой единица и единица предсказания уменьшенного ветвления. Он предлагался на частотах от 50 до 80 МГц и потреблял 1,2 Вт при 66 МГц. Он состоял из 1 миллиона транзисторов и имел размер 50 мм 2, изготовленный по технологии КМОП 0,5 мкм с четырьмя уровнями межсоединений.
3DO разработала игровую консоль M2, в которой использовались два PowerPC 602, но она так и не поступила на рынок.
PowerPC 603q
21 октября 1996 года полупроводниковая компания Quantum Effect Devices (QED) анонсировала PowerPC 603-совместимый процессор под названием « PowerPC 603q » на форуме Microprocessor Forum . Несмотря на свое название, он не имел ничего общего с другими 603. Это была с нуля реализация 32-разрядной архитектуры PowerPC, ориентированная на рынок высокопроизводительных встраиваемых систем, разработанная более двух лет. По сути, он был маленьким, простым, энергоэффективным, но мощным; равняется более дорогому 603e при меньшем потреблении энергии. У него был упорядоченный пятиступенчатый конвейер с единичным целочисленным блоком, блоком с плавающей запятой двойной точности (FPU) и отдельными инструкциями по 16 КБ и кэшем данных 8 КБ. В то время как целочисленная единица была совершенно новой конструкцией, FPU был заимствован из R4600 для экономии времени. Это было 69 мм 2 мало , используя процесс изготовления 0,5 мкм и привлекло всего 1,2 Вт при 120 МГц.
603q был разработан для Motorola, но они отказались от контракта до того, как 603q был запущен в серийное производство. В результате 603q был отменен, поскольку QED не могла продолжать продавать процессор, так как у них не было собственной лицензии PowerPC.
PowerPC 613
«PowerPC 613», похоже, было названием, которое Motorola дала PowerPC третьего поколения. Она якобы была переименована в « PowerPC 750 » в ответ на экспоненциальную технологию «s x704 процессор , который был разработан для 604 вооружен с большим отрывом. Хотя вряд ли есть источники, подтверждающие что-либо из этого, и это может быть чистое предположение или отсылка к совершенно другому процессору.
PowerPC 614
Подобно PowerPC 613, «PowerPC 614» могло быть названием, данным Motorola для PowerPC третьего поколения, а затем переименованным по той же причине, что и 613. Было высказано предположение, что эта часть была переименована в « PowerPC 7400 », а Motorola даже подтолкнул его к PowerPC четвертого поколения, хотя архитектурные различия между «G3» и «G4» были небольшими. Хотя вряд ли есть какие-либо источники, подтверждающие что-либо из этого, и это может быть чистое предположение или ссылка на совершенно другой процессор.
PowerPC 615
« PowerPC 615 » является процессор PowerPC от IBM объявила в 1994 году, но никогда не достигли массового производства . Его главной особенностью было включение ядра x86 на кристалле, что позволило процессору изначально обрабатывать как PowerPC, так и инструкции x86. Операционная система, работающая на PowerPC 615, может выбрать выполнение 32-битных или 64-битных инструкций PowerPC, 32-битных инструкций x86 или сочетание трех. Команды микширования потребуют переключения контекста в ЦП с небольшими накладными расходами. Единственными операционными системами, которые поддерживали 615, были Minix и специальная разрабатываемая версия OS / 2 .
Он имел размер 330 мм 2 и производился IBM по процессу 0,35 мкм. Он был совместим по выводам с Intel «s Pentium процессоров и сравнимы по скорости. Процессор был представлен только в качестве прототипа, и программа была убита частично из-за того, что Microsoft никогда не поддерживала процессор. Позже инженеры, работавшие над PowerPC 615, перебрались в Transmeta , где работали над процессором Crusoe .
PowerPC 625
«PowerPC 625» - это раннее название 64-разрядных процессоров PowerPC серии Apache, разработанных IBM на основе набора инструкций PowerPC-AS «Amazon». Позже они были переименованы в « RS64 ». Обозначение «PowerPC 625» никогда не использовалось для конечных процессоров.
PowerPC 630
«PowerPC 630» - это раннее название высокопроизводительного 64-разрядного процессора PowerPC, разработанного IBM для объединения наборов инструкций POWER и PowerPC . Позже он был переименован в POWER3 , вероятно, чтобы отличить его от более ориентированных на потребителя процессоров PowerPC, используемых Apple .
PowerPC 641
«PowerPC 641» , кодовое имя Habanero , - это несуществующий проект PowerPC, разработанный IBM в период 1994–1996 годов. Было высказано предположение, что это было третье поколение PowerPC на базе процессора 604.
Смотрите также
Рекомендации
дальнейшее чтение
- Вайс, Шломо; Смит, Джеймс Эдвард (1994). МОЩНОСТЬ и PowerPC . Морган Кауфманн. ISBN 1558602798. - Соответствующие части: Глава 8 (описывает PowerPC 601) и Глава 11 (сравнение PowerPC 601 и Alpha 21064)