PowerPC 600 - PowerPC 600
Den PowerPC 600 familj var den första familjen i PowerPC -processorer byggda. De designades vid Somerset-anläggningen i Austin, Texas , gemensamt finansierade och bemannade av ingenjörer från IBM och Motorola som en del av AIM-alliansen . Somerset öppnades 1992 och målet var att göra den första PowerPC-processorn och sedan fortsätta utforma PowerPC-processorer för allmänna ändamål för persondatorer . Den första inkarnationen blev PowerPC 601 1993, och den andra generationen följde snart med PowerPC 603, PowerPC 604 och 64-bitars PowerPC 620.
| POWER- , PowerPC- och Power ISA- arkitekturer |
|---|
| NXP (tidigare Freescale och Motorola) |
| IBM |
|
| IBM / Nintendo |
| Övrig |
| Relaterade länkar |
| Avbrutet i grått , historiskt med kursiv stil |
Kärnfamilj
| CPU | Rörledningssteg | Övrigt |
|---|---|---|
| PowerPC 603 | 4 | 5 exekveringsenheter, grenförutsägelse. Ingen SMP. |
| PowerPC 604 | 6 | Superscalar, körning utan order, 6 exekveringsenheter. SMP-stöd. |
| PowerPC 620 | 5 | Utförande av order - SMP-stöd. |
PowerPC 601
Den PowerPC 601 var den första generationen av mikroprocessorer för att stödja den grundläggande 32-bitars PowerPC instruktionsuppsättning . Designinsatsen började på allvar i mitten av 1991 och de första prototypchipsen fanns tillgängliga i oktober 1992. De första 601 processorerna introducerades i en IBM RS / 6000- arbetsstation i oktober 1993 (tillsammans med dess mer kraftfulla flerspråkiga kusin IBM POWER2- serien av processorer) och den första Apple Power Macintoshes den 14 mars 1994. 601 var den första avancerade single-chip-implementeringen av POWER / PowerPC-arkitekturen utformad enligt ett kraschschema för att etablera PowerPC på marknaden och cementera AIM-alliansen. För att uppnå ett extremt aggressivt schema med väsentligen ny funktionalitet (som avsevärda prestandaförbättringar, nya instruktioner och viktigare POWER / PowerPC: s första symmetriska multiprocessing (SMP) -implementering) utnyttjade designen ett antal viktiga teknologier och strategier för projektledning. 601-teamet utnyttjade mycket av den grundläggande strukturen och delarna av IBM RISC Single Chip (RSC) -processor, men inkluderade också stöd för de allra flesta av de nya PowerPC-instruktionerna, inte i POWER-instruktionsuppsättningen . Medan nästan varje del av RSC-designen modifierades och många designblock ändrades väsentligen eller helt redesignades med tanke på den helt olika enhetliga I / O- busstrukturen och stöd för SMP / minneskoherens . Nya PowerPC-förändringar, utnyttjande av den grundläggande RSC-strukturen var mycket fördelaktigt för att minska osäkerheten i chipområdet / golvplanering och tidsanalys / inställning. Värt att notera är att 601 inte bara implementerade betydande nya nyckelfunktioner som SMP, utan den fungerade också som en bro mellan POWER och de framtida PowerPC-processorerna för att hjälpa IBM och mjukvaruutvecklare i deras övergångar till PowerPC. Från designens början till bandet av den första 601-prototypen var det bara 12 månader för att driva hårt för att etablera PowerPC på marknaden tidigt.
60x buss
För att hjälpa ansträngningarna att snabbt integrera 88110- bussarkitekturen till 601 till förmån för alliansen och dess kunder tillhandahöll Motorola-ledningen inte bara 88110-bussarkitekturspecifikationerna, utan också en handfull 88110 busslitterära designers att hjälpa till med 60x busslogikimplementering och verifiering. Med tanke på att Apples systemdesignteam var bekant med I / O-bussstrukturen från Motorolas 88110 och denna I / O-bussimplementering var väldefinierad och dokumenterad, antog 601-teamet busstekniken för att förbättra tiden till marknaden. Bussen döptes om till 60x-bussen en gång implementerad på 601. Dessa Motorola (och ett litet antal Apple) -designers gick med i över 120 IBM-designers för att skapa 601.
Att använda 88110-bussen som grund för 60x-bussen hjälpte scheman på ett antal sätt. Det hjälpte Apple Power Macintosh-teamet genom att minska mängden redesign av deras support- ASIC och det minskade den tid som krävs för processorkonstruktörerna och arkitekterna att föreslå, dokumentera, förhandla och stänga ett nytt bussgränssnitt (framgångsrikt undviks "Buss" Krig "förväntas av 601-ledningen om 88110-bussen eller de tidigare RSC-bussarna inte hade antagits). Det är värt att notera att det att acceptera 88110-bussen till förmån för Apples ansträngningar och alliansen gick på bekostnad av det första IBM RS / 6000-systemdesignteamets ansträngningar som hade sitt ASIC-stöd redan implementerat kring RSC: s helt olika bussstruktur.
Denna 60x-buss blev senare ett ganska långlivat grundgränssnitt för de många varianterna av 601, 603, 604, G3 , G4 och Motorola / Freescale PowerQUICC- processorer.
Design
Chipet utformades för att passa en mängd olika applikationer och hade stöd för extern L2-cache och symmetrisk multiprocessing . Den hade fyra funktionella enheter, inklusive en flytpunktsenhet , ett heltalsenhet , en grenenhet och en sequencer-enhet. Processorn inkluderade också en minneshanteringsenhet . Heltalet pipeline var fyra steg lång, den gren pipeline två steg lång, minnes pipeline fem steg lång, och flyttals pipeline sex steg långa.
Först lanserades i IBM-system hösten 1993 marknadsfördes det av IBM som PPC601 och av Motorola som MPC601. Den fungerade med hastigheter från 50 till 80 MHz. Det tillverkades med en 0,6 μm CMOS- process med fyra nivåer av aluminiumanslutning . Matrisen var 121 mm 2 stor och innehöll 2,8 miljoner transistorer. 601 har en enhetlig L1-cache på 32 kB , en kapacitet som då ansågs stor för en on-chip-cache. Tack vare den stora cachen ansågs den vara en högpresterande processor i sitt segment som överträffade den konkurrerande Intel Pentium . PowerPC 601 användes i de första Power Macintosh- datorerna från Apple och i en mängd olika RS / 6000- arbetsstationer och SMP-servrar från IBM och Groupe Bull .
IBM var den enda tillverkaren av mikroprocessorerna 601 och 601+ i Burlington, Vermont och East Fishkill, New York . 601 använde IBM CMOS-4s-processen och 601+ använde IBM CMOS-5x-processen. Ett extremt litet antal av dessa 601 och 601+ processorer märktes om med Motorolas logotyper och artikelnummer och distribuerades via Motorola. Dessa fakta är något skyms ges det finns olika bilder av "Motorola MPC601", i synnerhet ett specifikt fall av mäster Motorola marknadsföring där 601 namngavs en av Time Magazine ' s 1994 'Produkter av the Year' med en Motorola-märkning.
PowerPC 601v
En uppdaterad version, PowerPC 601v eller PowerPC 601+ , som arbetade vid 90 till 120 MHz introducerades 1994. Den tillverkades i en nyare CMOS-process på 0,5 mikrometer med fyra nivåer av sammankoppling, vilket resulterade i en form som mäter 74 mm 2 . Designen 601+ gjordes om från CMOS-4s till CMOS-5x av ett IBM-enda team. För att undvika förseningar från tid till marknad från förändringar av designverktyg och gemensamma grundregler, designades både 601 och 601+ med IBM EDA-verktyg på IBM-system och tillverkades i IBM-anläggningar.
PowerPC 603
Den PowerPC 603 var den första processorn att genomföra den fullständiga 32-bitars PowerPC Arkitektur enligt specifikation. Det var designat för att vara en lågkostnadsprocessor med låg kostnad för bärbar och inbäddad användning. En av huvudfunktionerna var energisparfunktioner (doze, tupplur och viloläge) som dramatiskt kunde minska energibehovet och endast dra 2 mW i viloläge. 603 har en fyra-stegs pipeline och fem exekveringsenheter: heltalsenhet, flytpunktsenhet, grenprediktionsenhet , last / lagringsenhet och en systemregistreringsenhet. Den har separata 8 KB L1-cachar för instruktioner och data och en 32/64 bitars 60x minnesbuss som når upp till 75 MHz. 603-kärnan hade inte hårdvarustöd för SMP .
PowerPC 603 hade 1,6 miljoner transistorer och tillverkades av IBM och Motorola i en 0,5 mikrometer CMOS-process med fyra nivåer av sammankoppling. Munstycket var 85 mm 2 stort och tog 3 W vid 80 MHz. 603-arkitekturen är den direkta förfadern till PowerPC 750- arkitekturen, som marknadsförs av Apple som PowerPC "G3".
603 var avsedd att användas för bärbara Apple Macintosh-datorer men kunde inte köra 68K-emuleringsprogramvara med prestanda som Apple ansåg adekvat på grund av de mindre processorcacherna. Som ett resultat valde Apple att bara använda 603 i sin billiga desktop Performa-linje. Detta orsakade förseningen av Apple PowerBook 5300 och PowerBook Duo 2300 , eftersom Apple valde att vänta på en processorrevision. Apples användning av 603 i Performa 5200-linjen ledde till att processorn fick dåligt rykte. Bortsett från frågan om 68K-emuleringsprestanda levererades Performa-maskinerna med en rad olika designfel, några av dem allvarliga, relaterade till andra aspekter av dators design, inklusive nätverksprestanda och stabilitet, bussproblem (bredd, hastighet, strid, och komplexitet), ROM-buggar och hårddiskprestanda. Inget av problemen med 5200-linjen, bortsett från 68K-emuleringsprestanda, berodde till sin natur på 603. Snarare omarbetades processorn för att användas med 68K moderkort och andra föråldrade delar. Webbplatsen Low End Mac betygsätter Performa 5200 som den värsta Mac genom tiderna. 603 fann utbredd användning i olika inbäddade apparater.
PowerPC 603e och 603ev
Prestandafrågorna för 603 behandlades i PowerPC 603e . L1-cachen förstorades och förbättrades till 16 KB fyrvägs set-associativ data och instruktionscacher. Processorns klockhastighet fördubblades också och nådde 200 MHz. Krympning av tillverkningsprocessen till 0,35 μm möjliggör hastigheter upp till 300 MHz. Denna del kallas ibland PowerPC 603ev . 603e och 603ev har 2,6 miljoner transistorer vardera och är 98 mm 2 respektive 78 mm 2 stora. 603ev drar maximalt 6 W vid 300 MHz.
PowerPC 603e var den första vanliga skrivbordsprocessorn som nådde 300 MHz, som den används i Power Macintosh 6500 . 603e användes också i acceleratorkort från Phase5 för Amiga- datorerna, med processorer i hastigheter från 160 till 240 MHz. PowerPC 603e säljs fortfarande idag av IBM och Freescale och andra som Atmel och Honeywell som gör den strålningshärdade varianten RHPPC . PowerPC 603e var också hjärtat av BeBox från Be Inc. BeBox är anmärkningsvärt eftersom det är ett flerbearbetningssystem , något 603 inte var designat för. IBM använde också PowerPC 603e-processorer i IBM ThinkPad 800-serien . I vissa digitala oscilloskopserier använde LeCroy PowerPC 603e som huvudprocessor. 603e-processorerna driver också alla 66 satelliter i Iridium- satellit telefonparken. Satelliterna innehåller vardera sju Motorola / Freescale PowerPC 603e-processorer som körs med ungefär 200 MHz vardera. En anpassad 603e-processor används också i Mark 54 Lightweight Torpedo .
G2
PowerPC 603e-kärnan, bytt namn till G2 av Freescale , är grunden för många inbäddade PowerQUICC II- processorer, och som sådan fortsätter den att utvecklas. Freescales PowerQUICC II SoC- processorer har beteckningen MPC82xx och finns i en mängd olika konfigurationer som når 450 MHz. G2-namnet är också som en retronym för 603e- och 604-processorerna för att anpassa sig till G3, G4 och G5.
e300
Freescale har förbättrat 603e-kärnan, kallad den e300 , i PowerQUICC II Pro- inbäddade processorer. Större 32/32 kB L1-cachar och andra prestationsförbättrande åtgärder lades till. Freescales PowerQUICC II Pro SoC- processorer har beteckningen MPC83xx och finns i en mängd olika konfigurationer som når hastigheter upp till 667 MHz. E300 är också kärnan i MPC5200B SoC-processorn som används i den lilla EFIKA- datorn.
PowerPC 604
Den PowerPC 604 infördes i december 1994 tillsammans med 603 och var utformad som en högpresterande chip för arbetsstationer och nybörjar-servrar och som sådan hade stöd för symmetrisk multiprocessing i hårdvara. 604 användes i stor utsträckning i Apples avancerade system och användes även i Macintosh-kloner , IBM: s low-end RS / 6000- servrar och arbetsstationer, Amiga- acceleratorkort och som en inbäddad CPU för telekomapplikationer.
604 är en superscalar processor som kan utfärda fyra instruktioner samtidigt. 604 har en sexstegsrörledning och sex exekveringsenheter som kan fungera parallellt och avslutar upp till sex instruktioner varje cykel. Två enkla och ett komplexa heltalsenheter , en flytpunktsenhet , en filialbearbetningsenhet som hanterar körning utan order och en last / lagringsenhet. Den har separata 16 KB-data och instruktions L1-cachar. Det externa gränssnittet är en 32- eller 64-bitars 60x-buss som arbetar med klockhastigheter upp till 50 MHz.
PowerPC 604 innehåller 3,6 miljoner transistorer och tillverkades av IBM och Motorola med en 0,5 μm CMOS-process med fyra nivåer av sammankoppling. Munstycket mätt 12,4 mm x 15,8 mm (196 mm 2 ) och drog 14-17 W vid 133 MHz. Den fungerade med hastigheter mellan 100 och 180 MHz.
PowerPC 604e
Den PowerPC 604e infördes i juli 1996 och tillsattes ett villkor registerenhet och separata 32 KB av data och instruktion L1 cachar bland andra förändringar av sin minnesdelsystem och grenbestämningsenhet, vilket resulterar i en 25% prestandaökning jämfört med dess föregångare. Den hade 5,1 miljoner transistorer och tillverkades av IBM och Motorola på en CMOS-process på 0,35 μm med fem nivåer av sammankoppling. Munstycket var 148 mm 2 eller 96 mm 2 stort, tillverkat av Motorola respektive IBM och drog 16–18 W vid 233 MHz. Den fungerade med hastigheter mellan 166 och 233 MHz och stödde en minnesbuss upp till 66 MHz.
PowerPC 604ev "Mach5"
Den PowerPC 604ev , 604r eller "Mach 5" infördes i augusti 1997 och var i huvudsak en 604e tillverkad av IBM och Motorola med en nyare process och når högre hastigheter med en lägre energiförbrukning. Munstycket var 47 mm 2 litet tillverkat på en 0,25 μm CMOS-process med fem nivåer av sammankoppling och drog 6 W vid 250 MHz. Den fungerade med hastigheter mellan 250 och 400 MHz och stödde en minnesbuss upp till 100 MHz.
Medan Apple tappade 604ev 1998 till förmån för PowerPC 750 , fortsatte IBM att använda den i nybörjarmodeller av sina RS / 6000- datorer i flera år.
PowerPC 620
Den PowerPC 620 var den första genomförandet av hela 64-bitars PowerPC-arkitekturen. Det var en andra generationens PowerPC tillsammans med 603 och 604, men inriktad på avancerade arbetsstations- och servermarknaden. Den var kraftfull på papper och skulle ursprungligen lanseras tillsammans med sina bröder, men den försenades till 1997. När den anlände var prestanda jämförelsevis dålig och de betydligt billigare 604e överträffade den. 620 tillverkades därför aldrig i stora mängder och fann mycket liten användning. Den enda användaren av PowerPC 620 var Groupe Bull i sina Escala UNIX- maskiner, men de levererade inga stora siffror. IBM, som avsåg att använda det på arbetsstationer och servrar, bestämde sig för att vänta på de ännu mer kraftfulla RS64- och POWER3 64-bitarsprocessorerna istället.
620 tillverkades av Motorola i en 0,5 μm process. Den hade 6,9 miljoner transistorer och munstycket hade en yta på 311 mm 2 . Den fungerade med klockhastigheter mellan 120 och 150 MHz och drog 30 W vid 133 MHz. En senare modell byggdes med en 0,35 μm-process, så att den kunde nå 200 MHz.
620 liknade 604. Den har en fem-stegs pipeline, samma stöd för symmetrisk multiprocessing och samma antal exekveringsenheter; en last / lagringsenhet, en grenenhet, en FPU och tre heltalsenheter. Med större 32 KB instruktions- och datacache, stöd för en L2-cache som kan ha en kapacitet på 128 MB och kraftfullare filial- och laddnings- / lagringsenheter som hade fler buffertar, var 620 mycket kraftfull. Grenhistoriktabellen var också större och kunde skicka fler instruktioner så att processorn kan hantera körning utan ordning mer effektivt än 604. Flytpunktsenheten förbättrades också jämfört med 604. Med en snabbare hämtningscykel och stöd för flera viktiga instruktioner i hårdvara (som sqrt) gjorde det, kombinerat med snabbare och bredare databussar, effektivare än FPU i 604.
6XX och GX bussar
Systembussen var en bredare och snabbare 128-bitars minnesbuss som kallades 6XX-bussen . Den var utformad för att vara en systembuss för multiprocessorsystem där processorer, cachar, minne och I / O skulle anslutas, med hjälp av ett systemkontrollchip. Den stöder både 32- och 64-bitars PowerPC-processorer, minnesadresser större än 32 bitar och NUMA- miljöer. Den användes också i POWER3, RS64 och 601, liksom 604-baserade RS / 6000-system (med ett bryggchip). Bussen utvecklades senare till GX-bussen på POWER4 , och senare GX + och GX ++ i POWER5 respektive POWER6 . GX-bussen används också i IBM: s z10 och z196 System z- huvudramar.
- Bidrag till Unix på Bulls historia (Intressant läsning om användningen av PowerPC 620 på Bull. På franska)
Utökad familj
PowerPC 602
Den PowerPC 602 var en avskalad version av PowerPC 603, speciellt framtagen för spelkonsoler av Motorola och IBM, som infördes i februari 1995. Den har mindre L1 cache (4 kB instruktion och 4 kB data), en enkel precision floating-point enhet och en skalad förutspårningsenhet. Den erbjöds med hastigheter från 50 till 80 MHz och drog 1,2 W vid 66 MHz. Den bestod av 1 miljon transistorer och den var 50 mm 2 stor tillverkad i en CMOS-process på 0,5 mikrometer med fyra nivåer av sammankoppling.
3DO utvecklade spelkonsolen M2 som använde två PowerPC 602, men den marknadsfördes aldrig.
PowerPC 603q
Den 21 oktober 1996 tillkännagav det fantastiska halvledarföretaget Quantum Effect Devices (QED) en PowerPC 603-kompatibel processor med namnet " PowerPC 603q " vid Microprocessor Forum . Trots sitt namn hade det inget gemensamt med någon annan 603. Det var en grundläggande implementering av 32-bitars PowerPC-arkitekturen riktad till den avancerade inbäddade marknaden som utvecklats under två år. Som sådan var den liten, enkel, energieffektiv men kraftfull; motsvarar de dyrare 603e medan du drar mindre effekt. Den hade en ordnad, femstegsrörledning med ett enda heltal, en dubbelprecisions flytpunktsenhet (FPU) och separat 16 kB instruktion och 8 kB datacacher. Medan heltalsenheten var en helt ny design hämtades FPU från R4600 för att spara tid. Den var 69 mm 2 liten med en tillverkningsprocess på 0,5 μm och drog bara 1,2 W vid 120 MHz.
603q var designad för Motorola, men de drog sig ur kontraktet innan 603q gick i full produktion. Som ett resultat avbröts 603q eftersom QED inte kunde fortsätta marknadsföra marknaden eftersom de saknade en egen PowerPC-licens.
PowerPC 613
"PowerPC 613" verkar vara ett namn som Motorola hade gett en tredje generationens PowerPC. Det döptes förmodligen till " PowerPC 750 " som svar på Exponential Technology 's x704- processor som utformades för att outgun 604 med stor marginal. Det finns dock knappast några källor som bekräftar något av detta och det kan vara ren spekulation eller en hänvisning till en helt annan processor.
PowerPC 614
I likhet med PowerPC 613 kan "PowerPC 614" ha varit ett namn som gavs av Motorola till en tredje generationens PowerPC och senare döptes om av samma anledning som 613. Det har föreslagits att delen döptes om till " PowerPC 7400 " och Motorola till och med stötte på den till fjärde generationens PowerPC även om de arkitektoniska skillnaderna mellan "G3" och "G4" var små. Det finns knappast några källor som bekräftar något av detta men det kan vara ren spekulation eller en hänvisning till en helt annan processor.
PowerPC 615
" PowerPC 615 " är en PowerPC-processor som tillkännagavs av IBM 1994, men som aldrig nådde massproduktion . Dess huvudsakliga funktion var att införliva en x86- kärna på matrisen, vilket gjorde att processorn kunde bearbeta både PowerPC- och x86-instruktioner. Ett operativsystem som körs på PowerPC 615 kan antingen välja att utföra 32-bitars eller 64-bitars PowerPC-instruktioner, 32-bitars x86-instruktioner eller en blandning av tre. Blandningsinstruktioner skulle innebära en kontextomkopplare i CPU: n med en liten kostnad. De enda operativsystem som stödde 615 var Minix och en speciell utvecklingsversion av OS / 2 .
Den var 330 mm 2 stor och tillverkades av IBM på en 0,35 μm-process. Det var pin kompatibel med Intels 's Pentium -processorer och jämförbar i hastighet. Processorn introducerades endast som en prototyp och programmet dödades delvis av det faktum att Microsoft aldrig stödde processorn. Ingenjörer som arbetar på PowerPC 615 skulle senare hitta vägen till Transmeta , där de arbetade på Crusoe- processorn.
PowerPC 625
"PowerPC 625" var det tidiga namnet på 64-bitars PowerPC-processorer i Apache-serien, designade av IBM baserat på "Amazon" PowerPC-AS instruktionsuppsättning. De döptes senare till " RS64 ". Beteckningen "PowerPC 625" användes aldrig för slutprocessorerna.
PowerPC 630
"PowerPC 630" var det tidiga namnet på den avancerade 64-bitars PowerPC-processorn, designad av IBM för att förena instruktionsuppsättningarna POWER och PowerPC . Det döptes senare till " POWER3 ", förmodligen för att skilja det från de mer konsumentorienterade "PowerPC" -processorerna som används av Apple .
PowerPC 641
"PowerPC 641" , kodnamn Habanero , är ett avstängt PowerPC-projekt av IBM under tidsramen 1994–96. Det har föreslagits att det var tredje generationens PowerPC baserat på 604-processorn.
Se även
Referenser
Vidare läsning
- Weiss, Shlomo; Smith, James Edward (1994). POWER och PowerPC . Morgan Kaufmann. ISBN 1558602798. - Relevanta delar: kapitel 8 (beskriver PowerPC 601) och kapitel 11 (en jämförelse mellan PowerPC 601 och Alpha 21064)
