PowerPC 600 - PowerPC 600

A família PowerPC 600 foi a primeira família de processadores PowerPC construída. Eles foram projetados nas instalações de Somerset em Austin, Texas , financiados e administrados em conjunto por engenheiros da IBM e da Motorola como parte da aliança AIM . Somerset foi inaugurado em 1992 e seu objetivo era fazer o primeiro processador PowerPC e, em seguida, continuar projetando processadores PowerPC de uso geral para computadores pessoais . A primeira encarnação tornou-se o PowerPC 601 em 1993, e a segunda geração logo a seguiu com o PowerPC 603, PowerPC 604 e o PowerPC 620 de 64 bits.

Família nuclear

CPU Estágios de pipeline Diversos
PowerPC 603 4 5 unidades de execução, previsão de ramificação. Sem SMP.
PowerPC 604 6 Superescalar, execução fora de ordem, 6 unidades de execução. Suporte SMP.
PowerPC 620 5 Execução fora de ordem - suporte SMP.

PowerPC 601

O protótipo PowerPC 601 alcançou o primeiro silício em outubro de 1992

O PowerPC 601 foi a primeira geração de microprocessadores a oferecer suporte ao conjunto básico de instruções PowerPC de 32 bits . O esforço de design começou para valer em meados de 1991 e os primeiros chips de protótipo foram disponibilizados em outubro de 1992. Os primeiros 601 processadores foram introduzidos em uma estação de trabalho IBM RS / 6000 em outubro de 1993 (junto com sua linha de processadores mais poderosa, prima multichip IBM POWER2 ) e os primeiros Apple Power Macintoshes em 14 de março de 1994. O 601 foi a primeira implementação avançada de chip único da arquitetura POWER / PowerPC projetada em um cronograma de falha para estabelecer o PowerPC no mercado e cimentar a aliança AIM. Para atingir um cronograma extremamente agressivo, incluindo funcionalidades substancialmente novas (como melhorias substanciais de desempenho, novas instruções e, principalmente, a primeira implementação de multiprocessamento simétrico (SMP) do POWER / PowerPC ), o design aproveitou uma série de tecnologias-chave e estratégias de gerenciamento de projeto. A equipe 601 aproveitou muito da estrutura básica e partes do processador IBM RISC Single Chip (RSC), mas também incluiu suporte para a grande maioria das novas instruções PowerPC que não estavam no conjunto de instruções POWER . Embora quase todas as partes do design RSC tenham sido modificadas, e muitos blocos de design tenham sido substancialmente modificados ou completamente reprojetados, dada a estrutura de barramento de E / S unificada completamente diferente e suporte de coerência de memória / SMP . As novas alterações do PowerPC, alavancando a estrutura básica do RSC, foram muito benéficas para reduzir a incerteza na área / planejamento do chip e na análise / ajuste de tempo. Vale a pena notar que o 601 não apenas implementou novas funções-chave substanciais, como SMP, mas também agiu como uma ponte entre o POWER e os futuros processadores PowerPC para ajudar a IBM e os desenvolvedores de software em suas transições para o PowerPC. Desde o início do design até a fita adesiva do primeiro protótipo 601, foram necessários apenas 12 meses para nos esforçarmos para estabelecer o PowerPC no mercado antecipadamente.

Ônibus 60x

A fim de ajudar no esforço de incorporar rapidamente a arquitetura de ônibus 88110 ao 601 para o benefício da aliança e de seus clientes, a administração da Motorola forneceu não apenas as especificações da arquitetura de ônibus 88110, mas também um punhado de designers alfabetizados em ônibus 88110 para ajudar com a implementação e verificação da lógica do barramento 60x. Como a equipe de design do sistema da Apple estava familiarizada com a estrutura do barramento de E / S do 88110 da Motorola e essa implementação do barramento de E / S estava bem definida e documentada, a equipe do 601 adotou a tecnologia de barramento para melhorar o tempo de chegada ao mercado. O barramento foi renomeado para barramento 60x uma vez implementado no 601. Esses designers da Motorola (e um pequeno número de Apple) se juntaram a mais de 120 designers da IBM na criação do 601.

Usar o ônibus 88110 como base para o ônibus 60x ajudou os horários de várias maneiras. Ele ajudou a equipe do Apple Power Macintosh reduzindo a quantidade de redesenho de seus ASICs de suporte e reduziu a quantidade de tempo necessária para que os designers e arquitetos de processadores propusessem, documentassem, negociassem e fechassem uma nova interface de barramento (evitando com sucesso o "Bus Guerras "esperadas pela equipe de gerenciamento 601 se o ônibus 88110 ou os ônibus RSC anteriores não tivessem sido adotados). Digno de nota é que aceitar o barramento 88110 em benefício dos esforços da Apple e da aliança foi às custas dos esforços da primeira equipe de design do sistema IBM RS / 6000, que teve seus ASICs de suporte já implementados em torno da estrutura de barramento totalmente diferente do RSC.

Este barramento 60x mais tarde se tornou uma interface básica de longa duração para as muitas variantes dos processadores 601, 603, 604, G3 , G4 e Motorola / Freescale PowerQUICC .

Um PowerPC 601 de 80 MHz

Projeto

O chip foi projetado para atender a uma ampla variedade de aplicações e tinha suporte para cache L2 externo e multiprocessamento simétrico . Ele tinha quatro unidades funcionais, incluindo uma unidade de ponto flutuante , uma unidade inteira , uma unidade de ramificação e uma unidade sequenciadora. O processador também incluiu uma unidade de gerenciamento de memória . O pipeline inteiro tinha quatro estágios de comprimento, o pipeline de ramificação, dois estágios, o pipeline de memória, cinco estágios e o pipeline de ponto flutuante, seis estágios.

Lançado pela primeira vez em sistemas IBM no outono de 1993, foi comercializado pela IBM como PPC601 e pela Motorola como MPC601. Ele operou em velocidades que variam de 50 a 80 MHz. Foi fabricado usando um processo CMOS de 0,6 μm com quatro níveis de interconexão de alumínio . A matriz tinha 121 mm 2 de largura e 2,8 milhões de transistores. O 601 tem um cache L1 unificado de 32 KB , uma capacidade considerada grande na época para um cache on-chip. Graças em parte ao grande cache, ele foi considerado um processador de alto desempenho em seu segmento, superando o concorrente Intel Pentium . O PowerPC 601 foi usado nos primeiros computadores Power Macintosh da Apple e em uma variedade de estações de trabalho RS / 6000 e servidores SMP da IBM e Groupe Bull .

A IBM foi a única fabricante dos microprocessadores 601 e 601+ em suas instalações de produção em Burlington, Vermont e East Fishkill, Nova York . O 601 usava o processo IBM CMOS-4s e o 601+ usava o processo IBM CMOS-5x. Um número extremamente pequeno desses processadores 601 e 601+ foram etiquetados novamente com logotipos e números de peça da Motorola e distribuídos pela Motorola. Esses fatos são um tanto obscurecidos, visto que há várias fotos do "Motorola MPC601", particularmente um caso específico de marketing magistral da Motorola em que o 601 foi nomeado um dos "Produtos do Ano" da Time Magazine de 1994 com uma marca da Motorola.

PowerPC 601v

Um IBM fabricou 90 MHz PowerPC 601v. Observe o dado ligeiramente menor.

Uma versão atualizada, o PowerPC 601v ou PowerPC 601+ , operando em 90 a 120 MHz foi introduzida em 1994. Ele foi fabricado em um processo CMOS de 0,5 μm mais recente com quatro níveis de interconexão, resultando em uma matriz medindo 74 mm 2 . O design 601+ foi remapeado de CMOS-4s para CMOS-5x por uma equipe exclusiva da IBM. Para evitar atrasos no tempo de lançamento no mercado devido a mudanças na ferramenta de design e regras básicas de fabricação comuns, tanto o 601 quanto o 601+ foram projetados com ferramentas IBM EDA em sistemas IBM e fabricados em instalações exclusivas da IBM.

PowerPC 603

Um Motorola PowerPC 603 de 100 MHz em um pacote Quad Flat com ligação de fio

O PowerPC 603 foi o primeiro processador a implementar a arquitetura PowerPC completa de 32 bits conforme especificado. Ele foi projetado para ser um processador de baixo custo para uso portátil e integrado . Uma das principais características eram as funções de economia de energia (soneca, soneca e modo de suspensão) que podiam reduzir drasticamente os requisitos de energia, consumindo apenas 2 mW no modo de suspensão. O 603 tem um pipeline de quatro estágios e cinco unidades de execução: unidade inteira, unidade de ponto flutuante, unidade de previsão de ramificação , unidade de carga / armazenamento e uma unidade de registro do sistema. Possui caches L1 separados de 8 KB para instruções e dados e um barramento de memória 60x de 32/64 bits, alcançando até 75 MHz. O núcleo 603 não tinha suporte de hardware para SMP .

Um Motorola PowerPC 603 de 200 MHz em uma embalagem de Ball Grid Array de cerâmica

O PowerPC 603 tinha 1,6 milhão de transistores e foi fabricado pela IBM e Motorola em um processo CMOS de 0,5 μm com quatro níveis de interconexão. A matriz tinha 85 mm 2 grande, desenho de 3 W a 80 MHz. A arquitetura 603 é o ancestral direto da arquitetura PowerPC 750 , comercializada pela Apple como PowerPC "G3".

O 603 foi projetado para ser usado em computadores portáteis Apple Macintosh, mas não podia rodar o software de emulação 68K com desempenho que a Apple considerava adequado, devido aos caches de processador menores. Como resultado, a Apple optou por usar apenas o 603 em sua linha Performa de desktop de baixo custo. Isso causou o atraso do Apple PowerBook 5300 e PowerBook Duo 2300 , já que a Apple optou por esperar por uma revisão do processador. O uso do 603 pela Apple na linha Performa 5200 fez com que o processador ganhasse uma má reputação. Além do problema de desempenho de emulação de 68K, as máquinas Performa eram enviadas com uma variedade de falhas de design, algumas delas graves, relacionadas a outros aspectos do design dos computadores, incluindo desempenho e estabilidade de rede, problemas de barramento (largura, velocidade, contenção, e complexidade), bugs de ROM e desempenho do disco rígido. Nenhum dos problemas da linha 5200, além do desempenho de emulação de 68K, foi inerentemente devido ao 603. Em vez disso, o processador foi adaptado para ser usado com placas-mãe de 68K e outras peças obsoletas. O site Low End Mac classifica o Performa 5200 como o pior Mac de todos os tempos. O 603 encontrou uso generalizado em diferentes dispositivos integrados.

PowerPC 603e e 603ev

IBM PPC603ev, 200 MHz

Os problemas de desempenho do 603 foram tratados no PowerPC 603e . O cache L1 foi ampliado e aprimorado para caches de instrução e dados de conjunto de quatro vias de 16 KB. A velocidade do clock dos processadores também dobrou, chegando a 200 MHz. Reduzir o processo de fabricação para 0,35 μm permitido para velocidades de até 300 MHz. Esta parte às vezes é chamada de PowerPC 603ev . O 603e e o 603ev têm 2,6 milhões de transistores cada e têm 98 mm 2 e 78 mm 2 de largura, respectivamente. O 603ev desenha no máximo 6 W a 300 MHz.

O PowerPC 603e foi o primeiro processador de desktop mainstream a atingir 300 MHz, como usado no Power Macintosh 6500 . O 603e também foi usado em placas aceleradoras da Phase5 para a linha de computadores Amiga , com CPUs variando em velocidades de 160 a 240 MHz. O PowerPC 603e ainda é vendido hoje pela IBM e Freescale, e outros como Atmel e Honeywell, que fazem a variante RHPPC de radiação endurecida . O PowerPC 603e também foi o coração do BeBox da Be Inc. O BeBox se destaca por ser um sistema de multiprocessamento , algo para o qual o 603 não foi projetado. A IBM também usou processadores PowerPC 603e na série IBM ThinkPad 800 . Em certas séries de osciloscópios digitais, LeCroy usava o PowerPC 603e como processador principal. Os processadores 603e também alimentam todos os 66 satélites da frota de telefones por satélite Iridium . Cada um dos satélites contém sete processadores Motorola / Freescale PowerPC 603e rodando a aproximadamente 200 MHz cada. Um processador 603e personalizado também é usado no Mark 54 Lightweight Torpedo .

G2

O núcleo PowerPC 603e, renomeado G2 pela Freescale , é a base para muitos processadores PowerQUICC II embutidos e, como tal, continua sendo desenvolvido. Os processadores PowerQUICC II SoC da Freescale possuem a designação MPC82xx e vêm em uma variedade de configurações, chegando a 450 MHz. O nome G2 também é um retrônimo para os processadores 603e e 604 se alinharem com o G3, G4 e o G5.

e300

A Freescale aprimorou o núcleo 603e, chamando-o de e300 , nos processadores embarcados PowerQUICC II Pro . Caches L1 maiores de 32/32 KB e outras medidas de melhoria de desempenho foram adicionadas. Os processadores PowerQUICC II Pro SoC da Freescale possuem a designação MPC83xx e vêm em uma variedade de configurações, atingindo velocidades de até 667 MHz. O e300 também é o núcleo do processador MPC5200B SoC usado no pequeno computador EFIKA .

PowerPC 604

Um 233 MHz Motorola PowerPC 604e montado em uma placa de processador Phase5 CyberstormPPC para os computadores da série Commodore Amiga 4000

O PowerPC 604 foi lançado em dezembro de 1994 junto com o 603 e foi projetado como um chip de alto desempenho para estações de trabalho e servidores básicos e, como tal, tinha suporte para multiprocessamento simétrico em hardware. O 604 foi usado extensivamente em sistemas de ponta da Apple e também em clones do Macintosh , servidores e estações de trabalho RS / 6000 de baixo custo da IBM , placas aceleradoras Amiga e como uma CPU embutida para aplicativos de telecomunicações.

O 604 é um processador superescalar capaz de emitir quatro instruções simultaneamente. O 604 possui um pipeline de seis estágios e seis unidades de execução que podem trabalhar em paralelo, finalizando até seis instruções a cada ciclo. Duas unidades simples e uma unidade de número inteiro complexo , uma unidade de ponto flutuante , uma unidade de processamento de filial gerenciando a execução fora de ordem e uma unidade de carga / armazenamento. Possui caches L1 de instrução e dados de 16 KB separados. A interface externa é um barramento 60x de 32 ou 64 bits que opera em taxas de clock de até 50 MHz.

O PowerPC 604 contém 3,6 milhões de transistores e foi fabricado pela IBM e pela Motorola com um processo CMOS de 0,5 μm com quatro níveis de interconexão. A matriz media 12,4 mm por 15,8 mm (196 mm 2 ) e desenhou 14-17 W a 133 MHz. Ele operou em velocidades entre 100 e 180 MHz.

PowerPC 604e

Um processador IBM PowerPC 604e de 200 MHz no módulo de CPU de um Apple Network Server 700

O PowerPC 604e foi introduzido em julho de 1996 e adicionou uma unidade de registro de condição e dados separados de 32 KB e caches L1 de instrução entre outras alterações em seu subsistema de memória e unidade de previsão de ramificação, resultando em um aumento de 25% no desempenho em comparação com seu antecessor. Ele tinha 5,1 milhões de transistores e foi fabricado pela IBM e Motorola em um processo CMOS de 0,35 μm com cinco níveis de interconexão. O molde tinha 148 mm 2 ou 96 mm 2 de largura , fabricado pela Motorola e IBM respectivamente, consumindo 16–18 W a 233 MHz. Ele operava em velocidades entre 166 e 233 MHz e suportava um barramento de memória de até 66 MHz.

PowerPC 604ev "Mach5"

O PowerPC 604ev , 604r ou "Mach 5" foi lançado em agosto de 1997 e era essencialmente um 604e fabricado pela IBM e Motorola com um processo mais recente, atingindo velocidades mais altas com um menor consumo de energia. A matriz era de 47 mm 2 pequena, fabricada em um processo CMOS de 0,25 μm com cinco níveis de interconexão e desenhava 6 W a 250 MHz. Ele operava em velocidades entre 250 e 400 MHz e suportava um barramento de memória de até 100 MHz.

Enquanto a Apple abandonou o 604ev em 1998 em favor do PowerPC 750 , a IBM continuou a usá-lo em modelos básicos de seus computadores RS / 6000 por vários anos.

PowerPC 620

O PowerPC 620 foi a primeira implementação de toda a arquitetura PowerPC de 64 bits . Era um PowerPC de segunda geração ao lado do 603 e 604, mas voltado para o mercado de estações de trabalho e servidores de ponta. Era poderoso no papel e inicialmente deveria ser lançado junto com seus irmãos, mas foi adiado até 1997. Quando chegou, o desempenho era comparativamente ruim e o consideravelmente mais barato 604e o superou. O 620, portanto, nunca foi produzido em grandes quantidades e teve muito pouco uso. O único usuário do PowerPC 620 foi o Groupe Bull em suas máquinas Escala UNIX , mas eles não entregaram grandes números. A IBM, que pretendia usá-lo em estações de trabalho e servidores, decidiu esperar pelos processadores RS64 e POWER3 de 64 bits ainda mais poderosos .

O 620 foi produzido pela Motorola em um processo de 0,5 μm. Ele tinha 6,9 milhões de transistores e a matriz tinha uma área de 311 mm 2 . Ele operava a taxas de clock entre 120 e 150 MHz e consumia 30 W a 133 MHz. Um modelo posterior foi construído usando um processo de 0,35 μm, permitindo atingir 200 MHz.

O 620 era semelhante ao 604. Possui um pipeline de cinco estágios, mesmo suporte para multiprocessamento simétrico e o mesmo número de unidades de execução; uma unidade de carga / armazenamento, uma unidade de filial, uma FPU e três unidades inteiras. Com instruções maiores de 32 KB e caches de dados, suporte para um cache L2 que pode ter uma capacidade de 128  MB e unidades de ramificação e carga / armazenamento mais poderosas que tinham mais buffers, o 620 era muito poderoso. A tabela de histórico de ramificação também era maior e podia enviar mais instruções para que o processador pudesse lidar com a execução fora de ordem com mais eficiência do que a 604. A unidade de ponto flutuante também foi aprimorada em comparação com a 604. Com um ciclo de busca mais rápido e suporte para várias instruções-chave em hardware (como sqrt) o tornou, combinado com barramentos de dados mais rápidos e mais largos, mais eficiente do que o FPU no 604.

Barramentos 6XX e GX

O barramento do sistema era um barramento de memória de 128 bits mais amplo e mais rápido, denominado barramento 6XX . Ele foi projetado para ser um barramento de sistema para sistemas multiprocessadores onde processadores, caches, memória e E / S deveriam ser conectados, auxiliados por um chip de controle do sistema. Ele oferece suporte a processadores PowerPC de 32 e 64 bits, endereços de memória maiores que 32 bits e ambientes NUMA . Ele também foi usado em POWER3, RS64 e 601, bem como em sistemas RS / 6000 baseados em 604 (com um chip de ponte). O barramento posteriormente evoluiu para o barramento GX do POWER4 e, posteriormente, GX + e GX ++ no POWER5 e POWER6, respectivamente. O barramento GX também é usado nos mainframes z10 e z196 System z da IBM.

Família grande

PowerPC 602

O PowerPC 602 era uma versão simplificada do PowerPC 603, feito especialmente para consoles de jogos pela Motorola e IBM, lançado em fevereiro de 1995. Ele tem caches L1 menores (instruções de 4 KB e dados de 4 KB), um ponto flutuante de precisão única unidade e uma unidade de previsão de ramificação reduzida. Ele era oferecido em velocidades que variavam de 50 a 80 MHz e consumia 1,2 W a 66 MHz. Ele consistia em 1 milhão de transistores e tinha 50 mm 2 de largura, fabricado em um processo CMOS de 0,5 μm com quatro níveis de interconexão.

A 3DO desenvolveu o console de jogos M2 que usava dois PowerPC 602, mas nunca foi comercializado.

PowerPC 603q

Em 21 de outubro de 1996, a empresa fabless de semicondutores Quantum Effect Devices (QED) anunciou um processador compatível com PowerPC 603 denominado " PowerPC 603q " no Microprocessor Forum . Apesar do nome, ele não tinha nada em comum com nenhum outro 603. Foi uma implementação desde o início da arquitetura PowerPC de 32 bits voltada para o mercado embarcado de ponta desenvolvida ao longo de dois anos. Como tal, era pequeno, simples, com baixo consumo de energia, mas poderoso; igualando o 603e mais caro enquanto consome menos energia. Ele tinha um pipeline de cinco estágios em ordem com uma única unidade de número inteiro, uma unidade de ponto flutuante de precisão dupla (FPU) e instruções separadas de 16 KB e caches de dados de 8 KB. Embora a unidade inteira tenha um design totalmente novo, a FPU foi derivada do R4600 para economizar tempo. Ele tinha 69 mm 2 de tamanho pequeno usando um processo de fabricação de 0,5 μm e consumia apenas 1,2 W a 120 MHz.

O 603q foi projetado para a Motorola, mas eles rescindiram o contrato antes que o 603q entrasse em produção total. Como resultado, o 603q foi cancelado porque a QED não pôde continuar a comercializar o processador, pois não tinha uma licença PowerPC própria.

PowerPC 613

"PowerPC 613" parece ser um nome que a Motorola deu a um PowerPC de terceira geração. Ele supostamente foi renomeado para " PowerPC 750 " em resposta ao processador x704 da Exponential Technology , que foi projetado para superar o 604 por uma larga margem. Quase não existem fontes que confirmem nada disso e pode ser pura especulação ou uma referência a um processador completamente diferente.

PowerPC 614

Semelhante ao PowerPC 613, o "PowerPC 614" pode ter sido um nome dado pela Motorola a um PowerPC de terceira geração, e mais tarde renomeado pelo mesmo motivo que 613. Foi sugerido que a peça foi renomeada como " PowerPC 7400 ", e até a Motorola foi para o PowerPC de quarta geração, embora as diferenças arquitetônicas entre "G3" e "G4" fossem pequenas. No entanto, dificilmente existem fontes confirmando isso e pode ser pura especulação ou uma referência a um processador completamente diferente.

PowerPC 615

O " PowerPC 615 " é um processador PowerPC anunciado pela IBM em 1994, mas que nunca atingiu a produção em massa . Seu principal recurso era incorporar um núcleo x86 na matriz, tornando o processador capaz de processar nativamente as instruções PowerPC e x86. Um sistema operacional em execução no PowerPC 615 pode optar por executar instruções PowerPC de 32 ou 64 bits, instruções x86 de 32 bits ou uma combinação de três. As instruções de mixagem envolveriam uma troca de contexto na CPU com uma pequena sobrecarga. Os únicos sistemas operacionais que suportavam o 615 eram o Minix e uma versão especial de desenvolvimento do OS / 2 .

Ele tinha 330 mm 2 de largura e era fabricado pela IBM em um processo de 0,35 μm. Foi pinos compatível com Intel 's Pentium processadores e comparável em velocidade. O processador foi apresentado apenas como um protótipo e o programa foi eliminado em parte pelo fato de a Microsoft nunca ter suportado o processador. Engenheiros trabalhando no PowerPC 615 mais tarde encontrariam o caminho para a Transmeta , onde trabalharam no processador Crusoe .

PowerPC 625

"PowerPC 625" era o nome inicial dos processadores PowerPC da série Apache de 64 bits, projetados pela IBM com base no conjunto de instruções PowerPC-AS "Amazon". Posteriormente, foram renomeados para " RS64 ". A designação "PowerPC 625" nunca foi usada para os processadores finais.

PowerPC 630

"PowerPC 630" era o nome inicial do processador PowerPC de 64 bits de ponta, projetado pela IBM para unificar os conjuntos de instruções POWER e PowerPC . Posteriormente, foi renomeado para " POWER3 ", provavelmente para diferenciá-lo dos processadores "PowerPC" mais voltados para o consumidor usados ​​pela Apple .

PowerPC 641

"PowerPC 641" , codinome Habanero , é um projeto PowerPC extinto da IBM no período de 1994-96. Foi sugerido que era o PowerPC de terceira geração baseado no processador 604.

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Weiss, Shlomo; Smith, James Edward (1994). POWER e PowerPC . Morgan Kaufmann. ISBN 1558602798. - Partes relevantes: Capítulo 8 (descreve o PowerPC 601) e Capítulo 11 (uma comparação do PowerPC 601 e Alpha 21064)