PowerPC 600

PowerPC 601 は、基本的な32 ビットPowerPC命令セットをサポートする最初の世代のマイクロプロセッサでした。設計作業は 1991 年半ばに本格的に開始され、最初のプロトタイプ チップは 1992 年 10 月に入手可能になりました。最初の 601 プロセッサは、1993 年 10 月に IBM RS/6000ワークステーション(より強力なマルチチップの兄弟機であるIBM POWER2プロセッサシリーズとともに) と、1994 年 3 月 14 日に最初の Apple Power Macintosh に搭載されました。601 は、PowerPC を市場に確立し​​、AIM アライアンスを強固にするために、急ピッチで設計された POWER/PowerPC アーキテクチャの最初の高度なシングル チップ実装でした。大幅なパフォーマンスの向上、新しい命令、そして重要なことに POWER/PowerPC 初の対称型マルチプロセッシング(SMP) 実装など、大幅に新しい機能を含めながら、非常に厳しいスケジュールを達成するために、設計では多くの重要なテクノロジーとプロジェクト管理戦略が活用されました。 601 チームは、IBM RISC シングル チップ(RSC) プロセッサの基本構造と一部を多く活用しましたが、 ^{[ 1 ]} POWER 命令セットには含まれていない新しい PowerPC 命令の大部分もサポートしました。RSC 設計のほぼすべての部分が修正され、完全に異なる統合I/Oバス構造と SMP/メモリ コヒーレンシーサポートのために、多くの設計ブロックが大幅に修正または完全に再設計されました。新しい PowerPC の変更点では、RSC の基本構造を活用することで、チップ面積/フロア プランニングとタイミング解析/チューニングの不確実性を減らすのに非常に役立ちました。注目すべきは、601 は SMP などの重要な新機能を実装しただけでなく、IBM とソフトウェア開発者が PowerPC に移行するのを支援するために、POWER と将来の PowerPC プロセッサ間の橋渡し役も果たしたことです。PowerPCを早期に市場に確立するために、設計開始から最初の 601 プロトタイプのテープ アウトまでわずか 12 か月でした。

60倍バス

アライアンスとその顧客のために88110バスアーキテクチャを601に迅速に組み込む取り組みを支援するため、モトローラの経営陣は88110バスアーキテクチャの仕様だけでなく、60xバスロジックの実装と検証を支援するために88110バスに精通した設計者を数名提供しました。Appleのシステム設計チームはモトローラの88110のI/Oバス構造に精通しており、このI/Oバスの実装は十分に定義され文書化されていたため、601チームは市場投入までの時間を短縮するためにバス技術を採用しました。このバスは601に実装されると60xバスと改名されました。 ^{[ 2 ]}これらのモトローラ（および少数のApple）の設計者は、120人以上のIBMの設計者とともに601を作成しました。

88110バスを60xバスのベースとして使用したことは、スケジュールに関して多くの点で役立ちました。Apple Power Macintoshチームにとっては、サポートASICの再設計量を減らすことでメリットがあり、プロセッサ設計者とアーキテクトが新しいバスインターフェースを提案、文書化、交渉、締結するのに必要な時間も短縮されました（88110バスまたは以前のRSCバスが採用されなかった場合、601管理チームが予想していた「バス戦争」をうまく回避できました）。注目すべきは、Appleの努力と提携の利益のために88110バスを採用したことは、RSCの全く異なるバス構造に基づいて既にサポートASICを実装していた最初のIBM RS/6000システム設計チームの努力を犠牲にしたということです。

この60xバスはその後、601、603、604、G3、G4、およびMotorola/Freescale PowerQUICCプロセッサの多くの派生機種にとって、かなり長期間にわたって使用される基本的なインターフェースとなった。

PowerPC 601v

90～120 MHz で動作する更新版のPowerPC 601vまたはPowerPC 601+ が1994 年に発表されました。これは、4 レベルの相互接続を備えた新しい 0.5 μm CMOS プロセスで製造され、結果として 74 mm ^{2 の} ダイサイズになりました。601+ の設計は、IBM のみのチームによって CMOS-4s から CMOS-5x に再マッピングされました。設計ツールの変更やファブの基本ルールの共通化による市場投入までの遅延を避けるため、601 と 601+ の両方は IBM システム上の IBM EDA ツールを使用して設計され、IBM のみの施設で製造されました。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} 

PowerPC 603 は、仕様どおりに完全な 32 ビットPowerPC アーキテクチャを実装した最初のプロセッサでした。1994 年に発表された PowerPC 603 は、当時としては先進的な設計であり、デュアル発行 (分岐フォールディングにより最大 3 つ) とアウトオブオーダー実行を、2.2 W の低消費電力と 85 mm ² の小型ダイと組み合わせた最初のマイクロプロセッサの 1 つです。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}これは、ポータブル アプリケーション向けの低コスト、低消費電力プロセッサとして設計されました。主な機能の 1 つは、電力要件を大幅に削減できる省電力機能 (doze、nap、スリープ モード) であり、スリープ モードではわずか 2 mW しか消費しません。603 は、4 段のパイプラインと 5 つの実行ユニット (整数ユニット、浮動小数点ユニット、分岐予測ユニット、ロード/ストアユニット、システム レジストリ ユニット) を備えています。命令とデータ用にそれぞれ独立した8KBのL1キャッシュと、 3.8Vで最大120MHzに達する32/64ビット60倍メモリバスを備えています。 ^{[ 10 ]} 603コアはSMPのハードウェアサポートを持っていませんでした。    

PowerPC 603は160万個のトランジスタを搭載し、IBMとMotorolaが 4層の相互接続を備えた0.5μm CMOSプロセスで製造した。ダイは85mm2で、 80MHz^で 2.2Wを消費した 。^{[ 10 ] [ 11 ]} 603アーキテクチャは、AppleがPowerPC「G3」として販売したPowerPC 750アーキテクチャの直接の祖先である。

603 はポータブルApple Macintosh コンピュータで使用することを意図していましたが、プロセッサのキャッシュが小さいため、Apple が適切と考えるパフォーマンスで68K エミュレーション ソフトウェアを実行することができませんでした。そのため、Apple は低価格のデスクトップ Performa ラインでのみ 603 を使用することを選択しました。 ^{[ 12 ] [ 13 ]}これにより、Apple はプロセッサの改訂を待つことを選択したため、Apple PowerBook 5300とPowerBook Duo 2300の発売が遅れました。Apple がPerforma 5200ラインで 603 を使用したことで、プロセッサの評判が悪くなりました。68K エミュレーション パフォーマンスの問題とは別に、Performa マシンは、ネットワークのパフォーマンスと安定性、バスの問題 (幅、速度、競合、複雑さ)、ROM のバグ、ハードディスクのパフォーマンスなど、コンピュータの設計の他の側面に関連するさまざまな設計上の欠陥を抱えて出荷されました。^{[ 14 ] [ 15 ]} 68K エミュレーション性能を除けば、5200 シリーズの問題はどれも 603 自体に起因するものではありませんでした。むしろ、このプロセッサは 68K マザーボードやその他の旧式部品で使用できるように改造されたものでした。^{[ 16 ]} Low End Mac というサイトは Performa 5200 を史上最悪の Mac と評価しています。^{[ 17 ]} 603 はさまざまな組み込み機器で広く使用されました。

PowerPC 603eおよび603ev

603 のパフォーマンスの問題はPowerPC 603eで解決されました。L1 キャッシュが拡張され、16  KB の 4 ウェイ セット アソシアティブ データ キャッシュと命令キャッシュに強化されました。プロセッサのクロック速度も 2 倍になり、200  MHz に達しました。製造プロセスを 350  nm に縮小することで、最大 300  MHz の速度が可能になりました。この部品はPowerPC 603evと呼ばれることもあります。603e と 603ev はそれぞれ 260 万個のトランジスタを搭載し、サイズはそれぞれ 98  mm ²と 78  mm ² です。603ev は300 MHz で最大 6 W を消費します 。^{[ 18 ] [ 19 ]}

PowerPC 603eは、Power Macintosh 6500 で使用されたように、300MHzに達した最初の主流デスクトッププロセッサでした。603eは、 Phase5のAmigaシリーズのコンピュータ向けアクセラレータカードにも使用され、CPUの速度は160～240MHzでした。PowerPC 603eは現在もIBMやFreescale、そしてAtmelやHoneywellなどのメーカーによって販売されており、Honeywellは耐放射線版のRHPPCを製造しています。PowerPC 603eは、 Be Inc.のBeBoxの中核でもありました。BeBoxは、603が設計されなかったマルチプロセッシングシステムであるという点で注目に値します。IBMは、 IBM ThinkPad 800シリーズにもPowerPC 603eプロセッサを使用しました。LeCroyは、特定のデジタルオシロスコープシリーズで、PowerPC 603eをメインプロセッサとして使用しました。^{[ 20 ] [ 21 ]} 603e プロセッサは、イリジウム衛星電話フリートの66基の衛星すべてにも使用されています。各衛星には、それぞれ約 200 MHz で動作する Motorola/Freescale PowerPC 603e プロセッサが 7 基搭載されています。カスタム 603e プロセッサは、Mark 54 軽量魚雷にも使用されています。  

PowerPC 604は、603と同時に1994年12月に発表され、ワー​​クステーションやエントリーレベルのサーバー向けの高性能チップとして設計され、ハードウェアによる対称型マルチプロセッシングをサポートしていました。604はAppleのハイエンドシステムに広く採用されたほか、Macintosh互換機、IBMのローエンドRS/6000サーバーおよびワークステーション、Amigaアクセラレータボード、通信アプリケーション向けの組み込みCPUとしても使用されました。

604は、 4つの命令を同時に発行できるスーパースカラプロセッサです。604は6段パイプラインと6つの実行ユニットを備え、これらは並列に動作し、1サイクルあたり最大6つの命令を実行できます。2つの単純整数演算ユニットと1つの複素整数演算ユニット、1つの浮動小数点演算ユニット、アウトオブオーダー実行を管理する1つの分岐処理ユニット、および1つのロード/ストアユニットを搭載しています。16KB のデータキャッシュと命令キャッシュはそれぞれ独立しています。外部インターフェースは、最大50MHzのクロックレートで動作する32ビットまたは64ビットの60xバスです 。

PowerPC 604は360万個のトランジスタを搭載し、IBMとMotorolaが 4層の相互接続を備えた0.5μm CMOSプロセスで製造しました。ダイのサイズは12.4mm  ×15.8mm  （ 196mm² ^） で、 133MHzで14～17Wを消費しました 。動作速度は100～180MHzでした 。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

• Power PC 604 RISCマイクロプロセッサ、マービン・デンマンによる講義

PowerPC 604e

PowerPC 604e は 1996 年 7 月に発表され、メモリ サブシステムと分岐予測ユニットに条件レジスタ ユニットと独立した 32 KB のデータおよび命令 L1 キャッシュを追加し、その結果、前世代と比較して 25% のパフォーマンス向上を実現しました。トランジスタ数は 510 万個で、IBM と Motorola が 0.35  μm CMOS プロセスで 5 層の相互接続を使用して製造しました。ダイは 148  mm ²または 96  mm ²の大きさで、それぞれ Motorola と IBM が製造し、 233 MHz で 16 ～ 18 Wを消費しました 。166 ～ 233 MHz の速度で動作し 、最大 66  MHz のメモリ バスをサポートしました。^{[ 25 ] [ 26 ]}

PowerPC 620 は、 64 ビットPowerPC アーキテクチャ全体を初めて実装したプロセッサでした。603 および 604 と並ぶ第 2 世代の PowerPC でしたが、ハイエンドのワークステーションおよびサーバー市場向けでした。スペック上は強力で、当初は兄弟機と同時に発売される予定でしたが、1997 年まで延期されました。発売されたとき、その性能は比較的劣っており、かなり安価な 604e に追い抜かれました。^{[ 27 ]}そのため、620 は大量生産されることはなく、ほとんど使用されませんでした。PowerPC 620 の唯一のユーザーは、 Escala UNIXマシンでGroupe Bullでしたが、大量出荷には至りませんでした。ワークステーションおよびサーバーで使用する予定だった IBM は、代わりにさらに強力なRS64およびPOWER3 64 ビット プロセッサを待つことにしました。

620はモトローラ社が0.5μm プロセスで製造した。トランジスタ数は690万個、ダイ面積は311mm²であった 。クロック周波数は120～150MHzで、133MHz動作時の消費電力は30Wであった。後のモデルは0.35μmプロセスを用いて製造され、200MHzまで動作周波数を上げることができ^た。     

620 は 604 と似ていました。5 段のパイプライン、対称マルチプロセッシングのサポート、実行ユニットの数も同じで、ロード/ストア ユニット、分岐ユニット、FPU、および 3 つの整数ユニットを備えていました。^{[ 28 ]}より大きな 32 KB の命令およびデータ キャッシュ、最大 128 MB の容量を持つ可能性のある L2 キャッシュのサポート、より多くのバッファを備えたより強力な分岐およびロード/ストア ユニットにより、620 は非常に強力でした。分岐履歴テーブルも大きく、より多くの命令をディスパッチできるため、プロセッサは 604 よりも効率的にアウトオブオーダー実行を処理できます。浮動小数点ユニットも 604 と比較して強化されました。フェッチ サイクルが速く、ハードウェアでいくつかのキー命令 (sqrt など) をサポートしているため、より高速で広いデータ バスと相まって、604 の FPU よりも効率的でした。 

PowerPC 602 はPowerPC 603 の機能を簡略化したバージョンで、Motorola と IBM がゲームコンソール向けに特別に製造し、1995 年 2 月に発表されました。^{[ 31 ]} L1 キャッシュが小さく (4  KB の命令と 4  KB のデータ)、単精度浮動小数点演算ユニット^{[ 31 ]}と、縮小された分岐予測ユニットを備えています。50 MHz から 80  MHz の速度で提供され、 66 MHz で 1.2 Wを消費しました 。100 万個のトランジスタで構成され、50  mm ^{2 の}大きさで、4 層の相互接続を備えた 0.5  μm CMOS プロセスで製造されました。^{[ 32 ]}

3DOはPowerPC 602を2つ使用したM2ゲームコンソールを開発しましたが^{[ 31 ] [ 33 ]}、市販されることはありませんでした。

• CPUShackの記事

1996年10月21日、ファブレス半導体企業のQuantum Effect Devices （QED）は、マイクロプロセッサフ​​ォーラムでPowerPC 603互換プロセッサ「PowerPC 603q 」を発表した。その名前とは裏腹に、他の603とは全く異なるプロセッサだった。これは、2年かけて開発された、ハイエンド組み込み市場をターゲットとした32ビットPowerPCアーキテクチャのゼロからの実装だった。そのため、小型でシンプル、エネルギー効率に優れながらもパワフルで、より高価な603eと同等の性能を持ちながら消費電力は少なかった。インオーダー5段パイプラインで、単一の整数演算ユニット、倍精度浮動小数点演算ユニット（FPU）、独立した16KBの命令キャッシュと8KBのデータキャッシュを備えていた。整数演算ユニットは全く新しい設計だったが、FPUは開発時間を短縮するためにR4600から派生したものだった。0.5 μmの製造プロセスを使用して69 mm ^2の小型サイズで、120 MHzでわずか1.2 Wしか消費しなかった。^{[ 34 ] [ 35 ]}      

603qはモトローラ向けに設計されたが、モトローラは603qの本格的な生産開始前に契約を撤回した。その結果、QEDはPowerPCライセンスを保有していなかったため、603qの販売を継続することができず、開発中止となった。

「PowerPC 613」は、モトローラが第3世代のPowerPCに付けた名前のようです。^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}エクスポネンシャル・テクノロジーのx704プロセッサに対抗して「 PowerPC 750 」と改名されたと言われています。x704は604を大幅に上回るように設計されていました。しかし、これを裏付ける情報源はほとんどなく、単なる憶測か、まったく別のプロセッサへの言及である可能性があります。

PowerPC 613 と同様に、「PowerPC 614」は、モトローラが第 3 世代 PowerPC に付けた名前だった可能性があり、^{[ 36 ] [ 38 ]}後に 613 と同じ理由で名前が変更された可能性があります。この部品は「PowerPC 7400」と改名され、モトローラは「G3」と「G4」のアーキテクチャ上の違いはわずかだったにもかかわらず、これを第 4 世代 PowerPC にまで引き上げたという説もあります。しかし、これらを裏付ける情報源はほとんどなく、単なる憶測か、まったく別のプロセッサへの言及である可能性があります。

「PowerPC 615」は、IBMが1994年に発表したPowerPCプロセッサですが、量産には至りませんでした。主な特徴は、ダイ上にx86コアを組み込むことで、プロセッサがPowerPC命令とx86命令の両方をネイティブに処理できるようにしたことです。^{[ 39 ]} PowerPC 615上で動作するオペレーティングシステムは、32ビットまたは64ビットのPowerPC命令、32ビットのx86命令、またはこれら3つの組み合わせを実行することを選択できました。命令を混ぜるには、CPU内でコンテキストスイッチが必要となり、わずかなオーバーヘッドが発生します。615をサポートしていたオペレーティングシステムは、MinixとOS/2の特別な開発バージョンのみでした。^{[ 40 ]}

330  mm²^の大きさで、IBMが0.35 μmプロセスで製造した。IntelのPentiumプロセッサと ピン互換性があり、速度も同等だった。このプロセッサはプロトタイプとしてのみ発表され、 Microsoftがこのプロセッサをサポートしなかったこともあって、開発計画は頓挫した。PowerPC 615の開発に携わっていたエンジニアたちは後にTransmetaに移り、そこでCrusoeプロセッサの開発に携わった。DigitalのFX!32テクノロジーのような動的変換ソフトウェアの開発が進展したことで、ハードウェアリソースを外国語バイナリの実行に充てることには懐疑的な意見が出た。そのようなリソースはネイティブパフォーマンスの向上に活用でき、変換されたバイナリのパフォーマンス向上にもつながるからである。^{[ 41 ] : 94}

「PowerPC 625」は、 IBMが「Amazon」PowerPC-AS命令セットに基づいて設計したApacheシリーズの64ビットPowerPCプロセッサの初期名称でした。後に「RS64」と改名されました。「PowerPC 625」という名称は、最終的なプロセッサには使用されませんでした。

「PowerPC 630」は、IBMがPOWERとPowerPCの命令セットを統合するために設計したハイエンド64ビットPowerPCプロセッサの初期の名称でした。後に「 POWER3 」と改名されましたが、これはおそらくAppleが使用していたより消費者向けの「PowerPC」プロセッサと区別するためだったと思われます。

「PowerPC 641」、コードネームHabanero は、1994～96 年頃に IBM が進めていたものの、現在は開発が中止された PowerPC プロジェクトです。これは 604 プロセッサをベースにした第 3 世代 PowerPC であったと示唆されています。^{[ 42 ] [ 43 ]}