IBM Powerマイクロプロセッサ

IBMで初めてPOWER ISAを採用したコンピュータは、RISC System/6000またはRS/6000シリーズです。これらは1990年2月に発売されました。これらのRS/6000コンピュータは、POWERstationワークステーションとPOWERserverサーバーの2つのクラスに分けられました。最初のRS/6000 CPUには、「RIOS-1」と「RIOS.9」（または一般的にはPOWER1 CPU）と呼ばれる2つの構成があります。RIOS-1構成には、命令キャッシュチップ、固定小数点チップ、浮動小数点チップ、4つのデータL1キャッシュチップ、ストレージ制御チップ、入出力チップ、クロックチップの合計10個のディスクリートチップがあります。低コストのRIOS.9構成には、命令キャッシュチップ、固定小数点チップ、浮動小数点チップ、2つのデータキャッシュチップ、ストレージ制御チップ、入出力チップ、クロックチップの8個のディスクリートチップがあります。

POWER1は、レジスタリネーミングとアウトオブオーダー実行を採用した最初のマイクロプロセッサです。10チップ構成のRIOS-1を簡略化し、性能を抑えたバージョンが、ローエンドのRS/6000シリーズ向けに1992年に開発されました。これは1つのチップのみを使用し、RISCシングルチップ（RSC）と呼ばれています。

IBMはPOWER1の後継としてPOWER2プロセッサの開発に着手しました。2つ目の固定小数点演算ユニット、2つ目の強力な浮動小数点演算ユニット、その他の性能向上機能、そして新しい命令セットを設計に追加することで、POWER2 ISAは1993年11月の発表当時、業界をリードする性能を誇っていました。POWER2はマルチチップ設計でしたが、IBMはPOWER2 Super Chip（P2SC）と呼ばれるシングルチップ設計も開発し、高性能サーバーやスーパーコンピュータに搭載しました。1996年の発表当時、P2SCは業界最大規模かつ最多のトランジスタ数を誇るプロセッサであり、浮動小数点演算においても業界をリードしていました。

1991年、AppleはCISCベースのMotorola 68000シリーズプラットフォームに代わる将来の選択肢を研究し、Motorolaは独自のRISCプラットフォームである88000の実験を行っていた。IBMもこの議論に加わり、3社はAIMアライアンスを設立してPowerPC ISAを構築した。これはPOWER ISAをベースとしつつ、AppleとMotorolaの技術も取り入れたものであった。完全な32/64ビットRISCアーキテクチャとして、非常に低価格な組み込みマイクロコントローラから、非常に高性能なスーパーコンピュータやサーバーアプリケーションまで幅広く対応することを目指していた。

2年間の開発期間を経て、PowerPC ISAが1993年に発表された。RSCアーキテクチャの改良版であるPowerPCは、単精度浮動小数点命令と汎用レジスタ間乗算・除算命令を追加し、POWERの一部の機能を削除した。また、64ビット版ISAとSMPのサポートも追加した。

1990年、IBMはローエンドサーバーとミッドレンジサーバーのアーキテクチャであるRS/6000 RISC ISAとAS/400 CISC ISAを、IBMのAIXとOS/400の両方のオペレーティングシステムをホストできる共通のRISC ISAに統合したいと考えていました。既存のPOWER ISAと開発中のPowerPC ISAはAS/400チームによって不適切と判断されたため、64ビットPowerPC命令セットの拡張版であるPowerPC AS for Advanced SeriesまたはAmazon Seriesが開発されました。その後、RS/6000チームとAIM Alliance PowerPCからの追加機能が組み込まれ、2001年にPOWER4が導入されると、それらすべてが1つの命令セットアーキテクチャであるPowerPC v.2.0に統合されました。

POWER3は、商業的に成功しなかったPowerPC 620の後継機であるPowerPC 630として始まりました。POWER2 ISAと32/64ビットPowerPC ISAセットを組み合わせ、SMPとシングルチップ実装をサポートしています。IBMのRS/6000コンピュータで広く使用され、第2世代のPOWER3-IIは、銅線インターコネクトを使用したIBM初の商用プロセッサです。POWER3はPOWER命令セットを使用する最後のプロセッサであり、以降のすべてのモデルはPowerPC命令セットを使用しています。

POWER4は、Amazonプロジェクトの32/64ビットPowerPC命令セットと64ビットPowerPC AS命令セットを新しいPowerPC v.2.0仕様に統合し、IBMのRS/6000およびAS/400ファミリーのコンピュータを統一しました。異なるプラットフォームの統合に加えて、POWER4は非常に高い周波数と大容量のオンダイL2キャッシュを実現するように設計されました。これは市販された最初のマルチコアプロセッサであり、シングルダイバージョンと4チップのマルチチップモジュールで提供されました。2002年には、 Appleの要請により、コストと機能を削減したPOWER4のバージョンであるPowerPC 970もIBMによって製造されました。

POWER5プロセッサは、人気の高いPOWER4をベースに、PowerPC ASベースのRS64-IIIプロセッサで初めて採用された同時マルチスレッド処理技術とオンダイメモリコントローラを設計に組み込んだ。大規模なマルチプロセッシング向けに設計され、オンボードの大容量L3キャッシュチップを搭載したマルチチップモジュールとして提供された。

Power.orgという共同組織が2004年に設立され、PowerPC仕様の今後の開発を統一し、調整することをミッションとしていました。当時、PowerPC仕様は、Freescale（旧Motorola）とIBMがそれぞれ異なる開発方針をとっていたため、断片化していました。Freescaleは32ビット組み込みアプリケーションとIBMのハイエンドサーバーおよびスーパーコンピュータを優先していました。また、AMCC、Synopsys、Sony、Microsoft、PA Semi、CRAY、Xilinxといった仕様のライセンス保有企業群も存在し、これらの調整が必要でした。この共同の取り組みは、技術開発の効率化だけでなく、マーケティングの効率化も目的としていました。

新しい命令セットアーキテクチャはPower ISAと呼ばれ、POWER5 の PowerPC v.2.02 と Freescale の PowerPC Book E 仕様、さらにAltiVec ( IBM ではVMXとも呼ばれる) というブランド名で知られる Vector-Media Extensions やハードウェア仮想化などの関連技術を統合したものでした。この新しい ISA は Power ISA v.2.03 と呼ばれ、POWER6 は IBM で初めてこれを採用したハイエンドプロセッサでした。古い POWER および PowerPC 仕様は採用されず、これらの命令セットはそれ以降完全に廃止されました。現在、これらの古い命令セットを使用するプロセッサタイプの開発は行われていません。

POWER6は、野心的なeCLipzプロジェクトの成果であり、I（AS/400）、P（RS/6000）、Z（メインフレーム）命令セットを1つの共通プラットフォームに統合したものです。IとPは既にPOWER4で統合されていましたが、eCLipzプロジェクトではCISCベースのz/Architectureが含まれず、z10プロセッサがPOWER6のeCLipz版となりました。2021年現在IBMはz/Architectureを実装する別のプロセッサ群の開発を続けており、最新のものはIBM Telumである。^{[ 3 ]}

eCLipzのおかげで、POWER6は非常に高い周波数を実現するために、POWERおよびPowerPCプロセッサの登場以来の特長であるアウトオブオーダー実行を犠牲にした、異例の設計となっています。また、POWER6はPower ISAに10進浮動小数点演算ユニットを導入し、z/Architectureと共通化しています。

IBMは2008年にPOWER6を発表し、それまでのSystem pとSystem iのサーバーおよびワークステーション・ファミリーを統合してPower Systemsという一つのファミリーにしました。Power Systemsマシンは、AIX、 Linux、IBM iなど、さまざまなオペレーティングシステムを実行できます。

POWER7の対称型マルチプロセッサ設計は、POWER6の設計から大幅に進化しており、マルチコア、同時マルチスレッディング（SMT）、アウトオブオーダー実行、大容量オンダイeDRAM L3キャッシュによる電力効率の向上に重点を置いています。8コアチップは32スレッドを並列実行でき、残りのコアの周波数を高くするために一部のコアを無効にするモードも備えています。従来のFPUとAltiVecの機能を統合した、VSXと呼ばれる新しい高性能浮動小数点演算ユニットを採用しています。POWER7はPOWER6よりも低い周波数で動作しますが、各POWER7コアはPOWER6の対応するコアよりも高速に動作します。

POWER8は、4GHz  、12コアのプロセッサで、コアあたり8つのハードウェアスレッドを備え、合計96スレッドの並列実行が可能です。オンチップの96MBのeDRAM L3キャッシュとオフチップの128MBのL4キャッシュ、そしてPCIe上で動作するCAPIと呼ばれる新しい拡張バスを採用しており、従来のGXバスに取って代わります。CAPIバスは、 GPU、ASIC、FPGAなどの専用オフチップアクセラレータチップを接続するために使用できます。IBMは、POWER8は前世代のPOWER7よりも2～3倍高速であると述べています。  

2014年に22ナノメートルプロセスで初めて製造されました。^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} 2012年12月、IBMはVSX-2命令を含む新しいPOWER8機能をサポートするために、 Linuxカーネルの3.8バージョンにパッチを提出し始めました。

IBMはPOWER8プロセッサのシステムアーキテクトであるウィリアム・スターク氏によると、POWER9プロセッサの設計に多くの時間を費やした。^{[ 7 ]} POWER9は、2015年12月にリリースされたPower ISAバージョン3.0の要素（VSX-3命令を含む）を初めて組み込んだプロセッサであり、NvidiaのNVLinkバス技術のサポートも組み込んでいる。^{[ 8 ] [ 9 ]}

米国エネルギー省、オークリッジ国立研究所、ローレンス・リバモア国立研究所は、IBMとNvidiaに、POWER9プロセッサとNvidiaのVolta GPUを組み合わせた2つのスーパーコンピュータ、SierraとSummitの構築を委託した。Sierraは2017年に、Summitは2018年に稼働を開始した。^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

POWER9は2017年に発売され、14nm FinFETプロセスを使用して製造されました。4つのバージョンがあり、スケールアップおよびスケールアウトアプリケーションにPowerNVを使用することを目的とした2つの24コアSMT4バージョンと、スケールアップおよびスケールアウトアプリケーションにPowerVMを使用することを目的とした2つの12コアSMT8バージョンがあります。POWER9アーキテクチャはOpenPOWER Foundationメンバーによるライセンス供与および変更にオープンであるため、将来的にはさらに多くのバージョンが登場する可能性があります。^{[ 13 ]}

Power10は2021年9月に発表されたCPUです。7nmテクノロジーで製造されています。^{[ 14 ] [ 15 ]}

Power11は2025年7月に発表されたCPUです。^{[ 16 ] [ 17 ]}