パワーPC400

PowerPC 400ファミリは、 PowerPCまたはPower ISA命令セット アーキテクチャに基づく32 ビット 組み込み RISC プロセッサ コアのラインです。これらのコアは、システム オン チップ(SoC)マイクロコントローラ、ネットワーク アプライアンス、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールド プログラマブル ゲート アレイ(FPGA)からセットトップ ボックス、ストレージ デバイス、スーパーコンピュータに至るまで、さまざまな特殊アプリケーションに適合するように設計されています。

Applied Micro Circuits Corporation (AMCC) は、2004 年 4 月に IBM から 400 ファミリー コアに関する資産を 2 億 2,700 万ドルで購入し、現在は自社名でプロセッサを販売しています。IBM は、コアの設計およびファウンドリサービスを提供しながら、コアの進化を続けています。また、 IBM およびSynopsysのOEMによるライセンス供与が可能なコアもいくつかあります。

1994 年に発表された PowerPC 403 は、最初のPowerPCプロセッサの 1 つでした。これは、組み込み市場のみをターゲットにした最初のプロセッサでした。当時の他の PowerPC プロセッサ ( PowerPC 601、PowerPC 603、PowerPC 604 ) と比較すると、非常にローエンドであり、たとえばメモリ管理ユニット(MMU) や浮動小数点ユニット(FPU) がありませんでした。このコアは、カスタム チップ用と、MMU 付きバージョンを含むパッケージ済みバージョンで提供され、速度は 20 MHz から 80 MHz の範囲でした。

PowerPC 403 は、シン クライアント、セットトップ ボックス、RAIDコントローラ、ネットワーク スイッチ、プリンターなどの機器で使用されています。最初のTiVo では54 MHz の PowerPC 403GCX が使用されていました。

AMCC は2004 年に IBM から 403 の設計を取得しましたが、それを販売せず、代わりに 405 コアと 440 コアに注力することを選択しました。

403 は人気があったが、一部のアプリケーションには高性能すぎて高価すぎたため、1996 年に IBM は PowerPC 401 と呼ばれる必要最低限​​の機能を備えた PowerPC コアをリリースした。これはシングル イシューの 3 ステージ パイプラインで、MMU や DMA はなく、2 KB の命令 L1 キャッシュと 1 KB のデータ L1キャッシュのみである。この設計には合計 85,000 個のトランジスタしか含まれておらず、最大 100 MHz で動作し、消費電力はわずか 0.1 W 以下であった。401 コアを使用するアプリケーションは、セットトップ ボックスや通信スイッチからプリンタやファックス機まで多岐にわたる。^{[1] [2]}

PowerPC 405 は 1998 年にリリースされ、価格や性能に敏感なローエンドの組み込みシステム オン チップ(SoC) 設計向けに設計されました。5 段パイプライン、独立した 16 KB 命令およびデータ L1キャッシュ、CoreConnect バス、拡張性のための補助処理装置 (APU) インターフェイスを備え、400 MHz を超えるクロック レートをサポートします。405 コアは、Book III-E 仕様を使用してPower ISA v.2.03に準拠しています。AMCC と IBM はどちらも、405 コアを使用したプロセッサを開発および販売しています。IBM とSynopsysも完全に合成可能なコアを提供しています。IBM は、PowerPC 405 コアの仕様を学術研究コミュニティに無料で提供する計画を発表しました。^[3]

PowerPC-405ベースのアプリケーションには、デジタルカメラ、モデム、セットトップボックス（IBMのSTB04xxxプロセッサ^[4]）、携帯電話、GPSデバイス、プリンター、ファックス機、ネットワークカード、ネットワークスイッチ、ストレージデバイス、サーバー用サービスプロセッサなどがあります。Xilinx Virtex -II ProおよびVirtex-4 FPGAでは最大2つの405コアが使用されています。2004年にHifnは405コアを使用するIBMのPowerNPネットワークプロセッサを購入しました。^{[5] [6] [7] [8]}

プレイステーション2

PlayStation 2スリムの後のバージョンでは、以前のモデルでI/Oプロセッサとして使用されていたMIPS R3000AをエミュレートするPowerPC 405チップが使用されました。 ^[9]

Vドラゴン

中国企業カルチャーコムは、 Linux端末やセットトップボックスを動かすV-Dragonプロセッサに405コアを採用している。V-Dragonプロセッサには、 CPU内で直接中国語の文字を処理・生成する多言語文字生成エンジン（MCGE）が搭載されている。 ^[10]

APM801xx

AppliedMicroは、PowerPC 405コアをベースにしたシステムオンチップ製品シリーズをAPM801xxという新しい名前で提供しています。これらは現在（2010年秋）最もエネルギー効率の高いPower Architecture製品であり、最大800MHzの周波数を約1Wでサポートし、アイドル時には0.3Wをサポートします。ネットワークからストレージやメディアデバイスまで、幅広いアプリケーションをサポートするように作られています。^[11]

POWER8オンチップコントローラ

POWER8プロセッサには、オンチップコントローラ（OCC）と呼ばれるオンチップ電力および熱管理マイクロコントローラが組み込まれています。512KBの専用スタティックRAM （SRAM）を搭載したPowerPC 405プロセッサをベースにしたOCCは、チップ全体を監視します。^[12]

1999 年に発表された PowerPC 440 は、 PowerPC 仕様のBook E拡張を組み込んだ IBM 初の PowerPC コアでした。また、PowerPC ベースのシステム オン チップ(SoC) デバイス 内の部品間のインターフェイスとして設計されたCoreConnectバス テクノロジも組み込まれていました。

これは、独立した 32 KB の命令およびデータ L1キャッシュ、7 ステージのアウトオブオーダー デュアル発行パイプライン、最大 800 MHz の速度、最大 256 KB の L2 キャッシュをサポートする高性能コアです。このコアには浮動小数点ユニット(FPU) はありませんが、APU (補助処理装置) インターフェイスを使用して組み込むことができる 4 ステージ FPU が関連付けられています。440 コアは、 Book III-E 仕様を使用してPower ISA v.2.03に準拠しています。

Xilinx は現在、Virtex-5 FXT FPGA に 1 つまたは 2 つのコア (ファミリのメンバーによって異なります) を組み込んでいます。

AMCC と IBM はどちらも、440 コアを使用したスタンドアロン プロセッサを開発および販売しています。IBM とSynopsysも完全に合成されたコアを提供しています。

BRE440 耐放射線性SOC

Broad Reach Engineering は、IBM 440 合成コアを使用して、さまざまな周辺機器 (2 つの Ethernet MAC、PCI、メモリ コントローラー、DMA コントローラー、EDAC および SIO)、32 KB の L1 キャッシュ、および 256 KB の L2 キャッシュを含む耐放射線性組み込み SoC を構築しました。このデバイスは、150 nm の Honeywell HX5000 耐放射線性プロセスを使用して構築されました。BRE440 は、数十 MHz から最大 150 MHz のクロック速度で動作します。

品質保証

QCDOCは、量子物理学における小規模だが極めて計算量の多い問題を解決するために構築されたカスタム スーパーコンピュータです。カスタム 440 ベースの ASIC を使用して、約 10 TFLOPS のピーク性能を実現します。

ブルージーン/L

デュアル 440 コアは、 IBMのBlue Gene/L スーパーコンピュータを動かすプロセッサに使用されています。このスーパーコンピュータは、2008 年 6 月まで世界のトップ 500スーパーコンピュータのリストで 1 位にランクされ、2008 年のピーク性能はほぼ 500テラフロップスでした。

シースター

440 コアはCray XT3、XT4、XT5スーパーコンピュータでも使用されており、その SeaStar、SeaStar2、SeaStar2+ 通信プロセッサは、HyperTransportメモリ インターフェイスとスーパーコンピュータ クラスタ内の他のノードへのルーティングを密接に結合しています。SeaStar デバイスは、 HyperTransport を介してOpteronベースのプロセッサに 6.4 GB/秒の接続を提供し (全体で処理要素 (PE) を構成)、隣接する PE への 7.6 GB/秒のリンクも 6 つ提供します。SeaStar2+ は、9.6 GB/秒のノード内帯域幅と、コンピューティング ノード間の経路上のエラーを傍受するエラー訂正機能を提供します。

460 の

AMCCのPowerPC 460EXと460GTは、その名前にもかかわらず、440コアを搭載したプロセッサです。^[13]これらは0.6〜1.2GHzで利用可能で、DDRまたはDDR2 SDRAM、USB 2.0、PCIe、SATA、およびギガビットイーサネット用の統合コントローラを備えています。

タイタン

Intrinsity は、 PowerPC 440 コア仕様を使用して、AppliedMicro 向けに現在は廃止されたTitan コアをゼロから設計しました。AppliedMicro は、APM832xx ファミリの高性能システム オン チップ製品で Titan コアを使用しましたが、これらの部品は市場に出ることはありませんでした。

Virtex-5 FXT

Xilinx は、Virtex-5 FXT FPGA製品ラインに最大 2 つの PPC440 コアを組み込んでいます。組み込まれた PPC440 は最大周波数が 550 MHz で、特殊なクロスバー スイッチを介して周囲の FPGA ファブリックに接続します。これにより、Virtex-5 FXT ファミリのシステム パフォーマンスは、Virtex-4 FX ファミリの組み込み PPC405 と比較して 2.6 倍以上向上します。

LSI SAS

LSIは、広く使用されているSAS2008バリアントを含む多くのSASコントローラチップにPowerPC 440コアを使用しています。 ^[14]

アカリスCPU872

Acalis CPU872はCPU Tech社が開発した高度に特殊化されたセキュリティSoCチップです。軍事用途など、機密性が高くミッションクリティカルなシステム向けに設計されています。改ざんやリバースエンジニアリングを防止するための規定があり、IBMの高度に安全なTrusted Foundryで製造されています。組み込みDRAM、デュアル440コア、デュアル精度FPU、通信、複雑なアルゴリズム、コア間の同期を加速および保護する補助計算ユニットを備えています。^[15]

Blue Gene/Pスーパーコンピュータの処理コアはIBM によって設計および製造されています。PowerPC 440 と非常によく似ていますが、詳細はほとんど公開されていません。

ブルージーン/P

Blue Gene/Pプロセッサは、850MHzで動作する4つのPowerPC 450コアで構成され、合計13.6ギガフロップスに達します。IBMは、他のスーパーコンピュータプロセッサと比較して非常に電力効率の高い設計であると主張しています。^[16]

2006 年に導入された 460 コアは 440 に似ていますが、1.4 GHz に達し、マルチコアアプリケーションを念頭に開発され、24 個の追加のデジタル信号処理(DSP) 命令を備えています。コアは低電力でありながら高性能になるように設計されており、464-H90 は 1 GHz でわずか 0.53 W しか消費しないと予想されています。460 コアは、Book III-E 仕様を使用して Power ISA v.2.03に準拠しています。

• PowerPC 460S – 完全に合成されたコアであり、IBMまたはSynopsysからライセンスを取得して、さまざまなファウンドリで製造することができます。460Sは、L1キャッシュとL2キャッシュの容量が異なる構成が可能で、SMPとFPUの有無も選択できます。^[17]
• PowerPC 464-H90 – 2006 年にリリースされた 90 nm のハードコア (合成不可) は、 IBM または Chartered やSamsungの製造施設で製造できるASIC用のカスタマイズ可能なコアを提供します。
• PowerPC 464FP-H90 – 2007 年にリリースされ、倍精度浮動小数点ユニット(FPU)を追加したハードコアです。

• PowerPC 460SX と 460GTx は 464-H90 コアをベースにしています。これらはそれぞれ、非常にハイエンドなストレージとネットワーク アプリケーションを対象としています。0.8 ～ 1.2 GHz で動作し、SRAMストレージとしても機能する 512 KB の L2 キャッシュ、400 MHz クロックの DDR2 メモリ コントローラ、4 つのギガビット イーサネット コントローラ、PCIe コントローラ、およびさまざまなアプリケーション固有のアクセラレータとコントローラ機能を備えています。これらは 90 nm プロセスで製造されています。
• APM82181 – ストレージデバイス向けに設計された 0.8～1 GHz 464 ベースの SoC。DDR2 コントローラ、L2 キャッシュとして構成可能な 256 KB SRAM。PCIe、SATA2、USB2、Gbit Ethernet、TCP/IP オフロード、RAID5、暗号化アクセラレータなどのさまざまな I/O インターフェイスとアクセラレータ
• APM86190 および APM86290 PACKETpro – コードネーム「Mamba」は、PowerPC 465 コアをベースにしたシングル コアおよびデュアル コア SoC プロセッサで、0.6～1.5 GHz で動作します。32 KB 命令/32 KB データ L1 キャッシュ、256 KB L2 キャッシュ、DDR3 コントローラ、PCIe、SATA2、USB2、Gbit Ethernet、TCP/IP オフロードなどのさまざまな I/O インターフェイスとアクセラレータ、暗号キーとセキュア ブートおよび改ざん検出用の不揮発性ストレージを備えた暗号化アクセラレータを備えています。
• APM86791 PACKETpro – コードネーム「Keelback」は、1GHzで動作するPowerPC 465コアをベースにしたシングルコアSoCプロセッサで、32KB命令/32KBデータL1キャッシュ、256KB L2キャッシュ、DDR3コントローラ、2x PCIe、2x SATA2、2x USB2、4x Gbit Ethernetを搭載しています。また、250MHzで動作するARM Cortex-M3ベースの暗号化アクセラレータSLIMproも搭載されており、ROMからのセキュアブートと改ざん検出が可能です。^{[18] [19]}

Power ISA v2.05 Book III-Eに準拠した470組み込み型カスタマイズ可能コアは、 IBMがLSIと共同で設計し、2009年にPowerPC 476FPに実装されました。^[20] 476FPコアには、32/32 kB L1キャッシュ、デュアル整数ユニット、DSP命令を処理するSIMD対応倍精度FPUがあります。45 nm製造プロセスで1.6GHzで1.6Wを放出します。9ステージのアウトオブオーダー、5発行パイプラインは最大2GHzの速度を処理し、PLB6バス、最大1MBのL2キャッシュ、およびSMP構成で最大16個のコアをサポートします。

• LSI Axxia ACP3448 – 1.8GHz、4×476FPコア、コアあたり512kB L2キャッシュ、チップ上の4MB L3キャッシュ、2×DDR3コントローラ、2×10Gビットイーサネット、3×PCIe、およびさまざまなネットワーク処理エンジン^[21]
• C*Core C1000 – 民生用電子機器向け476FPコアベースの組み込みプロセッサフ​​ァミリー^[22]
• ChinaChip CC2000 – ゲームコンソール向けのDSPとGPUを統合した476FPコアベースのプロセッサ
• NTC モジュール 1888TKh018  – 航空機搭載ビデオおよびマルチメディア処理システム向け SoC

• パワー.org
• コアコネクト

• Halfhill, Tom R. (1999 年 10 月 25 日)。「IBM PowerPC 440 が 1,000 MIPS を達成」。マイクロプロセッサ レポート。
• Halfhill, Tom R. (2000 年 7 月 21 日)。「PowerPC 440GP: 優れたコミュニケーター」。マイクロプロセッサ レポート。

• 405コア
• IBM PowerPC 440 コア
• IBM PowerPC 460 コア
• AMCC PowerPC 400 ページ