電力処理要素

パワー プロセッシング エレメント( PPE ) は、パワー プロセッシング ユニット (PPU) と 512 KB の L2 キャッシュで構成されています。ほとんどの場合、PPU は PPE で使用されます。PPU は、IBMが主にゲーム コンソールPlayStation 3およびXbox 360で使用するために設計した64 ビットの デュアル スレッド イン オーダー PowerPC 2.02 マイクロプロセッサ コアですが、記録を樹立したIBM Roadrunnerなどのスーパーコンピュータでの高性能コンピューティングにも使用されています。

PPU は、次の 3 つの異なるプロセッサ設計でメイン CPU コアとして使用されます。

• Cell Broadband Engine (Cell BE) は、主にSonyのPlayStation 3ゲーム コンソールで使用されています。PPE を使用し、90 nm、65 nm、45 nm の 3 つのバージョンがあります。
• PowerXCell 8iは、FPU とメモリ サブシステムが強化された Cell BE のバージョンです。65 nm バージョン 1 つとしてのみ製造されました。
• Microsoft のXbox 360内部で 3 コア構成と統合 1 MB L2 キャッシュで使用されているXCPU。90 nm バージョンと 65 nm バージョンの 3 つのバージョンと、ATIの統合グラフィック プロセッサを搭載した 45 nm XCGPUがあります。

• 64 ビット、デュアルスレッド コア
• 3.2GHz 標準クロックレート
• 32 KB L1命令キャッシュ
• 32 KB L1 データ キャッシュ
• 512 KB 統合 L2 キャッシュ、PPE バリアントでは8 ウェイ セット アソシエティブ。
• 64ビットPowerPC ISA v.2.02（POWER4およびPowerPC 970）と互換性あり^{[1] ：17}
• AltiVec SIMD機能

• ブランチユニット (BRU)
• 固定小数点整数ユニット (FXU)
• ロード アンド ストア ユニット (LSU)
• 浮動小数点ユニット (FPU)
• ベクターメディア拡張ユニット (VMX)

PPU はインオーダー プロセッサですが、高価な再順序付けハードウェアを使用せずにアウトオブオーダー実行の利点を実現できる独自の特性を備えています。L1 キャッシュ ミスに達すると、キャッシュ ミスを超えて実行し、命令が実際にロードに依存している場合にのみ停止します。最大 8 つのロード命令をアウトオブオーダーで L2 キャッシュに送信できます。命令遅延パイプ (通常はパイプラインの停止を引き起こす命令を、パイプラインの残りの部分を遅らせることなく実行できるサイド パス)があります。命令遅延パイプラインは、アウトオブオーダー ロード/ストアに使用されます。キャッシュ ミスは、パイプラインが進む間、そこに置かれます。

PPEには23段の汎用パイプラインがあり、マイクロコード用に11段、分岐予測用に4段追加可能です。^[2]

PPU は 2 つのハードウェア スレッドを同時に実行します。コード実行用のメイン レジスタは、例外および割り込み処理レジスタ、いくつかの重要な配列およびキューと同様に複製されています。これらは同時に例外を生成し、個々の分岐履歴に基づいて分岐予測を実行できます。ただし、実行エンジンとキャッシュは複製されていないため、依然としてシングル コア設計です。^[1]

64 ビットの 倍精度浮動小数点ユニットと128 ビットのVMX ユニット ( AltiVec命令セットを使用)は、浮動小数点ユニットが浮動小数点の乗算と加算を実行でき、64 ビット以上であるため、理論上は 1 サイクルあたり 12 回の浮動小数点演算を実行できます。つまり、32 億クロック サイクル × 12 = 384 億回の浮動小数点演算/秒になります。

PowerXCell 8iプロセッサでは PPU が強化され、スーパーコンピュータでの高性能コンピューティング向けに調整された、シングル サイクルの倍精度浮動小数点演算を実行できるようになりました。

Xbox 360 のXCPUの VMX ユニットは128 個のレジスタで拡張されており、通常の AltiVec と完全に互換性があるわけではありません。