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PowerPC
 

PowerPC (PPC) ist eine 1991 durch ein Konsortium aus Apple, IBM und Motorola (heute: Freescale) - auch kurz AIM genannt - spezifizierte CPU-Architektur.

Der Name PowerPC ist eine Abkürzung, wobei Power für Performance optimization with enhanced RISC (Leistungsoptimierung durch erweitertes RISC) und PC für Performance Chip (Hochleistungs-Chip) steht.

Technologie und Einsatzgebiete

PowerPC ist eine 64-Bit-Prozessorarchitektur auf RISC-Basis, wobei auch 32-Bit-Versionen verfügbar sind (bei IBM "Subset" genannt). PowerPC beherrschen Gleitkommazahlen doppelter und einfacher Genauigkeit und arbeiten im Big-Endian-Modus, manche Prozessormodelle können jedoch alternativ auf den Little-Endian-Modus umschalten. Fast alle Prozessoren neuerer Bauart verfügen auch über die von Motorola entwickelte AltiVec-Vektoreinheit respektive das IBM-Äquivalent VMX. Altivec wurde mit dem Power PC 7400 alias PowerPC G4 eingeführt. Der neueste Zugang zur Familie ist der Doppelkern-Prozessor IBM PPC970MP; der Vorläufer IBM PPC970FX kam in den Macintosh G5 mit bis zu 2,7 GHz Taktfrequenz zum Einsatz. Der IBM PPC970MP wird in allen aktuellen Power Mac G5 eingesetzt, und zwar mit 2,0GHz und 2,3GHz im kleinen und mittleren Modell sowie im Dual-Betrieb (vier Kerne) mit 2,5GHz im Spitzenmodell Power Mac G5 Quad 2,5GHz.

PowerPC-Prozessoren sind u.a. im Einsatz in Apple-Macintosh-Rechnern, in der IBM pSeries (RS/6000) und IBM Blade JS20, in den Motorola PowerStack-Rechnern, im Nintendo GameCube, der Xbox 360 von Microsoft, und in vielen eingebetteten Systemen.

Auch in den IBM-Systemen der iSeries (AS/400) werden ausschließlich PowerPC-Prozessoren verwendet. Die Systeme der zSeries (bislang proprietäre CISC-Prozessoren) sollen in Zukunft ebenfalls mit PowerPC-Prozessoren ausgeliefert werden. Seit 1996 basieren auch Amiga-Rechner faktisch auf diesem Prozessor, und auch kompatible Systeme wie der Pegasos-Rechner von Genesi und der AmigaOne von Eyetech setzen ihn ein.

Auch die populären Digitalreceiver d-box 2 (PPC823), Dreambox (PPC405) und viele andere Digitalreceiver verwenden einen PowerPC-Prozessor. Die kommende Spielekonsole Wii wird auch mit Prozessoren auf PowerPC-Basis arbeiten.

Geschichte und Zukunft

Das Konsortium wurde auf Betreiben von Apple gegründet, die einen Nachfolger für die von ihnen verwendeten 680x0-Prozessoren von Motorola (heute: Freescale) suchten. Der von IBM für deren High-End-Workstations entwickelte POWER-Prozessor war wegen seiner leistungsfähigen und erweiterbaren Architektur ein interessanter Kandidat, jedoch in der Fertigung viel zu teuer, da es sich zum damaligen Zeitpunkt noch um ein Modul mit mehreren Chips handelte. Motorola brachte in die Entwicklung die Speicherverwaltungs- und Puffer-Einheit ihrer 88000-RISC-Prozessoren ein (die 88k-Familie wurde daraufhin eingestellt, die 68k-Familie existiert heute noch als Microcontroller und bildet auch die Basis für die hierzu kompatible ColdFire-Familie).

Gleichzeitig mit der Entwicklung der PowerPC-Prozessoren wurde auch die Referenzplattform PReP (PowerPC Reference Platform) geschaffen, die zur Konkurrenz gegen die etablierten Intel-basierten PCs werden sollte. Dabei zeigte sich dann allerdings, dass die Allianz der drei Firmen nicht in allen Belangen einer Meinung war; und die ohnehin eher zurückhaltenden Bemühungen verliefen später im Sande.

PReP wurde später durch CHRP (Common Hardware Reference Platform) abgelöst. Der jüngste, kommerziell erhältliche Spross dieser Familie ist der IBM-zertifizierte Pegasos von Genesi, der auch durch Freescale vertrieben wird.

Am 6. Juni 2005 kündigte Apple überraschend an, dass künftig Intel-Prozessoren (x86) anstelle von PowerPCs in den Mac-Rechnern eingebaut werden sollen. Diese Entscheidung begründete Apple mit Lieferschwierigkeiten und Produktionsmängeln seitens IBM. Apple gab als Grund auch an, dass PowerPC-Prozessoren mehr Strom zum Erbringen der gleichen Leistung benötigen, was sich besonders in der Akkulaufzeit bei PowerBooks und iBooks niederschlägt. Vor allem jedoch verwies Steve Jobs auf Zukunftspläne („roadmaps“) von intel, die eine technische Überlegenheit für die Zukunft versprachen. Apple verbaute nur etwa 2% der PowerPC-Prozessoren, die zu dem Zeitpunkt produziert wurden.

In einem am 6. Dezember 2005 veröffentlichten Interview bekräftigte der CEO von Freescale, Michel Mayer, u.a. als Konsequenz hieraus die Entscheidung, die PowerPC-Baureihe ggf. umzubenennen und sich bei der weiteren Vermarktung nicht weiter um den Desktop-/Laptop-Markt zu kümmern.

Vor allem im Bereich eingebetteter Systeme und für den Endanwenderbereich gilt diese Architektur als eine für die Zukunft wichtige, z.B. werden die Spielekonsolen, Microsofts Xbox 360 und Nintendos Wii mit POWER- oder PowerPC-basierter Technik arbeiten.

Auf der Ende Juni 2005 abgehaltenen 20. internationale Supercomputer-Konferenz ISC 2005 zeigte sich außerdem, dass sechs der zehn zu diesem Zeitpunkt schnellsten Computer der Welt auf POWER respektive PowerPC basierten (Bericht zur ISC 2005 auf heise.de).

Der Schwerpunkt der Einsatzgebiete der PowerPC-Architektur verlagert sich somit an die beiden Enden der Skala: den Bereich eingebetteter Systeme einerseits und den Hochleistungsserverbereich (Mainframes) andererseits.

PowerPC-Generationen und -Modelle (Auswahl)

IBM PowerPC601 PPC601FD-080-2 top.jpg Erste Generation G1
  • MPC601 – 50, 66, 80 und 100MHz, 32KByte Unified L1 Cache, L2 Cache bis 1MByte; 0,6µm Herstellungsprozess (1993, verwendet u.A. in der ersten Power Mac-Generation)
  • MPC601+ – 110 und 120MHz, sonst wie MPC601; 0,6µm Herstellungsprozess
  • MPC602 – speziell für Embedded-Anwendungen (gemultiplexter Daten-/Adressbus); 0,6µm Herstellungsprozess

Zweite Generation G2

  • MPC603 – 66 bis 80MHz, 16KByte (8KByte Instruction, 8KByte Data), L2 Cache bis 1MByte; vor allem für den mobilen und "Low Cost"-Bereich; 0,5µm Herstellungsprozess
  • MPC603e – 100 bis 200MHz, ab 166MHz 32KByte L1 Cache (16KByte Instruction, 16KByte Data), L2 Cache bis 1MByte (größere L1 Caches für bessere 68k Emulator-Performance); 0,5µm Herstellungsprozess
  • MPC603ev – 225 bis 300MHz, 32KByte L1 Cache (16KByte Instruction, 16KByte Data), L2 Cache bis 1MByte; 0,35µm Herstellungsprozess

  • MPC604 – 100 bis 180MHz, 32KByte L1 Cache (16KByte Instruction, 16KByte Data), L2 Cache bis 1MByte; der 604 war vor dem 603 erhältlich (1994) und der erste High End PowerPC; 0,5µm Herstellungsprozess
Motorola_PowerPC_604e_233MHz.jpg CyberStormPPC Karte für Amiga-Rechner]]
  • MPC604e – 166 bis 233MHz, 64KByte L1 Cache (32KByte Instruction, 32KByte Data), L2 Cache bis 1MByte; 0,35µm Herstellungsprozess
  • MPC604r – 250 bis 375MHz, 64KByte L1 Cache (32KByte Instruction, 32KByte Data), L2 Inline-Cache bis 1MByte; 0,25µm Herstellungsprozess (300 und 350MHz-Modell) respektive 0,35µm (250MHz-Modell), Codename "Mach 5" und "Helmwind"
  • MPC620 – 64KByte L1 Cache (32KByte Instruction, 32KByte Data), 1 bis 128MByte L2 Cache; die erste 64-Bit-PowerPC-Implementierung (nicht POWER)
  • x704 BiCOMOS PowerPC Implementierung von Exponential Technologies (nie verfügbar) heise-Meldung vom 13. März 1997 dazu

Dritte Generation G3

  • MPC750 – 200 bis 366 MHz, 0,25µm Herstellungsprozess, Codename "Arthur"
  • MPC750CX – 350 bis 550MHz, 64KByte L1 Cache (32KByte Instruction, 32KByte Data), 256KByte on-Chip L2 Cache, 0,18µm Herstellungsprozess; Codename "Sidewinder"
  • MPC750CXe – 400 bis 700MHz, 350 bis 550MHz, 64KByte L1 Cache (32KByte Instruction, 32KByte Data), 256KByte on-Chip L2 Cache, L3 Cache extern möglich, 0,18µm Herstellungsprozess; Codename "Anaconda"
  • MPC750FX – 600 bis 1000MHz, 64KByte L1 Cache (32KByte Instruction, 32KByte Data), 512KByte on-Chip L2 Cache, L3 Cache extern möglich, 0,13µm Herstellungsprozess; Codename "Sahara"
  • MPC750GX - 733 bis 1000MHz, 64KByte L1 Cache (32KByte Instruction, 32KByte Data), 1024KByte on-Chip L2 Cache, L3 Cache extern möglich, 0,13µm Herstellungsprozess; Codename "Gobi"
  • Gekko 485 MHz (verwendet im Nintendo GameCube)

Vierte Generation G4

  • MPC7400 — 350 bis 500MHz, 32KByte/32KByte Data/Instruction L1 Cache, maximal 2MByte L2 Cache (ECC und non-ECC), Leistungsverlust max. 11Watt, erster PowerPC mit AltiVec, Codename "Max".

  • MPC7410 — 400 bis 550MHz, 32KByte/32KByte Data/Instruction L1 Cache, maximal 2MByte L2 Cache (ECC und non-ECC), Leistungsverlust max. 11Watt

  • MPC7441 — 600 und 700MHz, 32KByte/32KByte Data/Instruction L1 Cache, 256KByte L2 Cache on Chip, maximal 2MByte L3 Cache; Low Power-Version des 7450/7451

  • MPC7445 — 600 bis 1000MHz, 32KByte/32KByte Data/Instruction L1 Cache, Leistungsverlust max. 26Watt

  • MPC7447 — 600 bis 1267MHz, 32KByte/32KByte Data/Instruction L1 Cache, Leistungsverlust max. 26Watt, kein L3 Cache

  • MPC7447A — 600 bis 1420MHz, 32KByte/32KByte Data/Instruction L1 Cache, Leistungsverlust max. 29Watt

  • MPC7448

  • MPC7450 — 533 bis 867MHz, 32KByte/32KByte Data/Instruction L1 Cache, Codename "Voyager"

  • MPC745

  • MPC7451 — 533 bis 867MHz, 32KByte/32KByte Data/Instruction L1 Cache, 256KByte L2 Cache on Chip, maximal 2MByte L3 Cache

  • MPC7455 — 600 bis 1425MHz, 32KByte/32KByte Data/Instruction L1 Cache, Leistungsverlust max. 45Watt, Codename 'Apollo'

  • MPC7457 — 600 bis 1333MHz, 32KByte/32KByte Data/Instruction L1 Cache, 512KByte L2 Cache on Chip, maximal 2MByte L3 Cache, Leistungsverlust max. 25Watt

  • MPC755

Fünfte Generation G5

  • 970 G5 64-Bit-Implementierung, abgeleitet vom IBM POWER4, erweitert um VMX (IBMs Äquivalent zu Motorolas AltiVec) mit 1,4 GHz, 1,6 GHz, 1,8 GHz, und 2,0 GHz Taktfrequenz (2003)
  • 970FX G5 mit bis zu 2,3 GHz Taktfrequenz (von Apple auf 2,7 GHz übertaktet) (2004)
  • 970MP G5 "Antares" (2005) Dual Core mit 1,4 bis 2,5 GHz Takt (2005)

Betriebssysteme

Weblinks

Mikroprozessor

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