PowerPC 400

Семейство PowerPC 400 представляет собой линейку 32-битных встраиваемых ядер RISC -процессоров на основе архитектур набора инструкций PowerPC или Power ISA . Ядра предназначены для использования в специализированных приложениях, начиная от микроконтроллеров «система на кристалле» (SoC) , сетевых устройств, специализированных интегральных схем (ASIC) и программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA) до телевизионных приставок , устройств хранения данных и суперкомпьютеров .

Applied Micro Circuits Corporation (AMCC) купила активы, касающиеся ядер семейства 400, у IBM в апреле 2004 года за 227 миллионов долларов, и теперь они продают процессоры под своим собственным именем. IBM продолжает развивать ядра, предоставляя услуги по проектированию и производству вокруг ядер. Несколько ядер также доступны для лицензирования OEM-производителями от IBM и Synopsys .

Представленный в 1994 году, PowerPC 403 был одним из первых процессоров PowerPC . Он был первым, ориентированным строго на рынок встраиваемых систем. По сравнению с другими процессорами PowerPC той эпохи ( PowerPC 601 , PowerPC 603 и PowerPC 604 ), он был на самом низком уровне, например, в нем отсутствовал блок управления памятью (MMU) или блок вычислений с плавающей точкой (FPU). Ядро предлагалось для пользовательских чипов и в предварительно упакованных версиях, включая версии с MMU, со скоростями от 20 до 80 МГц.

PowerPC 403 используется, среди прочего, в тонких клиентах , приставках , RAID -контроллерах, сетевых коммутаторах и принтерах. Первый TiVo использовал 54 МГц PowerPC 403GCX.

В 2004 году компания AMCC приобрела у IBM конструкцию 403, но решила не продвигать ее на рынок, сосредоточившись вместо этого на ядрах 405 и 440.

Хотя 403 был популярен, он также был слишком высокопроизводительным и слишком дорогим для некоторых приложений, поэтому в 1996 году IBM выпустила ядро ​​PowerPC с голыми костями, названное PowerPC 401. Оно имело один выпуск, трехступенчатый конвейер, без MMU или DMA и только 2 КБ инструкций и 1 КБ данных кэша L1 . Конструкция содержала всего 85 000 транзисторов и работала на частоте до 100 МГц, потребляя всего 0,1 Вт или меньше. Приложения, использующие ядро ​​401, варьируются от телевизионных приставок и телекоммуникационных коммутаторов до принтеров и факсимильных аппаратов. ^{[1] [2]}

PowerPC 405 был выпущен в 1998 году и был разработан для чувствительных к цене или производительности низкоуровневых встраиваемых систем на кристалле (SoC). Он имеет пятиступенчатый конвейер, отдельные кэши L1 для инструкций и данных объемом 16 КБ , шину CoreConnect , интерфейс вспомогательного процессора (APU) для расширяемости и поддерживает тактовые частоты, превышающие 400 МГц. Ядро 405 соответствует Power ISA v.2.03 с использованием спецификации Book III-E. И AMCC, и IBM разрабатывают и продают процессоры с использованием ядер 405. IBM и Synopsys также предлагают полностью синтезируемое ядро. IBM объявила о планах сделать спецификации ядра PowerPC 405 свободно доступными для академического и исследовательского сообщества. ^[3]

Приложения на базе PowerPC-405 включают цифровые камеры, модемы, телевизионные приставки (процессоры IBM STB04xxx ^[4] ), мобильные телефоны, GPS-устройства, принтеры, факсимильные аппараты, сетевые карты , сетевые коммутаторы, устройства хранения данных и сервисные процессоры для серверов. До двух ядер 405 используются в Xilinx Virtex-II Pro и Virtex-4 FPGA . В 2004 году Hifn купила сетевые процессоры IBM PowerNP , которые используют 405 ядер. ^{[5] [6] [7] [8]}

Плейстейшен 2

Более поздние версии PlayStation 2 slim использовали чип PowerPC 405, эмулирующий MIPS R3000A , который использовался в качестве процессора ввода-вывода в более ранних моделях. ^[9]

V-Дракон

Китайская компания Culturecom использует ядро ​​405 для своего процессора V -Dragon , который питает терминалы Linux и телевизионные приставки. Процессор V-Dragon включает в себя Multilingual Character Generation Engine (MCGE), который обрабатывает и генерирует китайские иероглифы непосредственно в CPU. ^[10]

АПМ801xx

AppliedMicro имеет серию систем на чипе на основе ядра PowerPC 405 под новым названием: APM801xx . Это самые энергоэффективные продукты Power Architecture на сегодняшний день (осень 2010 г.), поддерживающие частоты до 800 МГц при ~1 Вт или 0,3 Вт в режиме ожидания. Разработаны для поддержки широкого спектра приложений от сетей до устройств хранения и мультимедиа. ^[11]

Контроллер POWER8 на кристалле

Процессор POWER8 содержит встроенный в чип микроконтроллер управления питанием и температурой, называемый контроллером на чипе (OCC). Основанный на процессоре PowerPC 405 с 512 КБ выделенной статической оперативной памяти (SRAM), OCC контролирует весь чип. ^[12]

Представленный в 1999 году, PowerPC 440 был первым ядром PowerPC от IBM, включающим расширение Book E в спецификацию PowerPC. Он также включал технологию шины CoreConnect , разработанную как интерфейс между частями внутри устройства системы на кристалле (SoC) на базе PowerPC.

Это высокопроизводительное ядро ​​с отдельными 32 КБ кэшами инструкций и данных L1 , семиступенчатым внеочередным двухвыпускным конвейером, поддерживающим скорости до 800 МГц и кэши L2 до 256 КБ. В ядре отсутствует блок с плавающей точкой (FPU), но оно имеет связанный четырехступенчатый FPU, который может быть включен с помощью интерфейса APU (вспомогательный процессорный блок). Ядро 440 соответствует Power ISA v.2.03 с использованием спецификации Book III-E.

В настоящее время Xilinx использует одно или два ядра (в зависимости от семейства) в ПЛИС Virtex-5 FXT.

AMCC и IBM разрабатывают и продают автономные процессоры с 440 ядрами. IBM и Synopsys также предлагают полностью синтезированные ядра.

BRE440 Rad Hard SOC

Broad Reach Engineering использовала синтезированное ядро ​​IBM 440 для создания радиационно-устойчивой встроенной SoC, которая включает в себя различные периферийные устройства (два Ethernet MAC, PCI, контроллеры памяти, контроллеры DMA, EDAC и SIO), 32 КБ кэша L1 и 256 КБ кэша L2. Это устройство было создано с использованием rad hard процесса Honeywell HX5000 на 150 нм. BRE440 работает на тактовых частотах от десятков МГц до 150 МГц.

QCDOC

QCDOC — это специализированный суперкомпьютер, созданный для решения небольших, но чрезвычайно требовательных к вычислениям задач в квантовой физике . Он использует специализированные микросхемы ASIC на базе 440 для достижения пиковой производительности около 10 TFLOPS.

Синий Ген/Л

В процессорах суперкомпьютера IBM Blue Gene/L , который до июня 2008 года занимал первое место в списке 500 лучших суперкомпьютеров мира, достигнув пиковой производительности почти 500 терафлопс в 2008 году, используются два ядра по 440 единиц.

СиСтар

Ядро 440 также используется в суперкомпьютерах Cray XT3 , XT4 и XT5 , где его коммуникационные процессоры SeaStar, SeaStar2 и SeaStar2+ тесно связывают интерфейс памяти HyperTransport с маршрутизацией к другим узлам в кластерах суперкомпьютеров. Устройство SeaStar обеспечивает соединение со скоростью 6,4 ГБ/с с процессорами на базе Opteron через HyperTransport (совместно создавая элемент обработки, PE), а также шесть соединений со скоростью 7,6 ГБ/с с соседними PE. SeaStar2+ предлагает внутриузловую пропускную способность 9,6 ГБ/с и функциональность исправления ошибок для перехвата ошибок на пути между вычислительными узлами.

АМСС 460

PowerPC 460EX и 460GT от AMCC, несмотря на свое название, являются процессорами с ядром 440. ^[13] Они доступны в диапазоне от 0,6 до 1,2 ГГц и имеют интегрированные контроллеры для DDR или DDR2 SDRAM, USB 2.0, PCIe, SATA и Gigabit Ethernet.

Титан

Компания Intrinsity разработала ныне несуществующее ядро ​​Titan для AppliedMicro с нуля, используя спецификацию ядра PowerPC 440. AppliedMicro использовала ядро ​​Titan в своих высокопроизводительных системах на кристалле семейства APM832xx, но эти детали так и не появились на рынке.

Виртекс-5 FXT

В своей линейке продуктов Virtex-5 FXT FPGA компания Xilinx встраивает до двух ядер PPC440. Встроенный PPC440 имеет максимальную частоту 550 МГц и подключается к окружающей FPGA-матрице через специальный коммутатор-переключатель, увеличивая производительность системы семейства Virtex-5 FXT более чем в 2,6 раза по сравнению со встроенным PPC405 семейства Virtex-4 FX.

БИС САС

LSI использует ядро ​​PowerPC 440 в ряде своих микросхем контроллеров SAS , включая широко используемый вариант SAS2008. ^[14]

Acalis CPU872

Acalis CPU872 — это высокоспециализированный чип Security SoC, созданный CPU Tech. Он разработан для высокочувствительных и критически важных систем, таких как военные приложения. Он имеет средства для предотвращения несанкционированного доступа и обратного проектирования и производится на высокозащищенном Trusted Foundry IBM. Он имеет встроенную DRAM , два ядра 440 с двухточечными FPU и вспомогательные вычислительные блоки, обеспечивающие ускорение и защиту для коммуникаций, сложных алгоритмов и синхронизации между ядрами. ^[15]

Ядро суперкомпьютера Blue Gene/P разработано и изготовлено IBM. Оно очень похоже на PowerPC 440, но подробности о нем раскрыты не так уж и много.

Синий Ген/P

Процессор Blue Gene/P состоит из четырех ядер PowerPC 450, работающих на частоте 850 МГц, достигающих в общей сложности 13,6 гигафлопс . IBM заявляет о очень энергоэффективной конструкции по сравнению с другими процессорами суперкомпьютеров. ^[16]

Представленные в 2006 году ядра 460 похожи на 440, но достигают 1,4 ГГц, разработаны с учетом многоядерных приложений и имеют 24 дополнительные инструкции цифровой обработки сигналов (DSP). Ядра разработаны для низкого энергопотребления, но высокой производительности, и ожидается, что 464-H90 будет потреблять всего 0,53 Вт на частоте 1 ГГц. Ядро 460 соответствует Power ISA v.2.03 с использованием спецификации Book III-E.

• PowerPC 460S – полностью синтезированное ядро, которое может быть лицензировано IBM или Synopsys для производства на различных литейных заводах . 460S может быть сконфигурирован с различным объемом кэш-памяти L1 и L2, а также с SMP и FPU или без них. ^[17]
• PowerPC 464-H90 — 90-нм процессор с жестким ядром (не синтезируемым), выпущенный в 2006 году, будет предлагать настраиваемое ядро ​​для ASIC , которые могут быть изготовлены IBM или на производственных предприятиях Chartered или Samsung .
• PowerPC 464FP-H90 – выпущенный в 2007 году, представляет собой аппаратное ядро, в которое добавлен блок операций с плавающей запятой двойной точности (FPU).

• PowerPC 460SX и 460GTx основаны на ядре 464-H90. Они нацелены на высокопроизводительные приложения хранения и сети соответственно. Они работают на частоте от 0,8 до 1,2 ГГц, имеют 512 КБ кэша L2, который также используется как хранилище SRAM , контроллер памяти DDR2 с тактовой частотой 400 МГц, четыре контроллера Gigabit Ethernet, контроллеры PCIe и множество ускорителей и контроллеров для конкретных приложений. Они производятся по 90-нм техпроцессу.
• APM82181 — SoC на базе 464 с частотой 0,8–1 ГГц, разработанная для устройств хранения данных. Контроллер DDR2, 256 КБ SRAM, настраиваемая как кэш L2. Интерфейсы PCIe, SATA2, USB2, Gbit Ethernet и другие интерфейсы ввода-вывода и ускорители, такие как TCP/IP offloading, RAID5 и криптографические ускорители.
• APM86190 и APM86290 PACKETpro – под кодовым названием «Mamba» – это одно- и двухъядерные SoC-процессоры на базе ядра PowerPC 465, работающие на частоте 0,6–1,5 ГГц. Кэш L1 объемом 32 КБ для инструкций/32 КБ для данных и кэш L2 объемом 256 КБ, контроллер DDR3, PCIe, SATA2, USB2, Gbit Ethernet и различные другие интерфейсы ввода-вывода и ускорители, такие как разгрузка TCP/IP и ускоритель криптографии с энергонезависимым хранилищем для криптографических ключей, безопасной загрузки и обнаружения несанкционированного доступа.
• APM86791 PACKETpro – под кодовым названием «Keelback», это одноядерный процессор SoC на базе ядра PowerPC 465, работающий на частоте 1 ГГц с 32 КБ кэшей L1 для инструкций/32 КБ данных и 256 КБ кэша L2, контроллером DDR3, 2x PCIe, 2x SATA2, 2x USB2, 4x Gbit Ethernet. Он также включает в себя криптографический ускоритель на базе ARM Cortex-M3 под названием SLIMpro, работающий на частоте 250 МГц, который обеспечивает безопасную загрузку из ПЗУ и обнаружение взлома. ^{[18] [19]}

Встроенное и настраиваемое ядро ​​470, соответствующее Power ISA v2.05 Book III-E, было разработано IBM совместно с LSI и реализовано в PowerPC 476FP в 2009 году. ^[20] Ядро 476FP имеет кэш L1 объемом 32/32 КБ, два целочисленных блока и совместимый с SIMD FPU двойной точности , который обрабатывает инструкции DSP . Излучает 1,6 Вт на частоте 1,6 ГГц по 45-нм техпроцессу. 9-ступенчатый конвейер с 5 выпусками обрабатывает скорости до 2 ГГц, поддерживает шину PLB6, кэш L2 объемом до 1 МБ и до 16 ядер в конфигурациях SMP .

• LSI Axxia ACP3448 – 1,8 ГГц, 4 ядра 476FP, кэш L2 объемом 512 КБ на ядро, кэш L3 объемом 4 МБ на кристалле, 2 контроллера DDR3, 2 порта Ethernet 10 Гбит/с, 3 порта PCIe и различные сетевые процессоры ^[21]
• C*Core C1000 – семейство встраиваемых процессоров на базе 476FP-ядер для бытовой электроники ^[22]
• ChinaChip CC2000 – процессор на базе 476FP-ядер со встроенным DSP и GPU для игровых консолей
• Модуль NTC 1888TKh018  – SoC для бортовых систем обработки видео и мультимедиа воздушных судов

• Power.org
• CoreConnect

• Halfhill, Tom R. (25 октября 1999 г.). "IBM PowerPC 440 достигает 1000 MIPS". Microprocessor Report .
• Halfhill, Tom R. (21 июля 2000 г.). "PowerPC 440GP: Великолепный коммуникатор". Microprocessor Report .

• 405 ядро
• Ядро IBM PowerPC 440
• Ядро IBM PowerPC 460
• Страница AMCC PowerPC 400