พาวเวอร์พีซี

พาวเวอร์พีซี
นักออกแบบ	จุดมุ่งหมาย
บิต	32 บิต / 64 บิต (32 → 64)
แนะนำ	ตุลาคม พ.ศ. 2535
เวอร์ชั่น	2.02
ออกแบบ	RISC
พิมพ์	โหลด-จัดเก็บ
การเข้ารหัส	ค่าคงที่/ค่าแปรผัน (หนังสือ E)
การแตกแขนง	รหัสเงื่อนไข
เอนเดียนเนส	ใหญ่/ไบ
ส่วนขยาย	AltiVec , PowerPC AS , APU
ผู้สืบทอด	พาวเวอร์ ไอเอ
ทะเบียน
อเนกประสงค์	32
จุดลอยตัว	32
เวกเตอร์	32 (พร้อมAltiVec )

PowerPC ( ชื่อย่อ มาจาก Performance Optimization With Enhanced RISC – Performance Computingบางครั้งย่อว่าPPC ) เป็นสถาปัตยกรรมชุด คำสั่ง (ISA) แบบลด ชุดคำสั่ง (RISC ) ที่สร้างขึ้นโดย พันธมิตร Apple – IBM – Motorola ในปี 1991 ซึ่งรู้จักกันในชื่อAIM PowerPC ในฐานะชุดคำสั่งที่พัฒนาขึ้น ได้รับการตั้งชื่อว่าPower ISAตั้งแต่ปี 2006 ในขณะที่ชื่อเดิมยังคงเป็นเครื่องหมายการค้าสำหรับโปรเซสเซอร์ที่ใช้ สถาปัตยกรรม Power Architecture บางรุ่น

เดิมทีสถาปัตยกรรมนี้ถูกออกแบบมาเพื่อ ใช้กับ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล เป็นที่รู้จักกันดีในฐานะสถาปัตยกรรมที่ใช้ในคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปและแล็ปท็อปของ Apple ตั้งแต่ปี 1994 ถึง 2006 และในเครื่องเล่นเกม หลายรุ่น รวมถึง Xbox 360ของ Microsoft , PlayStation 3 ของ Sony และGameCube , WiiและWii U ของ Nintendo นอกจากนี้ PowerPC ยังถูกใช้ใน ยานสำรวจ CuriosityและPerseveranceบนดาวอังคาร และดาวเทียมต่างๆ อีกด้วย ปัจจุบัน PowerPC กลายเป็นสถาปัตยกรรมเฉพาะกลุ่มสำหรับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานกับAmigaOS 4แต่ยังคงได้รับความนิยมในระบบฝังตัว (embedded systems )

PowerPC เป็นหัวใจสำคัญของ โครงการ PRePและCommon Hardware Reference Platform (CHRP) ของ AIM ในช่วงทศวรรษ 1990 โดยส่วนใหญ่แล้วมันมีพื้นฐานมาจากสถาปัตยกรรม IBM POWER รุ่นก่อนหน้า และยังคงรักษาความเข้ากันได้ในระดับสูง สถาปัตยกรรมทั้งสองมีความใกล้เคียงกันมากพอที่โปรแกรมและระบบปฏิบัติการ เดียวกันสามารถทำงานได้บนทั้งสองระบบ หากมีการเตรียมการอย่าง รอบคอบ ชิปรุ่นใหม่ในซีรี่ส์ Powerใช้Power ISA

ประวัติศาสตร์

ประวัติความเป็นมาของ RISC เริ่มต้นจาก โครงการวิจัย 801 ของ IBM ซึ่งJohn Cockeเป็นหัวหน้าทีมพัฒนา โดยเขาได้พัฒนาแนวคิดของRISCในช่วงปี 1975–78 ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้สถาปัตยกรรม 801 ถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ฝังตัวของ IBM หลายรุ่น และในที่สุดก็กลายเป็น โปรเซสเซอร์ IBM ROMP แบบ 16 รีจิสเตอร์ ที่ใช้ในIBM RT PC RT PC เป็นคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบอย่างรวดเร็วโดยใช้สถาปัตยกรรม RISC ระหว่างปี 1982 ถึง 1984 IBM เริ่มโครงการสร้างไมโครโปรเซสเซอร์ที่เร็วที่สุดในตลาด สถาปัตยกรรม 32 บิต ใหม่นี้ ถูกเรียกว่าโครงการ Americaตลอดวงจรการพัฒนาซึ่งกินเวลาประมาณ 5–6 ปี ผลลัพธ์ที่ได้คือสถาปัตยกรรมชุดคำสั่ง POWERซึ่งเปิดตัวพร้อมกับRISC System/6000ในช่วงต้นปี 1990

ไมโครโปรเซสเซอร์ POWER รุ่นดั้งเดิมซึ่งเป็นหนึ่งใน ไมโครโปรเซสเซอร์ RISC แบบซูเปอร์สเกลาร์ รุ่นแรกๆ นั้น เป็นการออกแบบแบบหลายชิปที่มีประสิทธิภาพสูง ในไม่ช้า IBM ก็ตระหนักว่าจำเป็นต้องมีไมโครโปรเซสเซอร์แบบชิปเดียวเพื่อขยายสายผลิตภัณฑ์ RS/6000 จากเครื่องระดับล่างไปจนถึงเครื่องระดับสูง จึงเริ่มพัฒนาไมโครโปรเซสเซอร์ POWER แบบชิปเดียว โดยใช้ชื่อว่า RSC ( RISC Single Chip ) ในช่วงต้นปี 1991 IBM ตระหนักว่าการออกแบบนี้มีศักยภาพที่จะกลายเป็นไมโครโปรเซสเซอร์ที่ผลิตในปริมาณมากและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

การมีส่วนร่วมของ Apple และ Motorola

Apple ตระหนักถึงข้อจำกัดและความเสี่ยงของการพึ่งพาผู้จำหน่าย CPU เพียงรายเดียวในขณะที่ Motorola กำลังล้าหลังในการส่งมอบ CPU 68040ยิ่งไปกว่านั้น Apple ยังได้ทำการวิจัยของตนเองและออกแบบ CPU แบบควอดคอร์ทดลองที่เรียกว่า Aquarius ^{[ 2 ]}^{: 86–90}ซึ่งทำให้ผู้นำด้านเทคโนโลยีของบริษัทเชื่อมั่นว่าอนาคตของการประมวลผลอยู่ที่วิธีการ RISC ^{[ 2 ]}^{: 287–288} IBM ติดต่อ Apple โดยมีเป้าหมายที่จะร่วมมือกันในการพัฒนาตระกูลไมโครโปรเซสเซอร์แบบชิปเดี่ยวโดยใช้สถาปัตยกรรม POWER ไม่นานหลังจากนั้น Apple ซึ่งเป็นหนึ่งในลูกค้ารายใหญ่ที่สุดของ Motorola สำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ระดับเดสก์ท็อป^{[ 3 ]}ได้ขอให้ Motorola เข้าร่วมการเจรจาเนื่องจากความสัมพันธ์อันยาวนาน Motorola มีประสบการณ์ในการผลิตไมโครโปรเซสเซอร์จำนวนมากมากกว่า IBM และเพื่อสร้างแหล่งที่มาที่สองสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์ ความร่วมมือสามฝ่ายระหว่าง Apple, IBM และ Motorola นี้จึงเป็นที่รู้จักในชื่อพันธมิตร AIM

ในปี 1991 พาวเวอร์พีซีเป็นเพียงส่วนหนึ่งของพันธมิตรที่ใหญ่กว่าระหว่างสามบริษัทนี้ ในเวลานั้น อุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลส่วนใหญ่กำลังจัดส่งระบบที่ใช้ชิป Intel 80386 และ 80486 ซึ่งมี สถาปัตยกรรม คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งที่ซับซ้อน (CISC) และการพัฒนาโปรเซสเซอร์เพนเทียมก็กำลังดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง ชิปพาวเวอร์พีซีเป็นหนึ่งในโครงการร่วมทุนหลายโครงการที่เกี่ยวข้องกับสมาชิกพันธมิตรทั้งสาม ในความพยายามที่จะต่อต้านการครอบงำที่เพิ่มขึ้นของไมโครซอฟต์และอินเทลในตลาดคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล

สำหรับ Motorola แล้ว POWER ดูเหมือนจะเป็นข้อตกลงที่คุ้มค่าอย่างเหลือเชื่อ มันช่วยให้บริษัทสามารถขายซีพียู RISC ที่ผ่านการทดสอบอย่างกว้างขวางและทรงพลังได้โดยใช้เงินลงทุนในการออกแบบของตนเองเพียงเล็กน้อย นอกจากนี้ยังช่วยรักษาความสัมพันธ์กับลูกค้ารายสำคัญอย่าง Apple และดูเหมือนว่าจะเปิดโอกาสให้เพิ่ม IBM เข้ามาด้วย ซึ่งอาจจะซื้อเวอร์ชันขนาดเล็กกว่าจาก Motorola แทนที่จะผลิตเอง

ในขณะนั้น Motorola มีสถาปัตยกรรม RISC ของตัวเองอยู่แล้วในชื่อ88000ซึ่งทำผลงานได้ไม่ดีนักในตลาด Motorola ประสบความสำเร็จกับ ตระกูล 68000และเงินทุนส่วนใหญ่จึงถูกทุ่มไปกับรุ่นนี้ ทำให้โครงการพัฒนา 88000 ขาดแคลนทรัพยากรไปบ้าง

ชิป 88000 นั้นอยู่ในขั้นตอนการผลิตอยู่แล้ว โดยData Generalได้จัดส่งเครื่อง 88000 และ Apple ก็มีเครื่องต้นแบบ 88000 ที่ใช้งานได้แล้ว นอกจากนี้ ชิป 88000 ยังประสบความสำเร็จในการออกแบบระบบฝังตัวในแอปพลิเคชันโทรคมนาคมหลายโครงการ หากชิป POWER รุ่นใหม่แบบชิปเดียวสามารถใช้งานร่วมกับบัสในระดับฮาร์ดแวร์กับ 88000 ได้ จะช่วยให้ทั้ง Apple และ Motorola สามารถนำเครื่องออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้นมาก เนื่องจากไม่ต้องออกแบบสถาปัตยกรรมบอร์ดใหม่

ผลลัพธ์ของข้อกำหนดต่างๆ เหล่านี้คือข้อกำหนด PowerPC ( การประมวลผลประสิทธิภาพสูง ) ความแตกต่างระหว่างชุดคำสั่ง POWER รุ่นก่อนหน้าและของ PowerPC ได้รับการสรุปไว้ในภาคผนวก E ของคู่มือสำหรับ PowerPC ISA v.2.02 ^{[ 1 ]}

ระบบปฏิบัติการ

นับตั้งแต่ปี 1991 IBM มีความปรารถนามานานแล้วที่จะมีระบบปฏิบัติการที่เป็นหนึ่งเดียวซึ่งจะรองรับระบบปฏิบัติการที่มีอยู่ทั้งหมดพร้อมกันในฐานะบุคลิกภาพบนไมโครเคอร์เนลเดียว ตั้งแต่ปี 1991 ถึง 1995 บริษัทได้ออกแบบและเผยแพร่อย่างจริงจังถึงสิ่งที่ต่อมาจะกลายเป็นWorkplace OSโดยมุ่งเป้าไปที่ PowerPC เป็นหลัก^{[ 2 ]}^{: 290–291}

เมื่อผลิตภัณฑ์ PowerPC รุ่นแรกออกสู่ตลาด ก็ได้รับการตอบรับอย่างดีเยี่ยม นอกจาก Apple แล้ว ทั้ง IBM และ Motorola Computer Group ก็ได้นำเสนอระบบที่สร้างขึ้นโดยใช้โปรเซสเซอร์เหล่านี้Microsoftได้ออกWindows NT 3.51สำหรับสถาปัตยกรรมนี้ ซึ่งถูกนำไปใช้ในเซิร์ฟเวอร์ PowerPC ของ Motorola และSun Microsystems ก็ได้นำเสนอระบบปฏิบัติการ Solarisเวอร์ชันหนึ่งIBM ได้พอร์ต ระบบปฏิบัติการ AIX Unix ของตน Workplace OS ก็ได้นำเสนอ OS/2เวอร์ชันใหม่(พร้อมการจำลอง Intel เพื่อความเข้ากันได้ของแอปพลิเคชัน) โดยรอการเปิดตัว PowerPC 620 ที่ประสบความสำเร็จ ตลอดช่วงกลางทศวรรษ 1990 โปรเซสเซอร์ PowerPC ทำ คะแนนการทดสอบ ประสิทธิภาพได้เทียบเท่าหรือสูงกว่าซีพียู x86 ที่เร็วที่สุด

ท้ายที่สุดแล้ว ความต้องการสถาปัตยกรรมใหม่บนเดสก์ท็อปก็ไม่เกิดขึ้นจริงอย่างที่หวัง ลูกค้าของ Windows, OS/2 และ Sun ต่างเมินเฉยต่อชิป PowerPC เนื่องจากขาดซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันสำหรับ PowerPC แพลตฟอร์ม Workplace OS ของ IBM (และ OS/2 สำหรับ PowerPC) ถูกยกเลิกอย่างกะทันหันหลังจากการเปิดตัวเวอร์ชันนักพัฒนาครั้งแรกในเดือนธันวาคม 1995 เนื่องจาก PowerPC 620 เปิดตัวพร้อมกันด้วยข้อบกพร่องมากมาย เวอร์ชัน PowerPC ของ Solaris และ Windows ก็ถูกยกเลิกหลังจากวางจำหน่ายได้เพียงช่วงเวลาสั้นๆ มีเพียง Macintosh เท่านั้นที่ PowerPC ได้รับความนิยม เนื่องจากความพยายามอย่างต่อเนื่องของ Apple สำหรับ Apple ประสิทธิภาพของ PowerPC เป็นจุดเด่นท่ามกลางการแข่งขันที่เพิ่มขึ้นจากพีซีที่ใช้ Windows 95 และ Windows NT

ด้วยการยกเลิก Workplace OS แพลตฟอร์ม PowerPC ทั่วไป (โดยเฉพาะCommon Hardware Reference Platform ของ AIM ) จึงถูกมองว่าเป็นการประนีประนอมเฉพาะฮาร์ดแวร์เพื่อใช้งานระบบปฏิบัติการหลายระบบพร้อมกันบนแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ที่เป็นเอกภาพและเป็นกลางต่อผู้จำหน่าย^{[ 2 ]}^{: 287–288}

ควบคู่ไปกับการเป็นพันธมิตรระหว่าง IBM และ Motorola ทั้งสองบริษัทต่างก็มีการพัฒนาผลิตภัณฑ์ภายในองค์กรของตนเองไปด้วย ผลิตภัณฑ์ตระกูล PowerQUICCเป็นผลมาจากการทำงานภายในของ Motorola ในขณะที่โปรเซสเซอร์ฝังตัวซีรีส์ 4xx นั้นอยู่ระหว่างการพัฒนาภายใน IBM ธุรกิจโปรเซสเซอร์ฝังตัวของ IBM เติบโตขึ้นจนมีรายได้เกือบ 100 ล้านดอลลาร์สหรัฐ และดึงดูดลูกค้าได้หลายร้อยราย

การพัฒนา PowerPC มีศูนย์กลางอยู่ที่ศูนย์ออกแบบซอมเมอร์เซ็ต (Somerset Design Center) ในเมืองออสติน รัฐเท็กซัส อาคารแห่งนี้ตั้งชื่อตามสถานที่ในตำนานอาร์เธอร์ที่ซึ่งกองกำลังที่ทำสงครามกันได้วางดาบลง และสมาชิกของทั้งสามทีมที่ประจำอยู่ในอาคารกล่าวว่าจิตวิญญาณที่สร้างแรงบันดาลใจให้ตั้งชื่อนี้เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้โครงการประสบความสำเร็จมาจนถึงปัจจุบัน

— MacWeek ^{[ 4 ]}

ส่วนหนึ่งของวัฒนธรรมที่นี่ไม่ใช่การยึดติดกับวัฒนธรรมของ IBM หรือ Motorola หรือ Apple แต่เป็นการสร้างวัฒนธรรมของเราเอง

— รัสเซล สแตนฟิลล์ จากโมโตโรลา ผู้อำนวยการร่วมของซัมเมอร์เซ็ต^{[ 4 ]}

การแตกแยกของ AIM

แผนภาพแสดงวิวัฒนาการของสถาปัตยกรรมชุดคำสั่ง POWER , PowerPC และPower ที่แตกต่างกัน

ในช่วงปลายทศวรรษนั้น ปัญหาด้านการผลิตเริ่มรุมเร้ากลุ่มพันธมิตร AIM ในลักษณะเดียวกับที่เคยเกิดขึ้นกับ Motorola ซึ่งเลื่อนการเปิดตัวโปรเซสเซอร์รุ่นใหม่สำหรับ Apple และผู้ผลิตรายอื่นๆ อย่างต่อเนื่อง เริ่มจาก Motorola ในช่วงทศวรรษ 1990 กับโปรเซสเซอร์ PowerPC 7xx และ 74xx และ IBM กับโปรเซสเซอร์ PowerPC 970 แบบ 64 บิตในปี 2003 ในปี 2004 Motorola ได้ถอนตัวออกจากธุรกิจการผลิตชิปโดยแยกธุรกิจเซมิคอนดักเตอร์ออกไปเป็นบริษัทอิสระชื่อFreescale Semiconductorในเวลาเดียวกัน IBM ก็ถอนตัวออกจากตลาดโปรเซสเซอร์ฝังตัวแบบ 32 บิตโดยขายสายผลิตภัณฑ์ PowerPC ให้กับApplied Micro Circuits Corporation (AMCC) และมุ่งเน้นไปที่การออกแบบชิปแบบ 64 บิต ในขณะที่ยังคงมุ่งมั่นที่จะผลิต CPU PowerPC ให้ กับผู้ผลิตเครื่องเล่นเกม เช่นNintendo GameCube , WiiและWii U , Sony PlayStation 3และMicrosoft Xbox 360ซึ่งสองรุ่นหลังใช้โปรเซสเซอร์แบบ 64 บิต ในปี 2548 แอปเปิลประกาศว่าจะไม่ใช้โปรเซสเซอร์ PowerPC ในคอมพิวเตอร์ Apple Macintosh อีกต่อไป โดยหันไปใช้ โปรเซสเซอร์ที่ผลิตโดย Intelแทน โดยอ้างถึงข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของชิปสำหรับฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องการสร้างความร้อนและการใช้พลังงาน รวมถึงความไม่สามารถของ IBM ในการพัฒนาโปรเซสเซอร์ 970 ให้มีความเร็วประมาณ 3 GHz พันธมิตรระหว่าง IBM และ Freescale ถูกแทนที่ด้วย องค์กร มาตรฐานเปิดที่เรียกว่า Power.org Power.org ดำเนินงานภายใต้การกำกับดูแลของ IEEE โดย IBM ยังคงใช้และพัฒนาโปรเซสเซอร์ PowerPC ในเครื่องเล่นเกม และ Freescale Semiconductor มุ่งเน้นเฉพาะอุปกรณ์ฝังตัวเท่านั้น

IBM ยังคงพัฒนาแกนประมวลผลไมโครโปรเซสเซอร์ PowerPC เพื่อใช้ใน ผลิตภัณฑ์ วงจรรวมเฉพาะงาน (ASIC) ของตน แอปพลิเคชันที่มีปริมาณการผลิตสูงจำนวนมากใช้แกนประมวลผล PowerPC

ปัจจุบัน ข้อกำหนดของ PowerPC อยู่ภายใต้การดูแลของ Power.org ซึ่งมี IBM, Freescale และ AMCC เป็นสมาชิก โปรเซสเซอร์ PowerPC, Cell และ POWER ถูกวางจำหน่ายร่วมกันในชื่อPower Architecture Power.org ได้ออก ISA ที่เป็นหนึ่งเดียว โดยรวม ISA ของ POWER และ PowerPC เข้าไว้ในข้อกำหนด Power ISA v.2.03 ใหม่ และแพลตฟอร์มอ้างอิงใหม่สำหรับเซิร์ฟเวอร์ที่เรียกว่า PAPR (Power Architecture Platform Reference)

รุ่นต่างๆ

การออกแบบ PowerPC จำนวนมากได้รับการตั้งชื่อและติดป้ายกำกับตามรุ่นเทคโนโลยีที่เห็นได้ชัด เริ่มต้นด้วย "G3" ซึ่งเป็นชื่อโครงการภายในAIMสำหรับการพัฒนาสิ่งที่จะกลายเป็นตระกูล PowerPC 750 [ ^{5 ] Apple}ทำให้คำว่า "G3" เป็นที่นิยมเมื่อพวกเขาเปิดตัวPower Mac G3และPowerBook G3ในงานเมื่อวันที่ 10 พฤศจิกายน 1997 Motorola และ Apple ชอบชื่อนี้และใช้คำว่า "G4" สำหรับตระกูล 7400 ที่เปิดตัวในปี 1998 ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}และPower Mac G4ในปี 1999

ในขณะที่เปิดตัว G4 นั้น Motorola ได้จัดประเภทโปรเซสเซอร์ PowerPC ทั้งหมด (ทั้งรุ่นเก่า รุ่นปัจจุบัน และรุ่นอนาคต) ตามเจเนอเรชั่นที่พวกมันยึดถือ โดยถึงขั้นเปลี่ยนชื่อคอร์ 603e รุ่นเก่าเป็น "G2" Motorola เคยมีโครงการ G5แต่ไม่ประสบความสำเร็จ และต่อมา Apple ได้นำชื่อนี้ไปใช้เมื่อ เปิด ตัวตระกูล 970ในปี 2003 แม้ว่าโปรเซสเซอร์ดังกล่าวจะได้รับการออกแบบและผลิตโดย IBM ก็ตาม

รุ่น PowerPC ตามข้อมูลของ Motorola ประมาณปี 2000 ^{[ 8 ]}: G1: โปรเซสเซอร์ตระกูล601 , 500และ800; G2: ตระกูล602 , 603 , 604 , 620 , 8200และ5000; G3: ตระกูล750และ8300; G4: ตระกูล 7400และ 8400*; G5: ตระกูล 7500 * และ8500 (โมโตโรลาเลิกใช้ชื่อ G5 หลังจากที่แอปเปิลนำไปใช้กับรุ่น 970); G6: 7600 *; (*) แบบร่างเหล่านี้ไม่ได้ถูกนำไปผลิตเป็นสินค้าจริง

คุณสมบัติการออกแบบ

โปรเซสเซอร์ PowerPC ได้รับการออกแบบตามหลักการ RISCและอนุญาตให้ ใช้งานแบบ ซูเปอร์สเกลาร์ได้ มีเวอร์ชันของการออกแบบทั้งแบบ 32 บิตและ 64 บิต โดยเริ่มต้นจากข้อกำหนด POWER พื้นฐาน PowerPC ได้เพิ่มคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

รองรับการทำงานทั้งในโหมด big- endianและ little-endian โดย PowerPC สามารถสลับจากโหมดหนึ่งไปยังอีกโหมดหนึ่งได้ในระหว่างการทำงาน (ดูด้านล่าง ) คุณสมบัตินี้ไม่รองรับในPowerPC 970
รูปแบบความแม่นยำเดี่ยวของ คำสั่ง จุดลอยตัว บาง คำสั่ง นอกเหนือจากรูปแบบความแม่นยำคู่
คำสั่งการคำนวณเลขทศนิยมเพิ่มเติมตามคำขอของแอปเปิล
ข้อกำหนด 64 บิตที่สมบูรณ์แบบซึ่งสามารถใช้งานร่วมกับโหมด 32 บิตได้
การคูณ-บวกแบบหลอมรวม
สถาปัตยกรรม การจัดการหน่วยความจำแบบแบ่งหน้าซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบเซิร์ฟเวอร์และพีซี
มีการเพิ่มสถาปัตยกรรมจัดการหน่วยความจำแบบใหม่ที่เรียกว่า Book-E ซึ่งเข้ามาแทนที่สถาปัตยกรรมจัดการหน่วยความจำแบบแบ่งหน้าแบบเดิมสำหรับแอปพลิเคชันฝังตัว Book-E เป็นซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันที่เข้ากันได้กับการใช้งาน PowerPC ที่มีอยู่ แต่ต้องการการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในระบบปฏิบัติการ

คำสั่งบางส่วนในชุดคำสั่ง POWER นั้นซับซ้อนเกินไปและถูกลบออกในสถาปัตยกรรม PowerPC คำสั่งที่ถูกลบออกบางส่วนสามารถจำลองได้โดยระบบปฏิบัติการหากจำเป็น คำสั่งที่ถูกลบออกมีดังนี้:

การเคลื่อนไหวแบบมีเงื่อนไข
คำสั่งโหลดและจัดเก็บสำหรับชนิดข้อมูลจุดลอยตัวความแม่นยำสูงระดับควอดพรีซิชั่น
คำสั่งสตริง

โหมดเอนเดียน

ชิป PowerPC ส่วนใหญ่จะสลับลำดับไบต์โดยใช้บิตใน MSR ( machine state register ) โดยมีบิตที่สองไว้เพื่อให้ระบบปฏิบัติการสามารถทำงานด้วยลำดับไบต์ที่แตกต่างกันได้ การเข้าถึง " ตารางเพจแบบกลับด้าน " (ตารางแฮชที่ทำหน้าที่เหมือนTLBที่มีหน่วยเก็บข้อมูลภายนอกชิป) จะทำในโหมดบิ๊กเอนเดียนเสมอ โปรเซสเซอร์จะเริ่มต้นในโหมดบิ๊กเอนเดียน

ในโหมด little-endian บิตสามบิตล่างสุดของแอดเดรสที่ใช้งานได้จริงจะถูกดำเนินการ exclusive-ORกับค่าสามบิตที่เลือกโดยความยาวของตัวถูกดำเนินการ แค่นี้ก็เพียงพอที่จะทำให้ซอฟต์แวร์ทั่วไปมองเห็นเป็น little-endian อย่างสมบูรณ์แล้ว แต่ระบบปฏิบัติการจะมองเห็นภาพที่บิดเบี้ยวเมื่อเข้าถึงชิปภายนอก เช่น ฮาร์ดแวร์วิดีโอและเครือข่าย การแก้ไขภาพที่บิดเบี้ยวนี้จำเป็นต้องให้เมนบอร์ดทำการสลับไบต์ 64 บิตแบบไม่มีเงื่อนไขกับข้อมูลทั้งหมดที่เข้าหรือออกจากโปรเซสเซอร์ ดังนั้น endianness จึงกลายเป็นคุณสมบัติของเมนบอร์ด ระบบปฏิบัติการที่ทำงานในโหมด little-endian บนเมนบอร์ด big-endian จะต้องทั้งสลับไบต์และยกเลิก exclusive-OR เมื่อเข้าถึงชิป little-endian

แม้ว่าการทำงานของ AltiVecจะเป็นแบบ 128 บิต แต่ก็ถูกประมวลผลเสมือนว่าเป็น 64 บิต ซึ่งทำให้สามารถใช้งานร่วมกับเมนบอร์ดแบบ little-endian ที่ออกแบบมาก่อน AltiVec ได้

ผลข้างเคียงที่น่าสนใจอย่างหนึ่งของการใช้งานนี้คือ โปรแกรมสามารถจัดเก็บค่า 64 บิต (รูปแบบตัวดำเนินการที่ยาวที่สุด) ลงในหน่วยความจำขณะอยู่ในโหมดวันเอนเดียน สลับโหมด และอ่านค่า 64 บิตเดิมกลับมาได้โดยไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงลำดับไบต์ ซึ่งจะไม่เป็นเช่นนั้นหากสลับเมนบอร์ดในเวลาเดียวกัน

Mercury Systems และMatroxใช้ PowerPC ในโหมด little-endian เพื่อให้ PowerPC ทำหน้าที่เป็นตัวประมวลผลร่วมบนบอร์ด PCI สามารถใช้โครงสร้างข้อมูลร่วมกับคอมพิวเตอร์โฮสต์ที่ใช้x86ได้ ทั้ง PCI และ x86 เป็นแบบ little-endian OS/2 และ Windows NT สำหรับ PowerPC ใช้โปรเซสเซอร์ในโหมด little-endian ในขณะที่ Solaris, AIX และ Linux ใช้ในโหมด big-endian ^{[ 9 ]}

ชิป PowerPC แบบฝังตัวของ IBM บางรุ่นใช้บิต กำหนดลำดับไบต์ต่อหน้า แต่ข้อมูลข้างต้นทั้งหมดไม่เกี่ยวข้องกับชิปเหล่านั้น

การนำไปใช้

ซีพียู PowerPC แบบกำหนดเองจากเครื่องเล่นเกมWii

การนำสถาปัตยกรรมนี้ไปใช้งานครั้งแรกคือPowerPC 601ซึ่งวางจำหน่ายในปี 1992 โดยใช้สถาปัตยกรรม RSC เป็นพื้นฐาน และเป็นการผสมผสานคำสั่งของPOWER1และ PowerPC เข้าด้วยกัน ทำให้ IBM สามารถนำชิปนี้ไปใช้ในแพลตฟอร์มที่ใช้ POWER1 อยู่แล้วได้ แม้ว่าจะทำให้เกิดความยุ่งยากเล็กน้อยเมื่อเปลี่ยนไปใช้ดีไซน์ PowerPC "แท้" รุ่นที่ 2 ก็ตาม Apple ยังคงพัฒนาคอมพิวเตอร์ Macintosh รุ่นใหม่โดยใช้ชิปนี้ต่อไป และในที่สุดก็วางจำหน่ายPower Macintosh ที่ใช้ชิป 601 ในวันที่ 14 มีนาคม 1994

การ์ดเร่งความเร็วที่ใช้ชิป PowerPC รุ่นแรกถูกสร้างขึ้นสำหรับAmigaโดยคาดการณ์ถึงการเปลี่ยนไปใช้แพลตฟอร์ม Amiga ใหม่ที่ออกแบบมาโดยใช้ PowerPC การ์ดเร่งความเร็วเหล่านี้ยังรวมถึง ซีพียู Motorola 68040หรือ68060เพื่อรักษาความเข้ากันได้กับรุ่นเก่า เนื่องจากในขณะนั้นมีแอปพลิเคชันเพียงไม่กี่แอปที่สามารถทำงานบนชิป PPC ได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม เครื่องรุ่นใหม่เหล่านั้นไม่เคยเกิดขึ้นจริง และต่อมา Commodore ก็ประกาศล้มละลาย กว่าสิบปีต่อมาAmigaOS 4ก็ได้ถูกปล่อยออกมา ซึ่งจะทำให้แพลตฟอร์มนี้ใช้สถาปัตยกรรมดังกล่าวอย่างถาวร OS4 สามารถใช้งานร่วมกับตัวเร่งความเร็วรุ่นแรกเหล่านั้นได้ รวมถึงเมนบอร์ดแบบกำหนดเองหลายรุ่นที่สร้างขึ้นสำหรับแพลตฟอร์ม Amiga รุ่นใหม่ด้วย

IBM ยังมีคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปที่ใช้โปรเซสเซอร์ PowerPC ครบชุดพร้อมจัดส่ง แต่โชคร้ายที่ระบบปฏิบัติการที่ IBM ตั้งใจจะใช้กับเดสก์ท็อปเหล่านี้—Microsoft Windows NT—ยังไม่เสร็จสมบูรณ์ในช่วงต้นปี 1993 ซึ่งเป็นช่วงที่เครื่องพร้อมวางจำหน่าย ด้วยเหตุนี้ และเนื่องจาก IBM มีความรู้สึกไม่ดีต่อ Microsoft IBM จึงตัดสินใจพอร์ตOS/2ไปยัง PowerPC ในรูปแบบของ Workplace OS แพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ใหม่นี้ใช้เวลาพัฒนาสามปี (1992 ถึง 1995) และถูกยกเลิกในการเปิดตัวเวอร์ชันสำหรับนักพัฒนาในเดือนธันวาคม 1995 เนื่องจาก PowerPC 620 เปิดตัวได้ไม่ประสบความสำเร็จ ด้วยเหตุนี้ คอมพิวเตอร์เดสก์ท็อป PowerPC ของ IBM จึงไม่ได้วางจำหน่าย แม้ว่าแบบจำลองอ้างอิง (รหัสชื่อ Sandalbow) ที่ใช้ CPU PowerPC 601 จะถูกปล่อยออกมาในรุ่น RS/6000 (นิตยสารByte ฉบับ เดือนเมษายน 1994 มีบทความที่ครอบคลุมเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อป PowerPC ของ Apple และ IBM)

Apple ซึ่งไม่มีระบบปฏิบัติการที่ใช้ PowerPC เช่นกัน จึงเลือกใช้วิธีที่แตกต่างออกไป โดยใช้แพลตฟอร์มการพกพาที่ได้มาจากโครงการลับ Star Trekบริษัทได้พอร์ตส่วนประกอบสำคัญของ ระบบปฏิบัติการ Mac OSไปยังสถาปัตยกรรม PowerPC และยังเขียนโปรแกรมจำลอง 68kที่สามารถเรียกใช้ แอปพลิเคชันที่ใช้ 68kและส่วนต่างๆ ของระบบปฏิบัติการที่ยังไม่ได้เขียนใหม่ได้ อีกด้วย

รุ่นที่สองเป็น "รุ่นบริสุทธิ์" และประกอบด้วย PowerPC 603 "ระดับล่าง" และ PowerPC 604 "ระดับสูง" PowerPC 603 โดดเด่นด้วยต้นทุนและการใช้พลังงานที่ต่ำมาก นี่เป็นเป้าหมายการออกแบบโดยเจตนาของ Motorola ซึ่งใช้โครงการ 603 เพื่อสร้างแกนหลักพื้นฐานสำหรับชิป PPC รุ่นต่อๆ ไปทั้งหมด Apple พยายามใช้ 603 ในการออกแบบแล็ปท็อปใหม่ แต่ไม่สามารถทำได้เนื่องจากแคชระดับ 1 มีขนาดเล็กเพียง 8 KB อีมูเลเตอร์ 68000 ใน Mac OS ไม่สามารถใส่ลงใน 8 KB ได้จึงทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานช้าลงอย่างมาก^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} 603e แก้ปัญหานี้ได้โดยมี แคช L1 ขนาด 16 KB ซึ่งช่วยให้อีมูเลเตอร์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในปี 1993 นักพัฒนาที่ โรงงาน Essex Junction ของ IBM ในเมืองเบอร์ลิงตัน รัฐเวอร์มอนต์เริ่มทำงานกับ PowerPC เวอร์ชันที่รองรับชุดคำสั่ง Intel x86โดยตรงบน CPU แม้ว่านี่จะเป็นเพียงหนึ่งในหลายโครงการสถาปัตยกรรม POWER ที่ IBM กำลังดำเนินการอยู่ แต่ชิปนี้เริ่มเป็นที่รู้จักภายใน IBM และในสื่อต่างๆ ในชื่อPowerPC 615ความกังวลเรื่องผลกำไรและข่าวลือเกี่ยวกับปัญหาด้านประสิทธิภาพในการสลับระหว่างชุดคำสั่ง x86 และ PowerPC ดั้งเดิม ส่งผลให้โครงการถูกยกเลิกในปี 1995 หลังจากผลิตชิปเพียงจำนวนจำกัดสำหรับการทดสอบภายในเท่านั้น นอกเหนือจากข่าวลือแล้ว กระบวนการสลับใช้เวลาเพียง 5 รอบ หรือระยะเวลาที่โปรเซสเซอร์ต้องการในการล้างไปป์ไลน์คำสั่ง Microsoft ยังมีส่วนทำให้โปรเซสเซอร์นี้ล้มเหลวด้วยการปฏิเสธที่จะสนับสนุนโหมด PowerPC ^{[ 12 ]}

โปรเซสเซอร์ 64 บิตรุ่นแรกคือPowerPC 620แต่ดูเหมือนว่าจะไม่ค่อยได้ใช้งานมากนัก เนื่องจาก Apple ไม่ต้องการซื้อ และเนื่องจากพื้นที่ชิปขนาดใหญ่ ทำให้มีต้นทุนสูงเกินไปสำหรับตลาดอุปกรณ์ฝังตัว ต่อมาจึงออกมาช้ากว่าที่สัญญาไว้ และ IBM จึงใช้ การออกแบบ POWER3 ของตนเอง แทน โดยไม่มีเวอร์ชัน 64 บิต "ขนาดเล็ก" จนกระทั่งการเปิดตัวPowerPC 970 ในช่วงปลายปี 2002 970 เป็นโปรเซสเซอร์ 64 บิตที่พัฒนามาจาก โปรเซสเซอร์เซิร์ฟเวอร์ POWER4ในการสร้างนั้น แกนหลักของ POWER4 ได้รับการดัดแปลงให้สามารถใช้งานร่วมกับโปรเซสเซอร์ PowerPC 32 บิตได้ และมีการเพิ่มหน่วยประมวลผลเวกเตอร์ (คล้ายกับ ส่วนขยาย AltiVecในซีรี่ส์ 74xx ของ Motorola)

โปรเซสเซอร์ RS64ของ IBM เป็นตระกูลชิปที่ใช้สถาปัตยกรรม PowerPC เวอร์ชัน "Amazon" โปรเซสเซอร์เหล่านี้ใช้ใน ตระกูลคอมพิวเตอร์ RS/6000และIBM AS/400สถาปัตยกรรม Amazon ประกอบด้วยส่วนขยายที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งใช้โดย AS/400 ^{[ 13 ]}โปรเซสเซอร์ POWER4 และ POWER รุ่นต่อมาใช้สถาปัตยกรรม Amazon และแทนที่ชิป RS64 ในตระกูล RS/6000 และ AS/400

IBM ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์กลุ่มใหม่ที่เรียกว่า "4xx" โดยมุ่งเน้นตลาดอุปกรณ์ฝังตัว (embedded market) ผลิตภัณฑ์ในกลุ่มนี้ได้แก่ 401, 403, 405, 440 และ 460 ในปี 2547 IBM ได้ขายผลิตภัณฑ์กลุ่ม 4xx ให้กับ Applied Micro Circuits Corporation (AMCC) AMCC ยังคงพัฒนาผลิตภัณฑ์ประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง โดยส่วนหนึ่งใช้เทคโนโลยีของ IBM ร่วมกับเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นภายใน AMCC เอง ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มุ่งเน้นการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงระบบเครือข่าย ระบบไร้สาย ระบบจัดเก็บข้อมูล การพิมพ์/การสร้างภาพ และระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

ในเชิงตัวเลขแล้ว PowerPC พบได้ในอุปกรณ์ควบคุมต่างๆ ในรถยนต์เป็นส่วนใหญ่ สำหรับตลาดรถยนต์นั้น Freescale Semiconductor ได้นำเสนอผลิตภัณฑ์หลายรุ่นใน ตระกูล MPC5xxเช่น MPC555 ซึ่งสร้างขึ้นบนแกนประมวลผล 601 รุ่นดัดแปลงที่เรียกว่า 8xx และออกแบบในอิสราเอลโดย MSIL (Motorola Silicon Israel Limited) แกนประมวลผล 601 เป็นแบบประมวลผลคำสั่งเดียว (single issue) หมายความว่าสามารถประมวลผลคำสั่งได้เพียงคำสั่งเดียวในหนึ่งรอบสัญญาณนาฬิกา จึงมีการเพิ่มฮาร์ดแวร์แบบกำหนดเองต่างๆ เข้าไปเพื่อให้สามารถรับส่งข้อมูล (I/O) บนชิปตัวเดียวได้ ในปี 2547 อุปกรณ์ 55xx รุ่นใหม่ที่มีหมายเลขสี่หลัก ได้เปิดตัวสำหรับตลาดรถยนต์ โดยใช้แกนประมวลผล PowerPC ซีรีส์ e200 รุ่นใหม่กว่า

ระบบเครือข่ายเป็นอีกหนึ่งพื้นที่ที่พบโปรเซสเซอร์ PowerPC แบบฝังตัวจำนวนมาก MSIL นำ เอ็นจิ้น QUICCจากMC68302มาสร้างเป็นPowerQUICC MPC860 ซึ่งเป็นโปรเซสเซอร์ที่มีชื่อเสียงมากและถูกใช้ใน เราเตอร์ Cisco edge หลายรุ่นในช่วงปลายทศวรรษ 1990 รุ่นต่างๆ ของ PowerQUICC ได้แก่ MPC850 และ MPC823/MPC823e ทุกรุ่นมีไมโครเอ็นจิ้น RISC แยกต่างหากที่เรียกว่าCPMซึ่งทำหน้าที่ถ่ายโอนงานประมวลผลการสื่อสารจากหน่วยประมวลผลกลางและมีฟังก์ชันสำหรับDMAชิปรุ่นต่อมาในตระกูลนี้คือ MPC8260 มีแกนประมวลผลที่ใช้ 603e และ CPM ที่แตกต่างออกไป

นอกจากนี้ Honda ยังใช้โปรเซสเซอร์ PowerPC สำหรับหุ่นยนต์ASIMO ของตนด้วย ^{[ 14 ]}

ในปี พ.ศ. 2546 BAE Systems Platform Solutionsได้ส่งมอบคอมพิวเตอร์จัดการยานพาหนะสำหรับ เครื่องบินขับไล่ F-35แพลตฟอร์มนี้ประกอบด้วย PowerPC สองตัวที่ผลิตโดย Freescale ในการตั้งค่าสำรองสามเท่า^{[ 15 ]}

สถาบันพัฒนาการบินได้ทดสอบคอมพิวเตอร์ควบคุมการบินดิจิทัลประสิทธิภาพสูง ซึ่งขับเคลื่อนด้วยชุดโปรเซสเซอร์ PowerPC แบบควอดราเพล็กซ์บนเครื่องบินHAL Tejas Mark 1Aในปี 2024 ^{[ 16 ]}

ระบบปฏิบัติการ

ระบบปฏิบัติการที่ทำงานบนสถาปัตยกรรม PowerPC โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นระบบปฏิบัติการที่มุ่งเน้นระบบ PowerPC ทั่วไป และระบบปฏิบัติการที่มุ่งเน้นระบบ PowerPC ฝังตัว

พื้นเมือง

AmigaOS 4
ระบบปฏิบัติการ Mac OS รุ่นคลาสสิกตั้งแต่System 7 .1.2 และCopland
บีโอเอส อาร์5 โปร
- ไฮกุการทดลอง^{[ 17 ]}
IBM i ; เดิมชื่อ i5/OS และเดิมทีคือ OS/400
มอร์โฟโอส
แผน 9
นรก
POSIX : ยูนิซ , คล้ายยูนิซ
- RhapsodyบนMac OS X Leopard 10.5.8
- เอไอเอ็กซ์
- ระบบปฏิบัติการสำหรับสถานที่ทำงาน (Workplace OS ) รวมถึงเวอร์ชันพอร์ตของOS/2
- ฟรีบีเอสดี^{[ 18 ]}
- เน็ตบีเอสดี
- OpenBSD , macppc 32 บิต^{[ 19 ]}
- ลินุกซ์
  - Arch Linuxรองรับในพอร์ตที่ไม่เป็นทางการ^{[ 20 ]}
  - CRUX PPCเวอร์ชัน 2.0.1.1
  - เดเบียน :
    - พาวเวอร์พีซี 32 บิตพอร์ตที่เผยแพร่ตั้งแต่Potato ^{[ 21 ]}
    - 64-bit big-endian ppc64 ^{[ 22 ]}ในการพัฒนาที่หยุดชะงักเป็นส่วนใหญ่
    - 64-bit little-endian ppc64leเป็นพอร์ตที่เผยแพร่แล้วตั้งแต่เวอร์ชันjessie
  - เฟโดรา
  - Gentoo Linuxพร้อมรุ่น 32 บิตppc และ รุ่น64 บิตppc64 ^{[ 23 ]}
  - MintPPCรองรับ Mac 32/64 บิตแบบ Old World และ New World ที่ใช้ Linux Mint LXDE และ Debian ^{[ 24 ]}
  - MkLinuxคือระบบปฏิบัติการ Linux ที่ใช้เคอร์เนล Mach สำหรับเครื่อง Mac รุ่นเก่า ซึ่งเปิดตัวอย่างเป็นทางการโดย Apple
  - openSUSE
  - เรดแฮท เอ็นเตอร์ไพรส์ ลินุกซ์^{[ 25 ]}
  - SUSE Linux Enterprise Server
  - อูบันตู^{[ 26 ]}
  - Yellow Dog Linuxรองรับระบบ 32/64 บิตอย่างเต็มรูปแบบ; PS3
  - Void Linuxรองรับการแยกสาขาของบุคคลที่สาม^{[ 27 ]}สำหรับ 32 บิตและ 64 บิต (big-endian และ little-endian)
- Solaris 2.5.1 PowerPC edition บนแพลตฟอร์ม PReP
  - OpenSolarisทดลอง^{[ 28 ]}^{[ 29 ]}
JavaOS
Windows NT 3.5, ^{[ 30 ]} 3.51 และ 4.0
ReactOSพอร์ต PowerPC ไม่อยู่ระหว่างการพัฒนาอย่างต่อเนื่องอีกต่อไป^{[ 31 ]}
ซอฟต์แวร์ระบบGameCube , WiiและWii U
ซอฟต์แวร์ระบบ Xbox 360
CellOSสำหรับPlayStation 3
เฮเลนโอเอส

ฝังตัว

เอ็ม-อาร์ทีโอเอส
วีเอ็กซ์เวิร์คส์
วีเอ็กซ์เวิร์คส์ 653
นิวเคลียส RTOS
LiveDevices RTA-OSEKLive
ไมโครแวร์ OS-9
ระบบปฏิบัติการเราเตอร์ MikroTik
มอนตาวิสต้า ลินุกซ์
วินด์ริเวอร์ลินุกซ์
คิวเอ็นเอ็กซ์
ซิสโก้ ไอโอเอส
ซิสโก้ แอร์โอเอส
ลินซ์โอเอส
แพลตฟอร์มระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ (RTOS) และเวอร์ชวลไลเซชันPikeOS จาก SYSGO
ELinOS ระบบปฏิบัติการลินุกซ์แบบฝังตัว
อีคอส
บรอดคอม บีซีเอ็ม เทค
RTEMS
ระบบปฏิบัติการ Linuxแบบฝังตัว BlueCat จากLynuxWorks
ระบบปฏิบัติการฝังตัว (OSE) จากENEA AB
ความซื่อสัตย์
ระบบปฏิบัติการ Junoสำหรับเราเตอร์และสวิตช์ของ Juniper Networks
ฟรีอาร์ทีโอเอส
เดออส^{[ 32 ]}
SCIOPTA ^{[ 33 ]} RTOS ได้รับการรับรองตามมาตรฐานIEC61508 , EN50128 และ ISO26262
ระบบปฏิบัติการ PowerPC แบบฝังตัวโดย IBM ^{[ 34 ]}

ผู้รับใบอนุญาต

บริษัทต่างๆ ที่ได้รับใบอนุญาตใช้งานโปรเซสเซอร์ POWER 64 บิต หรือ PowerPC 32 บิต จาก IBM ได้แก่: