计算机硬件架构四

Posted 2020-08-31

Power：主要指：1. 一种由IBM公司设计开发的一种基于RISC架构的指令集体系构架（ISA)，被称为POWER ISA。

2. 是实现了POWER ISA的处理器系列的名称。POWER系列处理器在不少IBM服务器、超级计算机、小型计算机及工作站中。

历史

POWER的历史可以追溯到IBM 801处理器体系结构之前，大约1975年前后在IBM公司的T.J.Watson研究中心，John Cocke和同事们研究有关"电话呼叫转换"的课题，这一课题中有一个目标是要求设计一款处理器，它能够在每个时钟周期内执行一条指令，从而在尽可能短的时间内处理尽可能多的电话呼叫，实现的这个处理器体系结构后来被称之为IBM 801。IBM 801几乎是第一个精简指令系统处理器，大约120条指令，相比原有的CISC（复杂指令系统）处理器，不仅处理能力有了巨大的提升，而且功耗也更小，设计及制造成本也更低。1986年IBM推出的PC RT是第一台基于801处理器的商用计算机。

也是在1986年前后，John Cocke进入位于美国Austin到"America"项目中继续进行CPU体系结构方面的研究，这一项目的成果成为今天的POWER/PowerPC体系结构的基础。由于在RISC和编译器优化方面的杰出贡献，John Cocke获得了1987年的图灵奖。

POWER1——第一代的POWER处理器，诞生于1990年2月，随着IBM的RS/6000系列计算机系统发布。

POWER2——于1993年11月发布，并在当时成为性能最高的处理器。

POWER3——于1998年发布，POWER3以及随后的POWER系列处理器均全部实施了64-bit PowerPC架构，并都不再支持更早之前的旧POWER指令集架构（ISA)，包括PowerPC指令集架构或任何POWER2所追加延伸的指令，如lfq或stfq等，都不再具备与支持。

POWER4——于2001年发布，POWER4是第一款频率超过1GHz的POWER处理器。POWER4实现了POWER ISA v.2.00。

POWER5——于2004年发布，POWER5是一款双核处理器，并在逻辑上实现了4核心运算。

POWER6——于2007年5月发布，POWER6采用了65纳米工艺设计。摒弃了乱序运算单元，而采用顺序运算的流水线设计，其最高运行频率达到了恐怖的5GHz，对应POWER ISA v.2.03。

POWER7——于2010年2月发布，POWER7采用了45纳米的SOI工艺设计。运行频率介于 3.0GHz 到 4.25GHz 之间。每个处理器集成4、6或者8核心，且每核心可以采用4路SMT线程，且由于芯片同时集成了SRAM和DRAM工艺，L3缓存最高可达32M，对应POWER ISA v.2.06。

POWER8——2013年8月26号发布，Power 8是专为云计算服务器而生的。Power 8处理器最大为12核心设计，超线程技术从上代产品的4-Way SMT提高到了8-Way SMT，也就说其最大能够支持96线程，即便是Intel也只能对此望洋兴叹了。12颗核心共享96MB的三级缓存，另外还可以使用128MB的eDRAM四级缓存，但四级缓存并没有封装在处理器内部。

单核方面，每颗核心拥有64K的数据缓存、32K的指令缓存以及512K的二级缓存，包含有16个执行单元，分别是2个FXU、2个LSU、2个LU、4个FPU、2个VMX、1个Crypto、1个DFU、一个CR以及一个BR。相比Power 7系列来说单线程性能最大提升60%。

内存方面，Power 8总带宽高达230GB/s，同时支持事务性内存，支持Crypto&内存扩展，另外还支持PCI-E 3.0技术。

功耗管理方面，Power 8处理器和Haswell有些相似，在芯片内部直接集成了VRM模块，支持内部功耗控制。

PowerPC：二十世纪九十年代，IBM(国际商用机器公司)、Apple（苹果公司）和Motorola（摩托罗拉）公司开发PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。第一代PowerPC采用0.6微米的生产工艺，晶体管的集成度达到单芯片300万个。

PowerPC处理器家族包括的一些极为经典的通信处理器介绍：

MPC860：MPC860 PowerQUICC内部集成了微处理器和一些控制领域的常用外围组件，特别适用于通信产品。PowerQUICC 可以被称为MC68360的在网络和数据通信领域的新一代产品，提高了器件运行的各方面性能，包括器件的适应性、扩展能力和集成度等。类似于MC68360 QUICC，MPC860 PowerQUICC集成了两个处理块。一个处理块是嵌入的PowerPC核，另一个是通信处理模块（CPM），与MC68360的CPM基本类似。由于CPM分担了嵌入式PowerPC核的外围工作任务，这种双处理器体系结构功耗要低于传统的体系结构的处理器。

MPC8245：MPC8245集成PowerPC处理器适用于那些对成本、空间、功耗和性能都有很高要求的应用领域。该器件有较高的集成度，它集5个芯片于一体，从而降低了系统的组成开销。高集成度的结果是简化了电路板的设计，降低了功耗和加快了开发调试时间。这种低成本多用途的集成处理器的设计目标是使用PCI接口的网络基础结构、电讯和其它嵌入式应用。它可用于路由器、接线器、网络存储应用和图像显示系统。

MPC8260：MPC8260 PowerQUICC II 是目前最先进的为电信和网络市场而设计的集成通信微处理器。高速的嵌入式PowerPC内核，连同极高的网络和通信外围设备集成度，摩托罗拉公司为用户提供了一个全新的整个系统解决方案来建立高端通信系统。MPC8260PowerQUICC II可以称作是MPC860 PowerQUICC的下一代产品，它在各方面的提供更高的性能，包括更大的灵活性、扩展的能力和更高的集成度。与MPC860相似，MPC8260也有两个主要的组成部分：嵌入的PowerPC内核和通信处理模块（CPM）。由于CPM分担了嵌入式PowerPC核的外围工作任务，这种双处理器体系结构功耗要低于传统的体系结构的处理器。CPM同时支持3个快速的串行通信控制器（FCC）、2个多通道控制器（MCC）、4个串行通信控制器（SCC）、2个串行管理控制器（SMC）、1个串行外围接口（SPI）和一个I2C接口。PowerPC内核和CPM的组合，加之 MPC8260 的多功能和高性能，为用户在网络和通信产品的开发方面提供巨大的潜力并缩短开发周期，加速产品的上市。

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