PowerPC 400 - PowerPC 400

POWER- , PowerPC- und Power ISA- Architekturen
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Die PowerPC 400- Familie ist eine Reihe von 32-Bit- Embedded- RISC- Prozessorkernen, die auf den Befehlssatzarchitekturen von PowerPC oder Power ISA basieren . Die Kerne sind so konzipiert, dass sie in spezialisierte Anwendungen passen, die von System-on-a-Chip (SoC) -Mikrocontrollern , Netzwerkgeräten, anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs) und feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGAs) bis hin zu Set-Top-Boxen und Speicher reichen Geräte und Supercomputer .

Die Applied Micro Circuits Corporation (AMCC) kaufte im April 2004 für 227 Millionen US-Dollar Vermögenswerte der 400-Familienkerne von IBM und vermarktet die Prozessoren nun unter eigenem Namen. IBM entwickelt die Kerne weiter und bietet gleichzeitig Design- und Foundry- Services rund um die Kerne an. Mehrere Kerne stehen auch für die Lizenzierung durch OEMs von IBM und Synopsys zur Verfügung .

Varianten

Name Pipeline-Stufen
PowerPC 401 3
PowerPC 405 5
PowerPC 440 7
PowerPC 470 9

PowerPC 403

Der PowerPC 403 wurde 1994 eingeführt und war einer der ersten PowerPC- Prozessoren. Es war das erste, das ausschließlich auf den Embedded-Markt ausgerichtet war. Im Vergleich zu den anderen PowerPC-Prozessoren der Ära ( PowerPC 601 , PowerPC 603 und PowerPC 604 ) lag er am unteren Ende, es fehlte beispielsweise eine Memory Management Unit (MMU) oder Floating Point Unit (FPU). Der Kern wurde für kundenspezifische Chips und in vorgefertigten Versionen angeboten, einschließlich Versionen mit MMU, Geschwindigkeiten von 20 bis 80 MHz.

Der PowerPC 403 wird unter anderem in Thin Clients , Set-Top-Boxen , RAID- Controllern, Netzwerkswitches und Druckern eingesetzt. Der erste TiVo verwendete einen 54 MHz PowerPC 403GCX.

AMCC erwarb das Design des 403 von IBM im Jahr 2004, hat sich jedoch entschieden, es nicht zu vermarkten und sich stattdessen auf die 405- und 440-Kerne zu konzentrieren.

PowerPC 401

Obwohl der 403 beliebt war, war er für einige Anwendungen auch zu hochleistungsfähig und zu teuer. Daher veröffentlichte IBM 1996 einen reinen PowerPC-Kern namens PowerPC 401. Er hat eine einzige dreistufige Pipeline ohne MMU oder DMA und nur 2 KB Befehls- und 1 KB Daten-L1- Caches . Das Design enthielt insgesamt nur 85.000 Transistoren und wurde mit bis zu 100 MHz betrieben und verbrauchte nur 0,1 W oder weniger. Anwendungen, die den 401-Kern verwenden, reichen von Set-Top-Boxen und Telekommunikationsschaltern bis hin zu Druckern und Faxgeräten.

PowerPC 405

IBM STB04500 in einem Dilog DT 550 . Eine Set-Top-Box, die von einem 252 MHz PowerPC 405-basierten SoC angetrieben wird.

Der PowerPC 405 wurde 1998 veröffentlicht und wurde für preis- oder leistungsempfindliche Low-End-Embedded- System-on-a-Chip- Designs (SoC) entwickelt. Es verfügt über eine fünfstufige Pipeline, separate 16-KB-Instruktions- und Daten-L1- Caches , einen CoreConnect-Bus , eine Auxiliary Processing Unit (APU)-Schnittstelle für Erweiterbarkeit und unterstützt Taktraten von über 400 MHz. Der 405-Kern hält sich an Power ISA v.2.03 unter Verwendung der Book III-E-Spezifikation. Sowohl AMCC als auch IBM entwickeln und vermarkten Prozessoren mit 405 Kernen. IBM und Synopsys bieten auch einen vollständig synthetisierbaren Kern. IBM hat Pläne angekündigt, die Spezifikationen des PowerPC 405-Kerns der akademischen und Forschungsgemeinschaft frei zugänglich zu machen.

PowerPC-405-basierte Anwendungen umfassen Digitalkameras, Modems, Set-Top-Boxen (IBMs STB04xxx-Prozessoren), Mobiltelefone, GPS-Geräte, Drucker, Faxgeräte, Netzwerkkarten , Netzwerk-Switches, Speichergeräte und Serviceprozessoren für Server. In Xilinx Virtex-II Pro und Virtex-4 FPGAs werden bis zu zwei 405 Kerne verwendet . Im Jahr 2004 kaufte Hifn die PowerNP- Netzwerkprozessoren von IBM , die 405 Kerne verwenden.

Playstation 2
Hauptartikel: PlayStation 2
Spätere Versionen der PlayStation 2 Slim verwendeten einen PowerPC 405-Chip, der den MIPS R3000A emuliert, der in früheren Modellen als I/O-Prozessor verwendet wurde.
V-Drache
Das chinesische Unternehmen Culturecom verwendet einen 405-Kern für seinen V-Dragon- Prozessor, der Linux- Terminals und Set-Top-Boxen antreibt. Der V-Dragon-Prozessor enthält die Multilingual Character Generation Engine (MCGE), die chinesische Zeichen direkt in der CPU verarbeitet und generiert .
APM801xx
AppliedMicro hat eine Reihe von System-on-a-Chip-Produkten auf Basis des PowerPC 405-Kerns unter einem neuen Namen: APM801xx . Dies sind die bisher energieeffizientesten Power Architecture-Produkte (Herbst 2010) und unterstützen Frequenzen von bis zu 800 MHz bei ~1 W oder 0,3 W im Leerlauf. Entwickelt, um eine Vielzahl von Anwendungen zu unterstützen, von Netzwerken bis hin zu Speicher- und Mediengeräten.
POWER8 On-Chip-Controller
Der POWER8- Prozessor enthält einen integrierten On-Chip-Mikrocontroller für die Stromversorgung und das Wärmemanagement, der als On-Chip-Controller (OCC) bezeichnet wird. Basierend auf einem PowerPC 405-Prozessor mit 512 KB dediziertem statischem RAM (SRAM) überwacht OCC den gesamten Chip.

PowerPC 440

Ein 533 MHz AMCC PowerPC 440SPe Prozessor von einer RAID- Karte in einem Apple Xserve .

Der 1999 eingeführte PowerPC 440 war der erste PowerPC-Kern von IBM, der die Book E- Erweiterung der PowerPC-Spezifikation enthielt. Es beinhaltete auch die CoreConnect- Bustechnologie, die als Schnittstelle zwischen den Teilen in einem PowerPC-basierten System-on-a-Chip (SoC)-Gerät konzipiert wurde.

Es handelt sich um einen Hochleistungskern mit separaten 32 KB Instruktions- und Daten-L1- Caches , einer siebenstufigen Out-of-Order-Dual-Issue-Pipeline, die Geschwindigkeiten von bis zu 800 MHz und L2-Caches bis zu 256 KB unterstützt. Dem Kern fehlt eine Floating-Point-Unit (FPU), aber er verfügt über eine zugehörige vierstufige FPU, die über die APU-Schnittstelle (Auxiliary Processing Unit) eingebunden werden kann. Der 440er Kern entspricht der Power ISA v.2.03 unter Verwendung der Book III-E-Spezifikation.

Xilinx integriert derzeit einen oder zwei Kerne (je nach Familienmitglied) in das Virtex-5 FXT FPGA.

Sowohl AMCC als auch IBM entwickeln und vermarkten eigenständige Prozessoren mit 440 Kernen. IBM und Synopsys bieten auch vollständig synthetisierte Kerne an.

BRE440 Rad Hard SOC
Broad Reach Engineering hat den synthetisierten Kern von IBM 440 verwendet, um einen strahlungsgehärteten eingebetteten SoC zu bauen, der verschiedene Peripheriegeräte (zwei Ethernet-MACs, PCI, Speichercontroller, DMA-Controller, EDAC und SIO), 32 KB L1-Cache und 256 KB von L2-Cache. Dieses Gerät wurde unter Verwendung des Honeywell HX5000-Rad-Hard-Prozesses bei 150 nm gebaut. Der BRE440 läuft mit Taktraten von mehreren zehn MHz bis zu 150 MHz.
QCDOC
QCDOC ist ein spezieller Supercomputer, der kleine, aber sehr rechenintensive Probleme in der Quantenphysik lösen soll . Es verwendet benutzerdefinierte 440-basierte ASICs, um eine Spitzenleistung von ungefähr 10 TFLOPS zu erzielen.
Blaues Gen/L
Dual 440 Kerne werden in den Prozessor Stromversorgung verwendet IBM ‚s Blue Gene / L Supercomputer , die bis Juni 2008 der Nummer eins auf der Liste der Rang Top 500 Supercomputer auf der ganzen Welt, mit einer Spitzenleistung von fast 500 TeraFLOPS im Jahr 2008.
Seestern
Der 440-Kern wird auch in den Supercomputern Cray XT3 , XT4 und XT5 verwendet , wo die Kommunikationsprozessoren SeaStar, SeaStar2 und SeaStar2+ die HyperTransport- Speicherschnittstelle eng mit dem Routing zu anderen Knoten in Supercomputer-Clustern koppeln . Das SeaStar-Gerät bietet eine 6,4 GB/s-Verbindung zu den Opteron- basierten Prozessoren über HyperTransport (zusammen ein Verarbeitungselement, PE) sowie sechs 7,6 GB/s-Verbindungen zu benachbarten PEs. SeaStar2+ bietet eine knoteninterne Bandbreite von 9,6 GB/s und eine Fehlerkorrekturfunktion, um Fehler auf dem Weg zwischen Rechenknoten abzufangen.
AMCC 460
Die PowerPC 460EX und 460GT von AMCC sind trotz ihres Namens Prozessoren mit dem 440er Kern. Sie sind mit 0,6 bis 1,2 GHz verfügbar und verfügen über integrierte Controller für DDR- oder DDR2-SDRAM, USB 2.0, PCIe, SATA und Gigabit-Ethernet.
Titan
Intrinsity hat den inzwischen veralteten Titan-Kern für AppliedMicro von Grund auf mit der PowerPC 440-Kernspezifikation entwickelt. AppliedMicro verwendete den Titan-Kern in seinen Hochleistungs-System-on-a-Chip-Produkten der APM832xx-Familie, aber diese Teile kamen nie auf den Markt.
Virtex-5 FXT
In seiner Virtex-5 FXT FPGA- Produktlinie bettet Xilinx bis zu zwei PPC440-Kerne ein. Der eingebettete PPC440 hat eine maximale Frequenz von 550 MHz und wird über einen speziellen Crossbar-Switch mit dem umgebenden FPGA-Gewebe verbunden, wodurch die Systemleistung der Virtex-5 FXT-Familie im Vergleich zum eingebetteten PPC405 der Virtex-4 FX-Familie um mehr als das 2,6-fache erhöht wird.
LSI SAS
LSI verwendet den PowerPC 440-Kern in einer Reihe seiner SAS- Controller-Chips, einschließlich der weit verbreiteten SAS2008-Variante.
Acalis CPU872
Der Acalis CPU872 ist ein hochspezialisierter Sicherheits-SoC-Chip von CPU Tech . Es wurde für hochsensible und geschäftskritische Systeme wie militärische Anwendungen entwickelt. Es verfügt über Vorkehrungen zum Schutz vor Manipulation und Reverse Engineering und wird in der hochsicheren Trusted Foundry von IBM hergestellt. Es verfügt über einen eingebetteten DRAM , zwei 440-Kerne mit zwei Präzisions-FPUs und zusätzliche Recheneinheiten, die Beschleunigung und Schutz für die Kommunikation, komplexe Algorithmen und Synchronisierung zwischen den Kernen bieten.

PowerPC 450

Der Prozessorkern des Supercomputers Blue Gene/P wird von IBM entwickelt und hergestellt. Es ist dem PowerPC 440 sehr ähnlich, aber es werden nur wenige Details bekannt gegeben.

Blaues Gen/P
Der Blue Gene/P- Prozessor besteht aus vier PowerPC 450-Kernen, die mit 850 MHz laufen und insgesamt 13,6 Gigaflops erreichen . IBM behauptet, im Vergleich zu anderen Supercomputer-Prozessoren ein sehr energieeffizientes Design zu haben.

PowerPC 460

Die 2006 eingeführten 460 Kerne ähneln den 440, erreichen aber 1,4 GHz, wurden für Multi-Core- Anwendungen entwickelt und verfügen über 24 zusätzliche Anweisungen zur digitalen Signalverarbeitung (DSP). Die Kerne sind stromsparend, aber hochleistungsfähig und der 464-H90 soll nur 0,53 W bei 1 GHz verbrauchen. Der 460-Kern entspricht Power ISA v.2.03 unter Verwendung der Book III-E-Spezifikation.

  • PowerPC 460S – ein vollständig synthetisierter Kern und kann von IBM oder Synopsys für die Herstellung in verschiedenen Gießereien lizenziert werden . 460S kann mit unterschiedlichen Mengen an L1- und L2-Cache sowie mit oder ohne SMP und FPU konfiguriert werden.
  • PowerPC 464-H90 – ein 90-nm-Hardcore (nicht synthetisierbar), der 2006 veröffentlicht wurde, wird einen anpassbaren Kern für ASICs bieten , der bei IBM oder in Produktionsstätten bei Chartered oder Samsung hergestellt werden kann .
  • PowerPC 464FP-H90 – veröffentlicht im Jahr 2007, ist ein harter Kern, der eine Gleitkommaeinheit (FPU) mit doppelter Präzision hinzufügt .

AngewandtesMikro

  • PowerPC 460SX und 460GTx basieren auf dem 464-H90-Kern. Sie sind auf sehr High-End-Speicher- bzw. Netzwerkanwendungen ausgerichtet. Sie laufen mit 0,8 bis 1,2 GHz, verfügen über 512 KB L2-Cache, der gleichzeitig als SRAM- Speicher dient, einen 400-MHz-DDR2-Speichercontroller, vier Gigabit-Ethernet-Controller, PCIe-Controller und eine Vielzahl anwendungsspezifischer Beschleuniger und Controller-Funktionen. Sie werden im 90-nm-Verfahren hergestellt.
  • APM82181 – ein 0,8–1 GHz 464-basierter SoC für Speichergeräte. DDR2-Controller, 256 KB SRAM als L2-Cache konfigurierbar. PCIe, SATA2, USB2, Gbit Ethernet und verschiedene andere I/O-Schnittstellen und -Beschleuniger wie TCP/IP-Offloading und RAID5- und Kryptografie-Beschleuniger
  • APM86190 und APM86290 PACKETpro – Codename „Mamba“, sie sind Single- und Dual-Core-SoC-Prozessoren, die auf dem PowerPC 465-Kern basieren und mit 0,6-1,5 GHz laufen. 32 KB Instruktionen/32 KB Daten L1-Caches und 256 KB L2-Cache, DDR3-Controller, PCIe, SATA2, USB2, Gbit-Ethernet und verschiedene andere I/O-Schnittstellen und -Beschleuniger wie TCP/IP-Offloading und ein Kryptografie-Beschleuniger mit nichtflüchtigem Speicher für Kryptoschlüssel und sichere Boot- und Manipulationserkennung.
  • APM86791 PACKETpro – Codename "Keelback", es ist ein Single-Core-SoC-Prozessor basierend auf dem PowerPC 465-Kern mit 1 GHz mit 32 KB Instruktionen/32 KB Daten-L1-Caches und 256 KB L2-Cache, DDR3-Controller, 2x PCIe, 2x SATA2 2x USB2, 4x Gbit-Ethernet. Es enthält auch einen ARM Cortex-M3- basierten Kryptografiebeschleuniger namens SLIMpro, der mit 250 MHz läuft und sicheres Booten vom ROM und Tempering-Erkennung ermöglicht.

PowerPC 470

Der eingebettete und anpassbare 470er-Core, der dem Power ISA v2.05 Book III-E entspricht, wurde von IBM zusammen mit LSI entwickelt und 2009 im PowerPC 476FP implementiert. Der 476FP-Core verfügt über 32/32 kB L1-Cache, Dual-Integer-Einheiten und eine SIMD- fähige FPU mit doppelter Präzision , die DSP- Befehle verarbeitet. Emission von 1,6 W bei 1,6 GHz bei einem 45-nm-Fertigungsprozess. Die 9-stufige Out-of-Order, 5-Isse-Pipeline verarbeitet Geschwindigkeiten von bis zu 2 GHz, unterstützt den PLB6-Bus, bis zu 1 MB L2-Cache und bis zu 16 Kerne in SMP- Konfigurationen.

  • LSI Axxia ACP3448 – 1,8 GHz, 4 × 476FP-Kerne, 512 kB L2-Cache pro Kern, 4 MB L3-Cache auf dem Chip, 2 × DDR3-Controller, 2 × 10-Gbit-Ethernet, 3 × PCIe und eine Vielzahl von Netzwerkprozessoren
  • C*Core C1000 – eine Familie von 476FP-Core-basierten Embedded-Prozessoren für die Unterhaltungselektronik
  • ChinaChip CC2000 – ein 476FP-Core-basierter Prozessor mit integriertem DSP und GPU für Spielekonsolen
  • NTC-Modul 1888TKh018  – SoC für Video- und Multimedia-Verarbeitungssysteme an Bord von Flugzeugen

Siehe auch

Verweise

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