二十世紀九十年代，IBM(國際商用機器公司)、Apple（蘋果公司）和Motorola（摩托羅拉）公司開發PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多處理器計算機。PowerPC架構的特點是可伸縮性好、方便靈活。第一代PowerPC采用0.6微米的生產工藝，晶體管的集成度達到單芯片300萬個。

隨著PowerPC的 發展，使用PowerPC構架的處理器已經形成了龐大的家族，在通信、工控、航天國防等要求高性能和高可靠性的領域得到廣泛應用，是一顆“貴族的芯片”。 目前幾乎沒有什么中文資料詳細闡述PowerPC家族譜系，實在是一件遺憾的事。本文就給初學者簡介PowerPC家族。

要闡述清楚PowerPC的發展不是一件容易的事情，光是“PowerPC”這個詞，就很容易被搞混，尤其是IBM注冊了一系列相關的商標。比如Power 、Power PC、PowerPC 這三個詞的含義就不止3種，需要工程師聰明的頭腦才能區分它們。一般情況下的PowerPC，指的是使用PowerPC指令集的處理器。

二十世紀九十年代，IBM(國際商用機器公司)、Apple（蘋果公司）和Motorola（摩托羅拉）公司共同開發PowerPC處理器。

PowerPC，最初的含義卻不是Power，而是Performance Optimized With Enhanced RISC；PC指的是Performance Computing。

目前，主流的PowerPC處理器制造商有IBM、Freescale™ Semiconductor（原摩托羅拉半導體部）、AMCC、LSI等。其中以IBM和Freescale的PowerPC處理器最為流行。本文就以這兩家公司的PowerPC處理器為基礎，展開講述PowerPC家族。

IBM的PowerPC家族

IBM目前共有3個主要的PowerPC處理系列：Power、Power PC和CELL。POWER，POWER PC中間，還有一個Star系列。

POWER系列CPU 從1990開始生產、裝備到RS/6000（即RISC System/6000）UNIX工作站和服務器上，現在被稱為eServer™ pSeries®服務器（最新的名稱是POWER System p系列），主要的型號有POWER 1，POWER 2™，POWER 3™，POWER 4™，POWER 4+，以及目前的POWER 5，POWER 5+和剛剛推出的POWER 6處理器。

最早的801是POWER系列處理器的前身，它的設計非常簡單，為了實現所有的指令都能在一個時鐘周期內完成，因此缺乏浮點運算和并行處理能力，POWER架構為了解決這個問題，或者說超越801的限制，增加到了100多條指令，成為一種很“復雜”的精簡指令集CPU。

1．POWER 1 

發布于1990年，每個芯片大約封裝了80萬個晶體管。

與 當時其他的處理器不同，POWER 1進行了功能分區，這種設計方案使POWER 1具有非常好的擴展能力，它有單獨的浮點寄存器，可以適用于從低端UNIX工作站到高端UNIX服務器各種環境。最早的POWER 1是安裝在同一母板上的幾個芯片的組合，不過很快就集成到一個芯片中，成為單芯片設計，總計擁有超過一百萬個晶體管的RISC處理器（RSC，RISC Single Chip，即單芯片的RISC處理器）。POWER 1最成功的應用是被用于火星探路者宇宙飛船上。

2．POWER 2 

發布于1993年，每個芯片封裝了一千五百萬個晶體管。 

POWER 2增加了第二個浮點單元處理（floating-point unit，FPU）和更多的緩存。被稱為P2SC（Power 2 Scalable Chip）的超級芯片使用CMOS-6S技術，用一個芯片實現了POWER2 8個內核的架構（從這里你可以看到其實在1993年IBM就已經開始了多核芯片的設計，其實如果囊括大型機，在20世紀80年代，就有了多核的概念），就 是使用這種處理器的32個節點的DEEP BLUE（深藍）超級計算機，在1997年戰勝了國際象棋冠軍卡斯帕羅夫。

3．POWER 3

發布于1998年，每個芯片封裝了一千五百萬個晶體管。 

這 是IBM第一款64位對稱多處理器結構（SMP），與原有的POWER指令集完全兼容，也兼容Power PC指令集，主要用于科學計算，從航空設計、生物制藥數據分析到天氣預測。它具有一個數據預取引擎，非阻塞的內置數據緩存和雙浮點處理單元。POWER 3-II采用與POWER 3相同的設計，在制造芯片時使用了銅導線技術，在幾乎相同的價格制造成本下，提高了一倍的性能。

4．POWER 4

發布于2001年，每個芯片封裝了一億七千四百萬個晶體管。 

這 是一款達到GHz主頻的處理器，0.18微米銅導線，硅絕緣技術。它具有POWER 3的全部特性，包括與Power PC指令集兼容，但它又是全新的設計，每個處理器包含兩個64位1GHz+ Power PC內核，這是業界第一款批量生產的單芯片雙核設計，又被稱為單芯片對稱多處理設計（multicore design on a single die，SMP on a chip，或者system on a chip），每個處理器可以同時執行200條指令。POWER 4架構可以制造IBM Regatta（即p690）大型服務器，也被用來設計Power PC 970處理器（在蘋果公司被稱為Apple G5）。POWER 4+™（又被稱為POWER 4-II）是POWER 4主頻升級的提高版。POWER 4 CPU支持了分區技術，可以將芯片切分成多個單元，運行不同的操作系統。

5．POWER 5 ™

2004 年發布，與POWER 3和POWER 4類似，POWER 5同時使用了POWER和Power PC架構，利用了更快的片內通信技術、芯片多處理技術、同時多線程技術（simultaneous multithreading，SMT，一個物理CPU內核可以模擬兩個邏輯CPU，如果兩個線程的工作內容相差較大，則使用SMT技術性能最高可以達到 單個CPU方式執行的1.5~1.7倍），比POWER 4性能提高了4倍。POWER 5的高端服務器代號為“騎兵隊”（“Squadrons”，IBM希望此CPU能如同騎士馬隊沖鋒一樣橫掃UNIX服務器市場，結果似乎應驗了設計者的期 望）。在POWER 5上支持了微分區（Advanced Virtualization）的功能，可以將一個處理器內核虛擬切分成多個處理器，供操作系統使用，最小的分配粒度為0.1個CPU，共享使用粒度是 1/100個CPU。在2006年，IBM推出了主頻提高，封裝變化的POWER 5，被稱為POWER 5+，最高主頻為2.2GHz。

6．POWER 6 ™

在 2007年5月發布，目前最高主頻4.7GHz，最高明年將有超過5GHz主頻的版本。片內集成度約為7億5千萬個晶體管。POWER 6將一些總線控制和CPU內核之間的數據通道集成進單一芯片，與POWER 5相比，增加了更多的CPU內核間通信機制和Cache。POWER 6比較有特點的技術是可以直接支持10進制數字處理，這是計算機史上的一次回歸，我們從十進制轉到二進制以便于計算機處理，而如今，計算機芯片設計已經足 夠先進，讓我們可以不再去適應機器，而是讓機器適應我們的需求。

POWER 6其他的技術包括雙核，128KB的L1 Cache（數據、指令各64KB），8條兩階流水線支持在一個時鐘周期完成兩組32位讀或一組64位寫操作；兩個內核各有4MB“半共享”的L2 Cache，雖然它被一個內核占據，但另一個內核也可以快速訪問它；另外32MB的L3 Cache可被兩個內核通過80GB/s的帶寬訪問；POWER 6還通過ViVA-2（VirtualVector Architecture）技術提高了向量處理性能；支持最多1024個虛擬分區也是POWER 6的新特點（POWER 5最多支持256個分區）。POWER 6特有的10進制運算寄存器、指令可以使它在計算時不會產生2-10進制轉換誤差，同時也提高了運算速度。POWER 6包括一些額外的電路去支持Mainframe的指令，開始了整合z系列的實踐，而POWER 6L則是“簡化”版的芯片，降低了主頻，可以用于刀片服務器。

在生產POWER 6的同時，POWER 7也處于緊張開發階段，預計2012年面世。

IBM Power 7處理器采用了IBM的45nm SOI銅互聯工藝制程，典型的Power 7處理器具有八個核心，提供4核、6核、8核心型號，晶體管數量達到了12億，核心面積567mm2，從這里可以明顯看出Power7的與眾不同，作為對比，同樣八核心的Nehalem-EX具有23億個晶體管，整整多了一倍。