PowerPC 400

La familia PowerPC 400 es una línea de núcleos de procesadores RISC integrados de 32 bits basados ​​en las arquitecturas de conjuntos de instrucciones PowerPC o Power ISA . Los núcleos están diseñados para adaptarse a aplicaciones especializadas que van desde microcontroladores de sistema en un chip (SoC) , dispositivos de red, circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC) y matrices de puertas programables en campo (FPGA) hasta decodificadores , dispositivos de almacenamiento y supercomputadoras .

Applied Micro Circuits Corporation (AMCC) compró activos relacionados con los núcleos de la familia 400 de IBM en abril de 2004 por 227 millones de dólares y ahora comercializa los procesadores bajo su propio nombre. IBM continúa desarrollando los núcleos mientras proporciona servicios de diseño y fundición en torno a los núcleos. Varios núcleos también están disponibles para licencias de OEM de IBM y Synopsys .

El PowerPC 403, presentado en 1994, fue uno de los primeros procesadores PowerPC . Fue el primero orientado estrictamente al mercado de los sistemas integrados. Comparado con los demás procesadores PowerPC de la época ( PowerPC 601 , PowerPC 603 y PowerPC 604 ), se encontraba en el extremo inferior de la gama, careciendo de una unidad de gestión de memoria (MMU) o una unidad de coma flotante (FPU), por ejemplo. El núcleo se ofrecía para chips personalizados y en versiones preempaquetadas, incluidas versiones con MMU, con velocidades que iban de 20 a 80 MHz.

El PowerPC 403 se utiliza, entre otros dispositivos, en clientes ligeros , decodificadores , controladores RAID , conmutadores de red e impresoras. El primer TiVo utilizaba un PowerPC 403GCX de 54 MHz.

AMCC adquirió el diseño del 403 de IBM en 2004, pero decidió no comercializarlo y centrarse en los núcleos 405 y 440.

Si bien el 403 era popular, también tenía un rendimiento demasiado alto y era demasiado costoso para algunas aplicaciones, por lo que en 1996 IBM lanzó un núcleo PowerPC básico, llamado PowerPC 401. Tiene una sola emisión, una tubería de tres etapas, sin MMU o DMA y solo 2 KB de caché L1 de instrucciones y 1 KB de datos . El diseño contenía solo 85.000 transistores en total y funcionaba a hasta 100 MHz, consumiendo solo 0,1 W o menos. Las aplicaciones que utilizan el núcleo 401 van desde decodificadores y conmutadores de telecomunicaciones hasta impresoras y máquinas de fax. ^{[1] [2]}

El PowerPC 405 se lanzó en 1998 y fue diseñado para diseños de sistemas integrados en un chip (SoC) de gama baja sensibles al precio o al rendimiento . Tiene una tubería de cinco etapas, cachés L1 de datos e instrucciones independientes de 16 KB , un bus CoreConnect , una interfaz de unidad de procesamiento auxiliar (APU) para capacidad de expansión y admite velocidades de reloj superiores a 400 MHz. El núcleo 405 se adhiere a la Power ISA v.2.03 utilizando la especificación Book III-E. Tanto AMCC como IBM están desarrollando y comercializando procesadores que utilizan núcleos 405. IBM y Synopsys también ofrecen un núcleo totalmente sintetizable. IBM ha anunciado planes para hacer que las especificaciones del núcleo PowerPC 405 estén disponibles gratuitamente para la comunidad académica y de investigación. ^[3]

Las aplicaciones basadas en PowerPC-405 incluyen cámaras digitales, módems, decodificadores (procesadores STB04xxx de IBM ^[4] ), teléfonos móviles, dispositivos GPS, impresoras, máquinas de fax, tarjetas de red , conmutadores de red, dispositivos de almacenamiento y procesadores de servicio para servidores. Se utilizan hasta dos núcleos 405 en los FPGAs Xilinx Virtex-II Pro y Virtex-4 . En 2004, Hifn compró los procesadores de red PowerNP de IBM que utilizan núcleos 405. ^{[5] [6] [7] [8]}

PlayStation 2

Las versiones posteriores de la PlayStation 2 slim utilizaron un chip PowerPC 405 que emulaba el MIPS R3000A que se utilizó como procesador de E/S en modelos anteriores. ^[9]

V-Dragón

La empresa china Culturecom utiliza un núcleo 405 para su procesador V-Dragon , que alimenta terminales y decodificadores Linux . El procesador V-Dragon incluye el motor de generación de caracteres multilingües (MCGE), que procesa y genera caracteres chinos directamente en la CPU. ^[10]

APM801xx

AppliedMicro tiene una serie de productos de sistema en chip basados ​​en el núcleo PowerPC 405, bajo un nuevo nombre: APM801xx . Estos son los productos de arquitectura de potencia más eficientes energéticamente hasta la fecha (otoño de 2010) y admiten frecuencias de hasta 800 MHz a ~1 W, o 0,3 W en reposo. Diseñados para admitir una amplia gama de aplicaciones, desde redes hasta dispositivos de almacenamiento y multimedia. ^[11]

Controlador en chip POWER8

El procesador POWER8 contiene un microcontrolador integrado de gestión térmica y de energía, llamado controlador en chip (OCC). Basado en un procesador PowerPC 405 con 512 KB de RAM estática dedicada (SRAM), el OCC monitorea todo el chip. ^[12]

El PowerPC 440, presentado en 1999, fue el primer núcleo PowerPC de IBM que incluía la extensión Book E a la especificación PowerPC. También incluía la tecnología de bus CoreConnect diseñada para ser la interfaz entre las partes internas de un dispositivo de sistema en chip (SoC) basado en PowerPC.

Se trata de un núcleo de alto rendimiento con cachés L1 de datos e instrucciones independientes de 32 KB , un pipeline de doble emisión fuera de orden de siete etapas, que admite velocidades de hasta 800 MHz y cachés L2 de hasta 256 KB. El núcleo carece de una unidad de punto flotante (FPU), pero tiene una FPU asociada de cuatro etapas que se puede incluir mediante la interfaz APU (Unidad de procesamiento auxiliar). El núcleo 440 se adhiere a la Power ISA v.2.03 utilizando la especificación Book III-E.

Actualmente, Xilinx incorpora uno o dos núcleos (dependiendo del miembro de la familia) en el FPGA Virtex-5 FXT.

Tanto AMCC como IBM están desarrollando y comercializando procesadores autónomos que utilizan 440 núcleos. IBM y Synopsys también ofrecen núcleos totalmente sintetizados.

BRE440 Radiator SoC duro

Broad Reach Engineering ha utilizado el núcleo sintetizado IBM 440 para construir un SoC integrado reforzado contra la radiación que incluye varios periféricos (dos MAC Ethernet, PCI, controladores de memoria, controladores DMA, EDAC y SIO), 32 KB de caché L1 y 256 KB de caché L2. Este dispositivo se construyó utilizando el proceso de endurecimiento por radiación Honeywell HX5000 a 150 nm. El BRE440 funciona a velocidades de reloj que van desde decenas de MHz hasta 150 MHz.

CDOC de calidad

QCDOC es una supercomputadora personalizada diseñada para resolver problemas pequeños pero extremadamente exigentes en términos computacionales en física cuántica . Utiliza circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) basados ​​en 440 personalizados para obtener un rendimiento máximo de aproximadamente 10 TFLOPS.

Gen azul/L

Se utilizan 440 núcleos duales en los procesadores que impulsan la supercomputadora Blue Gene/L de IBM , que hasta junio de 2008 ocupaba el primer puesto en la lista de las 500 mejores supercomputadoras del mundo, con un rendimiento máximo de casi 500 teraFLOPS en 2008.

Estrella de mar

El núcleo 440 también se utiliza en las supercomputadoras Cray XT3 , XT4 y XT5 , donde sus procesadores de comunicación SeaStar, SeaStar2 y SeaStar2+ acoplan estrechamente la interfaz de memoria HyperTransport con el enrutamiento a otros nodos en clústeres de supercomputadoras. El dispositivo SeaStar proporciona una conexión de 6,4 GB/s a los procesadores basados ​​en Opteron a través de HyperTransport (juntos forman un elemento de procesamiento, PE), así como seis enlaces de 7,6 GB/s a PE vecinos. SeaStar2+ ofrece un ancho de banda intranodo de 9,6 GB/s y una funcionalidad de corrección de errores para interceptar errores en ruta entre nodos de computación.

AMCC460

Los PowerPC 460EX y 460GT de AMCC son, a pesar de su nombre, procesadores con 440 núcleos. ^[13] Están disponibles entre 0,6 y 1,2 GHz y tienen controladores integrados para DDR o DDR2 SDRAM, USB 2.0, PCIe, SATA y Gigabit Ethernet.

Titán

Intrinsity diseñó el núcleo Titan , ahora obsoleto , para AppliedMicro desde cero utilizando la especificación de núcleo PowerPC 440. AppliedMicro utilizó el núcleo Titan en sus productos de sistema en chip de alto rendimiento de la familia APM832xx, pero estas piezas nunca llegaron al mercado.

Virtex-5 FXT

En su línea de productos FPGA Virtex-5 FXT , Xilinx incorpora hasta dos núcleos PPC440. El PPC440 integrado tiene una frecuencia máxima de 550 MHz y se conecta a la estructura FPGA circundante a través de un conmutador de barra cruzada especial, lo que aumenta el rendimiento del sistema de la familia Virtex-5 FXT más de 2,6 veces en comparación con el PPC405 integrado de la familia Virtex-4 FX.

Sistema operativo LSI SAS

LSI utiliza el núcleo PowerPC 440 en varios de sus chips controladores SAS , incluida la variante SAS2008 ampliamente utilizada. ^[14]

CPU Acalis872

El Acalis CPU872 es un chip SoC de seguridad altamente especializado fabricado por CPU Tech. Está diseñado para sistemas altamente sensibles y de misión crítica, como aplicaciones militares. Tiene disposiciones para evitar la manipulación y la ingeniería inversa y se fabrica en la Trusted Foundry de IBM, una empresa de alta seguridad. Tiene memoria DRAM integrada , núcleos duales 440 con FPU de precisión dual y unidades de computación auxiliares que brindan aceleración y protección para comunicaciones, algoritmos complejos y sincronización entre núcleos. ^[15]

El núcleo de procesamiento del superordenador Blue Gene/P está diseñado y fabricado por IBM. Es muy similar al PowerPC 440, pero se han revelado pocos detalles.

Gen azul/P

El procesador Blue Gene/P consta de cuatro núcleos PowerPC 450 que funcionan a 850 MHz y alcanzan un total de 13,6 gigaflops . IBM afirma que su diseño es muy eficiente energéticamente en comparación con otros procesadores de supercomputadoras. ^[16]

Introducidos en 2006, los núcleos 460 son similares a los 440 pero alcanzan los 1,4 GHz, están desarrollados teniendo en mente aplicaciones multinúcleo y tienen 24 instrucciones de procesamiento de señal digital (DSP) adicionales. Los núcleos están diseñados para consumir poca energía pero ofrecer un alto rendimiento y se espera que el 464-H90 consuma solo 0,53 W a 1 GHz. El núcleo 460 cumple con la especificación Power ISA v.2.03 y Book III-E.

• PowerPC 460S: un núcleo completamente sintetizado que puede licenciarse a IBM o Synopsys para su fabricación en diferentes fundiciones . El 460S se puede configurar con diferentes cantidades de caché L1 y L2, así como con o sin SMP y FPU. ^[17]
• PowerPC 464-H90, un núcleo duro de 90 nm (no sintetizable), lanzado en 2006, ofrecerá un núcleo personalizable para ASIC que se pueden fabricar con IBM o en las instalaciones de fabricación de Chartered o Samsung .
• PowerPC 464FP-H90 – lanzado en 2007, es un núcleo duro que agrega una unidad de punto flotante de doble precisión (FPU).

• Los PowerPC 460SX y 460GTx se basan en el núcleo 464-H90. Están orientados a aplicaciones de almacenamiento y redes de gama alta, respectivamente. Funcionan a una velocidad de 0,8 a 1,2 GHz, tienen 512 KB de caché L2 que también funciona como almacenamiento SRAM , un controlador de memoria DDR2 con una frecuencia de reloj de 400 MHz, cuatro controladores Gigabit Ethernet, controladores PCIe y una variedad de aceleradores y controladores específicos para cada aplicación. Se fabrican con un proceso de 90 nm.
• APM82181: un SoC basado en 464 de 0,8 a 1 GHz diseñado para dispositivos de almacenamiento. Controlador DDR2, 256 KB de SRAM configurable como caché L2. PCIe, SATA2, USB2, Gbit Ethernet y otras interfaces de E/S y aceleradores como descarga TCP/IP y aceleradores de criptografía y RAID5
• APM86190 y APM86290 PACKETpro, cuyo nombre en código es "Mamba", son procesadores SoC de uno o dos núcleos basados ​​en el núcleo PowerPC 465, que funcionan a 0,6-1,5 GHz. Cachés L1 de 32 KB de instrucciones/32 KB de datos y caché L2 de 256 KB, controlador DDR3, PCIe, SATA2, USB2, Gbit Ethernet y varias otras interfaces de E/S y aceleradores como descarga TCP/IP y un acelerador de criptografía con almacenamiento no volátil para claves criptográficas y arranque seguro y detección de manipulación.
• APM86791 PACKETpro – cuyo nombre en código es "Keelback", es un procesador SoC de un solo núcleo basado en el núcleo PowerPC 465 que funciona a 1 GHz con cachés L1 de 32 KB de instrucciones/32 KB de datos y caché L2 de 256 KB, controlador DDR3, 2x PCIe, 2x SATA2, 2x USB2, 4x Gbit Ethernet. También incorpora un acelerador de criptografía basado en ARM Cortex-M3 llamado SLIMpro que funciona a 250 MHz y permite el arranque seguro desde ROM y la detección de alteraciones. ^{[18] [19]}

El núcleo 470 integrado y personalizable, que cumple con el Power ISA v2.05 Book III-E, fue diseñado por IBM junto con LSI e implementado en el PowerPC 476FP en 2009. ^[20] El núcleo 476FP tiene una caché L1 de 32/32 kB, unidades de enteros duales y una FPU de doble precisión con capacidad SIMD que maneja instrucciones DSP . Emite 1,6 W a 1,6 GHz en un proceso de fabricación de 45 nm. La tubería de 9 etapas fuera de servicio y 5 problemas maneja velocidades de hasta 2 GHz, admite el bus PLB6, hasta 1 MB de caché L2 y hasta 16 núcleos en configuraciones SMP .

• LSI Axxia ACP3448 – 1,8 GHz, 4 núcleos 476FP, 512 kB de caché L2 por núcleo, 4 MB de caché L3 en chip, 2 controladores DDR3, 2 Ethernet de 10 Gbit, 3 PCIe y una variedad de motores de procesamiento de red ^[21]
• C*Core C1000: una familia de procesadores integrados basados ​​en núcleos de 476 FP para electrónica de consumo ^[22]
• ChinaChip CC2000: un procesador con núcleo 476FP con DSP y GPU integrados para consolas de juegos
• Módulo NTC 1888TKh018  : SoC para sistemas de procesamiento de vídeo y multimedia a bordo de aeronaves

• Poder.org
• Conexión central

• Halfhill, Tom R. (25 de octubre de 1999). "IBM PowerPC 440 alcanza los 1.000 MIPS". Microprocessor Report .
• Halfhill, Tom R. (21 de julio de 2000). "PowerPC 440GP: un gran comunicador". Informe sobre microprocesadores .

• 405 núcleos
• Núcleo IBM PowerPC 440
• Núcleo IBM PowerPC 460
• Página de AMCC PowerPC 400