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Power Architecture
開発者	Power.org; OpenPOWER Foundation;
ビット数	32ビット/64ビット（さやたはたはたはたはたよはぬし32 → 64）
発表	2005年
バージョン	2.06
デザイン	RISC
タイプ	Register-Register
エンコード	Fixed/Variable
ブランチ	Condition code
エンディアン	Big/Bi
拡張	AltiVec, APU, DSP, Cell
オープン	Yes
レジスタ
	32個の64/32ビット汎用レジスタ; 32個の64ビット浮動小数点数レジスタ; 32個の128ビットベクトルレジスタ; 32ビットのcondition code register; 32ビットのlink register; 32ビットのcount register; その他;

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インライン

2021年5月20日 (木) 12:14時点における版

Power ISAの系統図

Power Architecture（パワーアーキテクチャ）は、IBMなどによるRISC マイクロプロセッサ（CPU）用のアーキテクチャ名である。

当初は32ビットであったが、後に64ビット化された。Power Architectureの普及団体はPower.orgで40を超える企業や組織が参加している。Power Architectureをベースにしたプロセッサには、POWER、PowerPC、PowerQUICC、Cellなどがある。

「Power Architecture」は、IBMの以前の世代の用語である「POWER architectures」とは異なる。「POWER architectures」は、IBMのPOWER、PowerPC、Cellなどの全製品の各アーキテクチャを幅広く含んだ、過去の用語である。「Power Architecture」は、プロセッサーアーキテクチャ、ソフトウェア、ツールチェーン、コミュニティ、エンドユーザー用アプライアンスなどを含んだファミリーネーム（総称）であり、製品や技術の仕様を記述した厳密な用語ではない。

用語

混同し易い用語を以下に簡単に記載する。

用語	説明
POWER	Performance Optimization With Enhanced RISCの略。IBMにより設計されたマイクロプロセッサのアーキテクチャ。詳細は「POWER (マイクロプロセッサ)」を参照
PowerPC	Power Performance Computingの略。POWERから派生した32/64ビットの命令セットを持つ、シングルチップのマイクロプロセッサで、いくつかの新しい要素を含む。AIM連合と呼ばれるApple・IBM・モトローラにより設計された。詳細は「PowerPC」を参照
PowerPC-AS	PowerPC-Advanced Seriesの略。コードネームは「Amazon」。PowerPCの純粋な64ビットの派生で、POWER2仕様のいくつかの要素を含む。IBMのRS64ファミリープロセッサとして使用された。詳細は「RS64」を参照
POWERn	「n」には自然数が入る。IBMが製造するハイエンドのマイクロプロセッサのシリーズで、POWER、PowerPC、PowerPC-ASなどの命令セットとは異なった組み合わせが使われている。詳細は「POWER1」、「POWER2」、「POWER3」、「POWER4」、「POWER5」、「POWER6」、「POWER7」、「POWER8」、および「POWER9」を参照
Cell	Cell Broadband Engine Architecture（CBEA）の略。IBM、ソニー、東芝が設計したPower Architectureベースのマイクロプロセッサである。詳細は「Cell Broadband Engine」を参照
Power Architecture	POWER、PowerPC、Cellなどや、ソフトウェア、ツールチェーン、エンドユーザー機器などを指す幅広い用語。当記事で説明する。
Power ISA	最新のPOWERおよびPowerPCの命令セットを結合した、新しい命令セット。IBMとフリースケールにより設計された。

歴史

「POWER (マイクロプロセッサ)#歴史」および「PowerPC#歴史」も参照

RISC的なコンピュータは古くからあるが、一般にはパターソンのバークレーRISC（en:Berkeley RISC）とヘネシーのMIPS（R2000）からRISCの歴史は始まるものとされる。しかし、それに先行するIBMの801が、彼らに大きな影響を与えている。IBMは801からの派生であるROMPを完成させ、IBM RT-PCに使った。そして、RS/6000のCPUに向けて開発されたのが、Power Architectureであり、最初のPOWERであるPOWER1である。POWER1のシングルチップ向け機能削減版がRISC Single Chip（RSC）である。

1992年にはApple・IBM・モトローラが「AIM連合」を形成し、POWERプロセッサの幅広い市場向けバージョンを開発した。その結果はPOWERアーキテクチャの修正されたバージョンである、PowerPCアーキテクチャとなった。PowerPCの最初の実装は1993年のPowerPC 601で、RSCをベースとし、アップルのPower MacintoshやIBMのRS/6000システムで使用された。

IBMはPOWERアーキテクチャをRS/6000システム用に拡張し、1993年には8チップのPOWER2プロセッサが、更に1996年にはシングルチップバージョンの "POWER2 Super Chip"（P2SC）が登場した。

1990年代の初期にIBMはCISCベースのAS/400コンピュータの、RISCアーキテクチャへの移行を検討した。この新アーキテクチャ開発はコードネーム "Amazon" と呼ばれ、PowerPC-ASが生まれた（このプロジェクトで働くエンジニアの中では "Advanced Series" または "Amazon Series" とも呼ばれた）。PowerPC-ASは、RSCベースのマルチプロセッサのサーバープラットフォームとなった。IBMリサーチ研究所での開発は続けられ、64プロセッサ内部接続のサポートのためのRSCの拡張や、POWER2機能に対するAS/400やRS/6000機能の追加などが行われた。開発は終了して64ビットのA10およびA30プロセッサとなり1995年に発表され、1997年にはRS64系列となりAS/400およびRS/6000で使用された。

平行してAIM連合は1995年から1997年にかけてPowerPCの開発を進め、以下の第2世代PowerPCプロセッサをリリースした。

PowerPC 602 - セットトップボックスやゲーム機用
PowerPC 603 - 組み込み市場や携帯コンピュータ用
PowerPC 604 - ワークステーション用
PowerPC 620 - サーバー用の64ビットの高性能プロセッサ

602と620は広く普及しなかったが、603と604およびその後継は、それぞれの市場で非常に普及した。モトローラとIBMはまた、組み込み用の実装で使われたPowerPC拡張の "Book E" を作成した ^[1] 。この実装にはモトローラのPowerQUICCプロセッサや、IBMのPowerPC 400ファミリーがある。

AIM連合の最後の努力は第3世代PowerPC（G3）で、1997年のPowerPC 750である。その後はモトローラとIBMはPowerPCアーキテクチャの開発で別の道に分かれた。このG3プロセッサは、コンピュータと組み込みの両方の市場で広く使われ、IBMはその後の数年、750 ファミリーの進化を続行した。しかしモトローラはPowerPCのSoC とPowerPC 7400で組み込み市場にフォーカスし、それを第4世代PowerPC（G4）と呼んだ。このプロセッサはAltiVecとSIMDユニットを取り入れた。この "PowerPC G4" は1999年に登場し、アップルのワークステーションやラップトップや、通信市場の色々な企業に使用された。

1998年に登場したPOWER3は、PowerPCとPOWER2のアーキテクチャを統合したが、IBMのRS/6000サーバーでしか使われなかった。

2000年にはPowerPC-ASアーキテクチャの最後の実装であるRS64-IVが登場し、AS/400とRS/6000で使用された。（これらのサーバーは、その後 eServer iSeries と eServer pSeries と改名され、更に Power Systemsに統合された。）IBMはまた、任天堂のゲーム機であるニンテンドーゲームキューブ用に、PowerPC 750CXeベースのGekkoを提供した。またIBMは実験的な64ビットPowerPCプロセッサであるRivinaを開発し、1GHzを超える最初のマイクロプロセッサとなった。

2001年にIBMは、PowerPC-ASとPOWER3を統合し置き換えるPOWER4を発表した。

2002年にアップルは新しいハイエンドのPowerPCを強く要望し、IBMに64ビットのPowerPC 970を開発させた。アップルはこれを第5世代PowerPC（G5）と呼んだ。PowerPC 970はPOWER4から派生し、いくつかのサーバー用機能が外されたが、AltiVecユニットを持っていた。PowerPC 970とその後継は、アップルやIBMやいくつかのハイエンドの組み込みアプリケーションで使われた。

2003年にはTundraがモトローラから、マイクロコントローラのPowerPC 100ファミリーを買収した。また2003年には、CulturecomがIBMから、V-Dragon プロセッサに関するPowerPCテクノロジーのライセンスを取得した。2004年にはモトローラが半導体部門を、新会社であるフリースケール・セミコンダクタに分離した。

2004年にIBMから発表されたPOWER5は、POWER4の進化版であった。2005年には改良版のPOWER5+が登場し、PowerPC仕様書はv.2.01に更新され^[2]、更に v.2.02 に更新された^[3]。また2004年には、AMCCがIBMから、PowerPC 400ファミリーに関する知的財産権のライセンスとスタッフを取得した^[4]。モトローラはフリースケールとなったが、PowerPCファミリーのe200、e300、e500、e600、そして将来の64ビットのe700を発表した。同年には、IBMと15の他の会社により、Powerアーキテクチャに関する製品開発を推進する使命を持った組織である、Power.orgが設立された。その目的はPowerアーキテクチャテクノロジーの開発、実現、および推進である^[5]。

2005年には、IBM、ソニー、東芝の共同開発4年目にてCellプロセッサの仕様書がリリースされた^[6]。この第一の用途はPlayStation 3である。Cellは1つの64ビットのPowerアーキテクチャコアと、SPEsと呼ばれる8つの独立したSIMDを持つ。IBMはまた、マイクロソフトのXbox 360用に3コアの64ビットプロセッサであるXenon-processorを提供した。更に任天堂のWiiは32ビットのPowerPCベースのBroadwayプロセッサを採用したため、第7世代のゲーム機の3つ全てが、IBMのPowerアーキテクチャプロセッサを採用する事になった。

2007年3月にIBMは、ハイエンドのマイクロプロセッサで5.0GHzまでスピードアップでき、POWER5より倍の性能を持つPOWER6を発表した。POWER6はPOWERシリーズにAltiVecと、10進数演算をサポートするFPUを追加した。

2010年2月8日に POWER7 を発表。プロセスルール45nm。

2012年10月に POWER7+ を発表。プロセスルール32nm。

2014年4月に POWER8 を発表。プロセスルール22nm。

2017年12月にPOWER9を発表。プロセスルール14nm。FinFET SOI

実装例

プロセッサ

IBM
- POWER、PowerPC
ソニー、SCE、IBM、東芝
- Cell Broadband Engine
Freescale
- PowerQUICC、QorIQ
Xilinx
- Virtex FPGA
Culturecom
- V-Dragon
クレイ
- SeaStar、SeaStar2、SeaStar+ 通信プロセッサ（スーパーコンピュータのCray XT3、XT4、XT5で使用）

システム

スーパーコンピュータ
- IBM ディープ・ブルー、Blue Gene、Summit、Sierra
- QPACE（量子色力学演算用、PowerXCell 8iプロセッサベース）
メインフレーム
- 日立 AP7000（OSはVOS1/LS、VOSK/LS）
サーバー
- IBM System p、System i、Power Systems
- MercuryのCell BE、PowerPCベースのコンピュータ
- ソニー ZEGO
- Google Zaius^[7]
パーソナルコンピュータ
- Apple Power Macintosh、Power Mac、インテル以前のiMac・iBook・PowerBook
- Genesi Pegasos、Open Desktop Workstation、EFIKA（PowerPCベース）
ゲーム機
- ピピンアットマーク（ハードウェアとOSの設計はアップル）
- 任天堂ゲームキューブ、Wii、Wii U
- マイクロソフト Xbox 360
- ソニー・コンピュータエンタテインメント PlayStation 3
その他
- ACube Systems Sam440ep（マザーボード）
- TiVoシリーズ 1 DVR
- BAEシステムズ RAD6000、RAD750（宇宙機器）
- シスコシステムズのルーター
- その他、多数の会社によるプリンタ、自動車、航空機、宇宙機器、医療画像、通信機器、セットトップボックスなど

オペレーティングシステム

Power Architecture版が現在存在する、あるいは過去に存在したオペレーティングシステムには以下がある。

脚注

^ “PowerPC Book E v.1.0”. IBM (2002年5月7日). 2007年3月16日閲覧。
^ “PowerPC Architecture Book”. IBM (2003年12月10日). 2007年3月16日閲覧。
^ “PowerPC Architecture Book, Version 2.02”. IBM (2005年2月24日). 2007年3月16日閲覧。
^ “AMCC and Power Architecture technology”. IBM. 2008年2月24日閲覧。
^ “Power.org initiative to advance community of electronics innovation”. Power.org (2004年12月2日). 2008年2月24日閲覧。
^ “Cell BE Architecture v.1.0”. IBM (2006年3月10日). 2007年3月16日閲覧。
^ “Introducing Zaius, Google and Rackspace’s open server running IBM POWER9” (英語). Google Cloud Blog. 2021年3月13日閲覧。
^ ^a ^b ^c 現在はPower Architecture版の対応中止
^ ^a ^b ^c オペレーティングシステムが開発中止

外部リンク

[booke-1] “PowerPC Book E v.1.0”. IBM (2002年5月7日). 2007年3月16日閲覧。

[isa201-2] “PowerPC Architecture Book”. IBM (2003年12月10日). 2007年3月16日閲覧。

[isa202-3] “PowerPC Architecture Book, Version 2.02”. IBM (2005年2月24日). 2007年3月16日閲覧。

[amcc-powerpc400-4] “AMCC and Power Architecture technology”. IBM. 2008年2月24日閲覧。

[ce-innovation-5] “Power.org initiative to advance community of electronics innovation”. Power.org (2004年12月2日). 2008年2月24日閲覧。

[cellbe100-6] “Cell BE Architecture v.1.0”. IBM (2006年3月10日). 2007年3月16日閲覧。

[7] “Introducing Zaius, Google and Rackspace’s open server running IBM POWER9” (英語). Google Cloud Blog. 2021年3月13日閲覧。

[discont-8] 現在はPower Architecture版の対応中止

[dead-9] オペレーティングシステムが開発中止

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 !'''PowerPC'''
-|'''Power P'''erformance '''C'''omputingの略。POWERから派生した32/64ビットの命令セットを持つ、シングルチップのマイクロプロセッサで、いくつかの新しい要素を含む。[[AIM連合]]と呼ばれる[[アップル (企業)|アップル]]・[[IBM]]・[[モトローラ]]により設計された。
+|'''Power P'''erformance '''C'''omputingの略。POWERから派生した32/64ビットの命令セットを持つ、シングルチップのマイクロプロセッサで、いくつかの新しい要素を含む。[[AIM連合]]と呼ばれる[[Apple]]・[[IBM]]・[[モトローラ]]により設計された。
 {{main|PowerPC}}
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 [[RISC]]的なコンピュータは古くからあるが、一般には[[デイビッド・パターソン (計算機科学者)|パターソン]]のバークレーRISC（[[:en:Berkeley RISC]]）と[[ジョン・ヘネシー|ヘネシー]]のMIPS（[[R2000]]）からRISCの歴史は始まるものとされる。しかし、それに先行するIBMの[[IBM 801|801]]が、彼らに大きな影響を与えている。IBMは801からの派生である[[ROMP]]を完成させ、[[IBM RT-PC]]に使った。そして、[[System_p|RS/6000]]のCPUに向けて開発されたのが、Power Architectureであり、最初の[[POWER (マイクロプロセッサ)|POWER]]である[[POWER1]]である。POWER1のシングルチップ向け機能削減版が[[RISC Single Chip]]（RSC）である。
-[[1992年]]には[[アップル (企業)|アップル]]・[[IBM]]・[[モトローラ]]が「[[AIM連合]]」を形成し、POWERプロセッサの幅広い市場向けバージョンを開発した。その結果はPOWERアーキテクチャの修正されたバージョンである、'''[[PowerPC]]'''アーキテクチャとなった。PowerPCの最初の実装は[[1993年]]の[[PowerPC 601]]で、RSCをベースとし、アップルの[[Power Macintosh]]やIBMのRS/6000システムで使用された。
+[[1992年]]には[[Apple]]・[[IBM]]・[[モトローラ]]が「[[AIM連合]]」を形成し、POWERプロセッサの幅広い市場向けバージョンを開発した。その結果はPOWERアーキテクチャの修正されたバージョンである、'''[[PowerPC]]'''アーキテクチャとなった。PowerPCの最初の実装は[[1993年]]の[[PowerPC 601]]で、RSCをベースとし、アップルの[[Power Macintosh]]やIBMのRS/6000システムで使用された。
 IBMはPOWERアーキテクチャをRS/6000システム用に拡張し、[[1993年]]には8チップの'''POWER2'''プロセッサが、更に[[1996年]]にはシングルチップバージョンの "POWER2 Super Chip"（P2SC）が登場した。
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 **Google Zaius<ref>{{Cite web|title=Introducing Zaius, Google and Rackspace’s open server running IBM POWER9|url=https://cloud.google.com/blog/|website=Google Cloud Blog|accessdate=2021-03-13|language=en}}</ref>
 * [[パーソナルコンピュータ]]
-** [[アップル (企業)|アップル]] [[Power Macintosh]]、[[Power Mac]]、インテル以前の[[iMac]]・[[iBook]]・[[PowerBook]]
+** [[Apple]] [[Power Macintosh]]、[[Power Mac]]、インテル以前の[[iMac]]・[[iBook]]・[[PowerBook]]
 ** [[:en:Genesi|Genesi]] [[:en:Pegasos|Pegasos]]、[[:en:Open Desktop Workstation|Open Desktop Workstation]]、[[:en:EFIKA|EFIKA]]（PowerPCベース）
 * [[ゲーム機]]