IBM POWER的前世今生

IBM的很多服务器、微型计算机、工作站和超级计算机都采用了POWER系列微处理器。POWER芯片起源于801 CPU，是第二代RISC处理器。在1990年，POWER 芯片被RS或RISC System/6000 UNIX工作站（现在称为 eServer 和 pSeries）所采用。从POWER 3开始以及之后推出的POWER系列微处理器都采用的是64位PowerPC架构。

801的设计非常简单，但是由于所有的指令都必须在一个时钟周期内完成，因此其浮点运算和超量计算（并行处理）能力很差。POWER体系结构就着重于解决这个问题。POWER芯片采用了100多条指令，是一个非常优秀的RISC体系结构。

● 历史

801计划

1974年，IBM启动了一项以创建一个每秒至少处理300路通话的电话交换网络的计划。该计划预计需要20000个指令来处理每个通话，同时保持即时回应，因此需要一个性能为12 MIPS的处理器。这个需求在当时看来是非常大的。

复杂运算的每个步骤都可以用简单的指令来取代，而所有简单的指令，都可以在相同的时间内完成。这个精简设计的理念就是后来为人们所熟知的RISC。

1975年这个电话交换计划在还没有成为原型之前就被取消了。不过，从该计划第一年的模拟中所得到的估计来看，为这个计划所设计的处理器将会是个很有潜力的通用型处理器，因此后续工作在托马斯?华生研究中心的 801 号楼继续展开了，也就是801计划。

1982年的“Cheetah”研究计划

为了判断RISC机器是否能同时处理多个指令，或者需要对801计划进行哪些修改来实现拥有多个执行单元的801，华生研究中心花费两年时间探索了801设计的极限。

America计划

1985年，华生研究中心开始了第二世代RISC架构的研究，其成果就是“AMERICA架构”。1986年，IBM以这个架构为基础，在奥斯汀开始开发RS/6000系列。

Bellatrix计划

在1986年到1989年之间，Bellatrix计划启动了，前提是使用America架构作为通用架构的基础，其中可能包括针对大型主机应用的OS/390、针对多处理器服务器交易处理的OS/400和针对科学应用的AIX。但这一计划在1990年到1995年之间被取消了。

POWER和RS/6000

1990年2月，第一步采用POWER架构的IBM计算机被称为“RISC System/6000”或者RS/6000。RS/6000分为工作站和服务器两个等级，分别称为POWERstation和POWERserver。RS/6000的CPU有两种配置，分别被称作RIOS-1和RIOS.9。RIOS-1有11个芯片，分别是1个指令缓存芯片、1个整数芯片、1个浮点数芯片、4个数据缓存芯片、1个储存控制芯片、1个I/O芯片和1个时钟芯片。成本较低的RIOS.9有8个芯片，分别是1个指令缓存芯片、1个整数芯片、1个浮点数芯片、2个数据缓存芯片、1个存储控制芯片、1个I/O芯片和1个时钟芯片。

RSC（RISC Single Chip）是针对较低端的RS/6000开发出来的。第一部使用RSC的机器于1992年问世。

POWER1

发布于1990年，每个芯片中集成了800000个晶体管。

与当时其他的RISC处理器不同，POWER 1进行了功能划分，这为这种功能强大的芯片赋予了超量计算的能力。它还有单独的浮点寄存器，可以适用于从低端到高端的 UNIX工作站。最初的 POWER1芯片实际上是在一个主板上的几个芯片；后来很快就变成一个RSC（RISC 单一芯片），其中集成了100多万个晶体管。POWER 1微处理器的RSC被火星探险任务用作中央处理器，它也是后来PowerPC产品线的先驱。

POWER2

发布于1993年，一直使用到1998年，每个芯片中集成了1500万个晶体管。

POWER2芯片中增加了第二个浮点处理单元（FPU）和更多缓存。PSSC超级芯片是POWER2这种8芯片体系结构的一种单片形式，采用这种芯片配置的IBM深蓝超级计算机在1997年击败了国际象棋冠军Garry Kasparov。

PowerPC

1991年，IBM意识到他们可以通过将将芯片卖给其他系统制造商让POWER变成一个大量生产的架构。他们和苹果公司紧密合作，目标是开发一系列以POWER为基础的单片微处理器。当时苹果公司是摩托罗拉在桌上型微处理器的最大客户，因为和摩托罗拉长久以来的关系、他们大量生产微处理器的经验以及保有第二来源的理由，不久苹果公司就征询摩托罗拉加入这个讨论。这三方合作以德州奥斯汀为基地，后来成为知名的AIM联盟，也就是Apple、IBM和Motorola。

POWER3

发布于1998年，每个芯片中集成了1500万个晶体管。

POWER3是第一个64位对称多处理器（SMP），完全兼容原来的POWER指令集，也可以与PowerPC指令集很好地兼容。POWER3设计用来从事从太空探测到天气预报等方面的科学计算应用。它特有一个数据预读取引擎、无阻塞的交叉数据缓存、双浮点执行单元以及其他一些很好的设计。POWER3-II使用铜作为连接介质，这样用户可以以相同的价格获得两倍的性能。