파워PC는 1970년대 후반 IBM의 RISC 아이디어를 기반으로 개발된 프로세서 아키텍처이다. IBM, 애플, 모토로라의 AIM 연합을 통해 개발되었으며, 윈도우와 인텔 프로세서가 지배하던 개인용 컴퓨터 시장에 대응하기 위한 핵심 요소 중 하나였다. 다양한 운영 체제를 지원하며, 특히 애플의 매킨토시 컴퓨터에서 널리 사용되었다. 현재는 임베디드 시스템, 게임 콘솔, 서버 등 다양한 분야에서 활용되었으며, 이후 POWER 아키텍처로 발전했다.
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파워PC 마이크로프로세서 - 셀 (마이크로프로세서) 셀 마이크로프로세서는 소니, 도시바, IBM이 공동 개발한 멀티 코어 프로세서 아키텍처로, PPE와 SPE로 구성되어 EIB를 통해 연결되며, 플레이스테이션 3, 블레이드 서버, 슈퍼컴퓨터 등에 응용되었고 IBM 로드러너 슈퍼컴퓨터는 PowerXCell 8i 프로세서를 사용하여 1페타플롭스를 달성했다.
파워PC 마이크로프로세서 - POWER5 POWER5는 IBM에서 개발한 마이크로프로세서로, 동시 멀티스레딩을 지원하며, POWER4의 후속 제품으로 2003년에 공개되어 2004년에 출시되었고, 개선된 버전인 POWER5+는 2005년에 출시되었다.
파워 아키텍처 - Wii Wii는 닌텐도에서 개발하여 2006년에 출시된 가정용 비디오 게임 콘솔로, 혁신적인 Wii 리모컨을 통해 직관적인 조작 방식을 제공하며 닌텐도 게임큐브와의 하위 호환을 지원했다.
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IBM - 한국IBM 한국IBM은 1982년 설립된 IBM의 한국 지사로, 초기에는 컴퓨터 부품 수출을 주력으로 하였으며 아시안 게임과 올림픽의 정보 처리를 지원하며 국내 IT 산업 발전에 기여했으나, 금융권 전산 시스템 구축 및 운영 과정에서 논란이 있기도 했다.
IBM - 루 거스너 루 거스너는 다트머스 대학교와 하버드 대학교를 졸업하고 맥킨지 앤드 컴퍼니, 아메리칸 익스프레스, RJR 나비스코를 거쳐 1993년 IBM 회장 겸 CEO를 역임하며 경영 재건을 이끌었고, 칼라일 그룹 회장과 거스너 재단을 설립하여 자선 활동을 펼쳤으며, 저서 《코끼리도 춤춘다》를 출간했다.
PowerPC 아키텍처의 기원은 1970년대 후반 IBM에서 존 코크의 RISC 아이디어를 바탕으로 개발한 801 시제품 칩에서 찾을 수 있다. 이 설계는 발전을 거듭하여 1990년 초, 고성능 슈퍼스칼라 프로세서인 POWER 아키텍처로 완성되어 RS/6000 시스템에 탑재되었다. IBM은 더 넓은 시장을 공략하기 위해 POWER 아키텍처를 기반으로 한 단일 칩 프로세서, RSC(RISC Single Chip) 개발에 착수했다.
1991년, IBM은 애플에 RSC 기반 칩의 공동 개발을 제안했고, 애플은 이를 받아들이면서 당시 주요 프로세서 공급 업체였던 모토로라를 참여시켜 세 회사는 '''AIM 연합'''을 결성했다. 이 연합의 주요 목표 중 하나는 당시 개인용 컴퓨터 시장을 장악해가던 인텔과 마이크로소프트 연합(Wintel)에 대항할 새로운 프로세서 아키텍처, 즉 PowerPC를 개발하는 것이었다. 모토로라는 자체 RISC 칩인 MC88000의 부진을 만회하고 주요 고객인 애플과의 관계를 강화할 기회로 보고 개발에 참여했으며, 개발 과정에서는 기존 MC88000과의 버스 호환성 등이 고려되었다.
다양한 POWER, PowerPC 및 Power ISA의 진화를 보여주는 개략도
PowerPC 칩이 출시될 즈음, 마이크로소프트는 Windows NT 3.51의 PowerPC 버전을, 선마이크로시스템은 Solaris의 PowerPC 버전을 발표하는 등 초기에는 다양한 운영체제 지원 움직임이 있었다. IBM 역시 자사의 AIX와 OS/2 이식을 추진했다. 1994년에는 PowerPC 기반 컴퓨터 사양인 PReP이, 1995년에는 후속 사양인 CHRP가 발표되었고, 같은 해 애플은 PowerPC를 탑재한 '''파워 매킨토시'''를 출시했다.
1990년대 중반, PowerPC 프로세서는 벤치마크에서 동시대 x86 프로세서를 능가하는 성능을 보여주었다. 특히 90년대 말에 등장한 G4 프로세서는 AltiVec 기술을 탑재하여 당시로서는 뛰어난 SIMD 처리 속도를 제공했다. 이러한 성능과 상대적으로 낮은 소비 전력 덕분에 애플은 PowerBook, 팬 없는 iMac, Power Mac G4 Cube와 같은 혁신적인 제품을 선보일 수 있었다. 2002년에는 POWER4 기반의 64비트 PowerPC 970(G5)가 등장하여 Power Mac G5와 iMac G5 등에 탑재되었다.
하지만 데스크톱 시장에서는 PowerPC용 응용 소프트웨어 부족 문제로 인해 윈도우, OS/2, 솔라리스 등의 운영체제는 결국 PowerPC 지원을 중단했다. BeOS 역시 초기에는 PowerPC를 지원했으나 이후 x86으로 전환했다. 결과적으로 상업용 데스크톱 운영체제로는 애플의 Classic Mac OS와 macOS (Mac OS X) 정도만이 PowerPC를 꾸준히 지원하게 되었다.
2000년대 중반, PowerPC 아키텍처는 큰 변화를 맞았다. 2004년 모토로라는 반도체 사업부를 프리스케일 반도체로 분사시켰다. 2005년E3에서는 닌텐도의 Wii, 소니의 플레이스테이션 3, 마이크로소프트의 엑스박스 360 등 당시 차세대 게임기들이 모두 PowerPC 기반 프로세서를 채택한다고 발표했다. Wii의 후속 기종인 Wii U (2012년 출시)까지 PowerPC 계열이 사용되었으나, 이후 출시된 주요 게임기들은 다른 아키텍처를 채택했다.
한편, 2005년 애플은 매킨토시 컴퓨터에 인텔 프로세서를 채택하기로 결정하고 2006년까지 전환을 완료했다. 이는 PowerPC 칩의 발열 문제와 성능 향상 한계 때문이었다. 이로써 PowerPC는 개인용 컴퓨터 시장에서 영향력을 크게 잃었다.
이후 IBM은 4xx 시리즈와 같은 임베디드 코어를 AMCC에 매각하고, 프리스케일 반도체와 함께 PowerPC 기술 발전을 위한 오픈 표준 기구인 Power.org(현재는 OpenPOWER Foundation으로 계승)를 설립하는 등 변화를 겪었다.
애플은 68040 CPU 공급이 지연되면서 단일 CPU 공급업체에 의존하는 것의 한계를 인식하고 있었다. 자체 연구를 통해 아쿠아리우스(Aquarius)라는 실험적인 쿼드 코어 CPU 설계를 만들었고,[3] 이를 통해 컴퓨팅의 미래가 RISC 방법론에 있다고 확신하게 되었다.[3] 한편, IBM은 1970년대 후반 존 코크의 RISC 아이디어를 기반으로 IBM 801 프로토타입 칩을 개발했고, 이를 발전시켜 IBM RT에 사용된 ROMP 프로세서와 1990년 RS/6000 시스템에 탑재된 POWER 아키텍처를 개발했다. IBM은 POWER 아키텍처를 기반으로 한 단일 칩 마이크로프로세서(RISC Single Chip, RSC) 개발에 착수하여 고기능 프로세서 개발을 목표로 삼았다.
1991년, IBM은 애플에 접근하여 POWER 아키텍처 기반의 싱글칩 마이크로프로세서 공동 개발을 제안했다. 애플은 이 제안을 수락하는 동시에, 당시 자사의 주요 마이크로프로세서 공급업체였던 모토로라에도 협상 참여를 요청했다.[2] 모토로라는 IBM보다 대량의 마이크로프로세서 제조 경험이 풍부했고, 애플 입장에서는 세컨드 소스 확보라는 이점도 있었다. 이렇게 애플, IBM, 모토로라 세 회사의 협력 관계, 즉 '''AIM 연합'''이 결성되었다.
1991년 당시 PC 시장은 인텔의 80386 및 80486과 같은 CISC 아키텍처 칩이 주도하고 있었고, 마이크로소프트의 Windows 운영체제와 함께 마이크로소프트-인텔 연합의 시장 지배력이 커지고 있었다. 인텔은 차세대 펜티엄 프로세서 개발도 순조롭게 진행 중이었다. AIM 연합의 주요 목표 중 하나는 바로 이 마이크로소프트-인텔의 지배력에 대항하기 위한 새로운 기술 표준, 특히 PowerPC 칩을 만드는 것이었다.
모토로라에게 AIM 연합 참여는 절호의 기회였다. 자체적으로 개발한 RISC 칩인 88000은 이미 생산 중이었고 데이터 제너럴에서 이를 탑재한 컴퓨터를 출시했으며, 애플 역시 88000 프로토타입 컴퓨터를 가동하고 있었다. 그러나 88000은 시장에서 큰 성공을 거두지 못하고 있었고, 모토로라는 MIPS나 SPARC 같은 경쟁 제품과의 경쟁에서 어려움을 겪고 있었다. AIM 연합을 통해 모토로라는 자체 설계 자금 부담 없이 검증된 고성능 RISC 아키텍처(POWER) 기반의 칩을 생산하고 판매할 수 있게 되었다. 또한, 기존의 중요 고객인 애플과의 관계를 유지하고 IBM이라는 새로운 파트너를 얻을 가능성도 있었다. 모토로라는 기존 88000 아키텍처와의 호환성을 중요하게 생각하여, 새로운 PowerPC 칩이 88000과 하드웨어 버스 수준에서 호환성을 갖도록 요구했다. 이는 기존 88000 기반 시스템을 개발하던 애플과 모토로라가 로직 보드 재설계 없이 PowerPC로 전환하여 제품을 더 빨리 시장에 출시할 수 있도록 하기 위함이었다.
이러한 각기 다른 회사의 요구 사항들이 통합되어 PowerPC (''Performance Computing'', 성능 컴퓨팅) 사양이 만들어졌다. 이전 POWER 명령어 집합과의 차이점은 PowerPC ISA v.2.02 매뉴얼의 부록 E에 요약되어 있다.[1]
2. 2. 운영 체제
PowerPC 아키텍처에서 작동하는 운영 체제는 일반적으로 범용 PowerPC 시스템용 운영 체제와 임베디드 시스템 PowerPC 시스템용 운영 체제로 나뉜다.[1]
PowerPC 프로세서가 처음 시장에 출시되었을 때, 애플 외에도 IBM과 모토로라 컴퓨터 그룹이 PowerPC 기반 시스템을 제공하며 기대를 모았다.[1]마이크로소프트는 이 아키텍처용 Windows NT 3.51을 출시했고,[30]썬 마이크로시스템즈는 Solaris OS 버전을 제공했으며, IBM은 자체 AIX유닉스를 포팅했다.[1] IBM은 Workplace OS 프로젝트를 통해 OS/2를 포함한 여러 운영 체제를 PowerPC에서 구동하려 했으나,[3] PowerPC 620 프로세서의 문제 등으로 인해 1995년 취소되었다.[1]
그러나 데스크톱 시장에서 PowerPC용 응용 소프트웨어가 부족했기 때문에, 윈도우, OS/2, Solaris 사용자들은 PowerPC를 외면했다. 결국 PowerPC 버전의 Solaris와 Windows는 시장에서 오래가지 못하고 단종되었다.[1] 매킨토시 컴퓨터에 PowerPC를 꾸준히 사용한 애플 덕분에 PowerPC는 명맥을 유지할 수 있었으며, 당시 윈도우 95 및 윈도우 NT 기반 PC와의 경쟁 속에서 PowerPC의 성능은 애플에게 중요한 요소였다.[1]
파워PC는 RISC 원리에 따라 설계되었으며, 슈퍼스칼라 방식으로 명령을 실행하여 여러 명령어를 동시에 처리할 수 있다. 이는 POWER 아키텍처를 기반으로 하지만, 몇 가지 중요한 수정 및 추가 사항이 적용되었다.
주요 특징은 다음과 같다:
엔디안 지원: 빅 엔디언과 리틀 엔디언 모드를 모두 지원한다. 실행 중에도 모드 전환이 가능하지만, G5 프로세서는 이 기능을 지원하지 않는다.[1]
부동소수점 연산: 기존 POWER 아키텍처의 배정밀도 부동소수점 연산 외에도 단정밀도 부동소수점 연산을 추가로 지원한다. 또한 애플의 요청에 따라 추가적인 부동소수점 명령어가 포함되었다.[1] 융합 곱셈-덧셈 연산도 지원한다.
명령어 집합: 32비트 명령어와 64비트 명령어 집합을 모두 지원하며, 64비트 모드는 32비트 모드와 완전한 하위 호환성을 가진다.[1] 기존 POWER 명령어 세트 중 복잡하다고 판단된 일부 명령어(조건부 이동, 사중 정밀도 부동소수점 로드/저장 명령어, 문자열 명령어 등)는 제거되었다. 필요한 경우 운영 체제 수준에서 에뮬레이션될 수 있다.[1]
레지스터: 32개의 범용 레지스터(GPR)와 32개의 부동소수점 레지스터(FPR)를 갖추고 있다.[38] 또한 루프 카운트 등에 사용되는 전용 카운트 레지스터 1개와, 8개의 4비트 조건 레지스터(상태 레지스터 역할)를 가지고 있다.
구현 방식: 명령어는 대부분 하드와이어드 로직으로 구현되어 속도를 높였으나, 일부 복잡한 명령어는 마이크로코드로 구현되었다.
벡터 연산: G4 시리즈부터 128비트 단위의 벡터 연산 유닛인 AltiVec (IBM은 VMX, 애플은 Velocity Engine으로 지칭)을 탑재하여 멀티미디어 처리 성능을 향상시켰다. G5에서는 벡터 연산 유닛이 더욱 개선되어 슈퍼스칼라 및 슈퍼 파이프라인 방식으로 최대 200개의 명령을 동시에 처리할 수 있게 되었다.
메모리 관리: 서버 및 PC 시스템에서 널리 사용되는 페이징 메모리 관리 아키텍처를 지원한다. 또한 임베디드 시스템을 위해 Book-E라는 새로운 메모리 관리 아키텍처를 추가했다. Book-E는 기존 PowerPC 구현과 애플리케이션 소프트웨어 호환성을 유지하지만, 운영 체제 수준에서는 약간의 변경이 필요하다.[1]
호출 규약: 일반적인 RISC 칩과 달리 서브루틴 호출 시 스택 전달 방식을 사용한다. 다만 실제로는 최대 10개의 인자까지 레지스터 전달이 이루어지며, 데이터 크기에 따라 사용 가능한 레지스터 수가 달라지거나 비휘발성 레지스터(r13-r31[38]) 백업 등이 필요할 수 있다.
기타: 명령 단위로 정적 분기 예측을 설정할 수 있으며, 다양한 조건 분기 명령 조합이 가능하다. 원칙적으로 스택 메모리 주소를 가리키는 전용 레지스터 베이스 포인터는 없으며, 범용 레지스터 중 하나(주로 r1)를 사용한다. 0번 범용 레지스터(r0)는 명령어에 따라 제로 레지스터처럼 사용될 수 있다.
4. PowerPC 프로세서
애플은 68040 CPU 공급 지연을 겪으며 단일 CPU 공급업체 의존의 위험성을 인지했다. 자체 연구를 통해 실험적인 쿼드 코어 CPU 설계인 아쿠아리우스(Aquarius)를 개발하면서[3] 컴퓨팅의 미래가 RISC에 있음을 확신했다.[3] 마침 IBM이 POWER 아키텍처 기반의 단일 칩 마이크로프로세서 공동 개발을 제안했으며, 애플은 오랜 협력 관계이자 대량 생산 경험이 풍부한 모토로라를 참여시켜[2] 1991년 AIM 동맹을 결성했다. 이는 당시 개인용 컴퓨터 시장을 주도하던 인텔의 x86 아키텍처(80386, 80486, 펜티엄)와 마이크로소프트의 영향력에 대응하기 위한 전략의 일환이었다.
모토로라에게 PowerPC 개발 참여는 자체적인 RISC 설계(88000)의 부진 속에서 검증된 POWER 아키텍처 기반 CPU를 확보하고, 주요 고객인 애플과의 관계를 유지하며 IBM이라는 새로운 파트너를 얻을 기회였다. 특히 개발 중이던 88000과 버스 호환성을 갖도록 설계함으로써 애플과 모토로라가 기존 하드웨어 설계를 활용해 빠르게 제품을 출시할 수 있도록 했다. 이러한 배경에서 PowerPC(''Performance Computing'') 사양이 탄생했다. 이전 POWER 명령어 집합과의 차이점은 PowerPC ISA v.2.02 매뉴얼 부록 E에 요약되어 있다.[1]
PowerPC 설계는 개발 시기와 기술적 특징에 따라 여러 세대로 구분된다. AIM 동맹 내부 프로젝트명에서 유래한 'G' 넘버링이 대표적이다. 애플이 1997년 파워 맥 G3를 출시하며 'G3'라는 용어를 대중화했으며,[5] 이후 모토로라와 애플은 후속 모델에 'G4' 등의 명칭을 사용했다.[6][7] 모토로라는 2000년경 자체적으로 PowerPC 세대를 다음과 같이 분류했다.[8]
모토로라 분류 기준 PowerPC 세대 (c. 2000)[8]
세대
주요 프로세서 제품군
G1
601, 500, 800
G2
602, 603, 604, 620, 8200, 5000
G3
750, 8300
G4
7400, 8400*
G5
7500*, 8500 (애플의 970 G5 명명 후 모토로라 포기)
G6
7600*
(*) 표시는 실제 제품으로 출시되지 않은 설계
하지만 2000년대 들어 AIM 연합은 제조 문제에 직면했다. 모토로라의 PowerPC 7xx/74xx 생산 지연과 IBM PowerPC 970의 발열 및 성능 향상 한계 등은 주요 고객이었던 애플이 2005년 매킨토시 라인업의 프로세서를 인텔 제품으로 전환하는 결정적인 계기가 되었다. 이후 모토로라는 반도체 사업부를 프리스케일 세미컨덕터(현 NXP)로 분사했으며, IBM은 32비트 임베디드 프로세서 시장에서 철수하고 64비트 디자인과 게임 콘솔용 칩에 집중했다. PowerPC 사양 관리는 오픈 표준 기구인 Power.org(현재는 OpenPOWER Foundation의 일부)로 이관되었고, IBM, 프리스케일, AMCC 등이 참여하여 파워 아키텍처(Power Architecture)라는 이름으로 공동 마케팅을 진행했다. IBM은 여전히 주문형 반도체(ASIC) 제품에 PowerPC 코어를 사용하고 있고, 프리스케일(NXP)은 임베디드 시장에 주력하고 있다.
4. 1. G1 (1세대)
PowerPC 제품군은 공식적인 세대 번호는 없지만, 개발 시기에 따라 편의상 세대로 구분하기도 한다. G1은 모토로라가 분류한 첫 번째 세대에 해당하며,[8] 1990년대 초반에 등장했다.
G1 세대에 해당하는 주요 프로세서는 다음과 같다.
PowerPC 601
MPC5xx 제품군
800 제품군[8]
PowerPC 601은 IBM의 POWER 아키텍처를 기반으로 한 최초의 PowerPC 프로세서이다. IBM의 RSC 설계를 바탕으로 1992년에 처음 구현되었으며, POWER1 명령어와 PowerPC 명령어를 모두 지원하는 하이브리드 형태였다. 이 특징 덕분에 IBM은 기존 POWER1 기반 시스템에서 이 칩을 활용할 수 있었다. 601은 50, 66, 80, 90MHz의 클럭 속도로 작동했다. 애플은 이 칩을 사용하여 1994년 3월 14일 첫 파워 매킨토시 라인을 출시했다. 또한, 아미가 컴퓨터용 가속기 카드와 일부 IBM RS/6000 모델에도 사용되었다.
PowerPC 601+는 601의 개선판으로, 외부 버스 클럭의 3배 속도로 작동하고 +2.5V의 낮은 전압에서 동작했다. 클럭 속도는 100, 110, 120MHz로 향상되었다.
PowerPC 602는 저가형으로 설계된 프로세서이다. 본래 3DO의 후속 기기인 M2에 탑재될 예정이었으나, M2 프로젝트는 취소되었다. 이후 M2 기술을 기반으로 한 코나미의 아케이드 게임 기판에 채용되어 사용되었다.
4. 2. G2 (2세대)
IBM PowerPC 604e (200 MHz)
XPC603EFE100LF
XPC603PRX200LC
파워PC 2세대(G2)는 1세대(G1)에 이은 프로세서 제품군을 지칭한다. 모토로라의 분류에 따르면 G2 세대에는 602, 603, 604, 620, 8200 및 5000 제품군이 포함된다.[8]
초기 G2 칩인 603과 604는 알루미늄 배선을 사용했으며, 이후 IBM이 구리 배선을 적용한 603e와 604e를 출시했다. 일부 문헌에서는 250 MHz 이상 클럭 속도를 가진 칩들을 G2의 2세대로 구분하기도 하지만, 정보가 명확하지 않다. 다만 603 계열과 604 계열 칩들은 서로 버스가 완전하게 호환되었기 때문에 실제 사용에서 엄격한 구분은 중요하지 않았다.
2세대는 저가형 모델인 PowerPC 603과 고성능 모델인 PowerPC 604를 중심으로 구성되었다.
PowerPC 603: 소비 전력이 낮아 노트북 컴퓨터는 물론 임베디드 시스템용으로 널리 사용되었다.
PowerPC 603e: 603의 저전력 특성을 유지하면서 속도를 개선했다. 특히 L1 캐시를 8KB에서 16KB로 늘려 Mac OS의 68k 에뮬레이터 성능 문제를 해결했다.[10][11]
PowerPC 603ev: 603e보다 속도가 더욱 개선된 버전이다.
PowerPC 604: SMP를 지원했으며, 인라인 L2 캐시와 빠른 부동소수점 연산 능력을 갖췄다. 당시 개인용 컴퓨터 프로세서 중 최고 수준의 연산 성능을 제공했으며, 특히 부동소수점 연산 성능이 뛰어났다.
PowerPC 604e: 604보다 소비 전력을 낮추고 칩 크기를 줄이면서 속도를 개선했다.
PowerPC 604ev: 604e보다 소비 전력, 크기, 속도 면에서 더욱 개선된 버전이다.
G2 세대에는 다음과 같은 다른 프로세서들도 포함되거나 관련된다.
PowerPC 615: 인텔 x86 명령어와 PowerPC 명령어를 모두 처리할 수 있도록 설계된 프로세서이다. 펜티엄 호환 소켓에 장착 가능하도록 개발되었으며, x86 모드에서도 당시 펜티엄 프로세서와 경쟁할 만한 성능을 목표로 했다. 하지만 명령어 전환 시 발생하는 성능 저하 문제, 330mm2에 달하는 큰 다이 크기, 그리고 마이크로소프트의 윈도우 NT 미지원 가능성[12][39] 등으로 인해 1995년 개발이 중단되었다. 소수의 칩만 내부 테스트용으로만 생산되었다.
PowerPC 620: 최초의 64비트 PowerPC 구현이었으나, 다이 면적이 크고 가격이 비싸 애플을 포함한 주요 고객들이 채택하지 않아 널리 사용되지 못했다. 성능 또한 기대에 미치지 못했고, 그 설계는 이후 POWER3 프로세서 개발에 영향을 주었다.
'''x0704''': Exponential Technology사에서 개발한 PowerPC 호환 칩이다. BiCMOS 공정으로 제조되었으며, 당시 PowerPC 칩보다 훨씬 높은 클럭 속도(433/500/533 MHz)를 목표로 했다. 애플은 이 칩을 탑재한 파워 매킨토시 시제품을 공개하기도 했지만[40][41][42], 1997년 성능상 이점이 크지 않다는 이유로 채택을 취소하여 양산되지 못했다.[43][44]
4. 3. G3 (3세대)
PowerPC G3 시리즈는 PowerPC 아키텍처의 3세대 프로세서를 지칭하며, 애플이 1997년 11월 10일 파워 맥 G3와 파워북 G3를 출시하면서 'G3'라는 명칭이 널리 알려지게 되었다.[5] 이는 원래 AIM 동맹 내부에서 PowerPC 750 제품군 개발을 위한 프로젝트 코드명이었다.[5] G3 프로세서는 603e를 기반으로 개발되었으며, 성능 대비 소비 전력이 낮은 것이 특징이다. 초기에는 파워 매킨토시 등 개인용 컴퓨터에 주로 사용되었으나, 이후 임베디드 용도로도 널리 활용되었다. 파이프라인은 603과 동일하게 4단계로 비교적 얕았다.
주요 특징으로는 75x 모델에서 백사이드 캐시를 채용하여 성능을 향상시킨 점과 2개의 정수 연산 유닛을 탑재한 점을 들 수 있다.
90nm SOI 공정, 최대 1.1 GHz 동작 속도, 200 MHz FSB 지원, 1MB L2 캐시
PowerPC 750CL
256KB L2 캐시, 400 MHz~1 GHz 동작 속도, PowerPC 750GX 대비 약 절반 수준의 저전력
G3 아키텍처를 기반으로 한 파생 프로세서들도 개발되었다.
Gekko: 닌텐도의 게임큐브용으로 개발되었다. PowerPC 750CXe를 기반으로 부동소수점 연산 성능을 강화하고 SIMD 명령어를 추가했다.
Broadway: 닌텐도Wii 비디오 게임 콘솔의 맞춤형 PowerPC CPU인 브로드웨이닌텐도의 Wii용으로 개발되었으며, 90nm SOI 공정으로 제조되었다. Gekko와 호환되며 PowerPC 750CL 기반으로 추정되지만, 상세 사양은 공개되지 않았다.
Espresso: 닌텐도의 Wii U용으로 개발되었으며, 45nm SOI 공정으로 제조되었다. 전용 GPU와의 MCM을 지원하는 멀티 코어 CPU로, Broadway 기반으로 추정되나 역시 상세 사양은 공개되지 않았다.
4. 4. G4 (4세대)
G3 프로세서를 기반으로 개발되었으며, 부동소수점 연산 기능이 강화되고 SIMD (Single Instruction, Multiple Data) 명령어 처리 방식과 대칭형 멀티프로세싱(SMP) 기능이 추가되었다. CPU 버스는 기존의 60x 버스 외에도 더 높은 수준의 제어 기능을 갖춘 MPX 버스를 지원한다. MPC 7450 모델부터는 마이크로아키텍처가 개선되어 MPC 745x 및 MPC 744x 계열은 '''G4+'''라고도 불린다.
MPC 74xx 시리즈는 일반적으로 '''G4 시리즈'''로 알려져 있으며, 모토로라와 프리스케일 세미컨덕터에서 개발했다. 주요 특징은 다음과 같다.
AltiVec (애플에서는 벨로시티 엔진(Velocity Engine)으로 홍보) 벡터 연산 장치 탑재: 멀티미디어 처리 성능 향상에 기여했다.
IBM이 애플과 공동으로 개발한 PowerPC 970 프로세서는 POWER4 마이크로아키텍처를 기반으로 설계된 64비트 프로세서로, 흔히 G5라는 이름으로 불린다. 이는 파워PC 아키텍처를 64비트로 확장하고 설계를 전면적으로 쇄신한 5세대 제품군에 해당한다.
G5라는 명칭은 AIM 연합 내부에서 PowerPC 750 제품군 개발 프로젝트명이었던 "G3"에서 유래했다.[5] 애플은 1997년 파워 맥 G3와 파워북 G3를 출시하며 이 명칭을 대중화했고, 이후 모토로라와 애플은 7400 제품군과 파워 맥 G4에 "G4"라는 이름을 사용했다.[6][7] 모토로라 자체적으로는 G5 프로젝트를 진행했으나 실현되지 못했고, 결국 애플이 IBM에서 설계하고 제작한 970 제품군에 G5라는 이름을 사용하게 되었다.[8]
이 외에도 P.A. Semi(2008년 애플에 인수됨)가 설계한 PWRficient PA6T는 G5와 호환되는 64비트 프로세서이다. 이 프로세서는 다음과 같은 특징을 가진다.
저전력 설계: 칩 전체를 세분화하여 클럭 게이팅을 적용함으로써 전력 소모를 크게 줄였다 (2GHz, 듀얼 코어 동작 시 평균 13W).
CONEXIUM 버스:멀티 코어 간의 효율적인 연결을 위해 CONEXIUM 버스를 채용했다.
VMX 탑재: AltiVec과 호환되는 VMX를 지원한다.
바이-엔디안 지원: 빅 엔디안과 리틀 엔디안 모두를 지원한다.
5. 응용 분야
파워PC 아키텍처는 성능 대비 낮은 소비 전력과 작은 칩 크기(다이 사이즈)를 장점으로 하여 다양한 분야에서 활용되었다. 특히 고성능 임베디드 시스템용 프로세서로 널리 채택되었으며, FPGA용 IP 코어 형태로도 제공되었다.
이 아키텍처는 동작의 기반이 되는 명령어 집합, 레지스터 세트, 메모리 어드레싱, 캐시 모델 등을 정의하지만, 구체적인 구현 방식은 규정하지 않는다. 따라서 실제 제품들은 성능 향상을 위해 L2, L3 캐시 등 아키텍처 수준에서 명시되지 않은 기능을 추가하는 경우가 많다.
IBM은 주문형 반도체(ASIC)용 파워PC 코어를 지속적으로 개발하고 있으며, 여러 대량 생산 제품에 내장되고 있다. 파워PC 사양 관리는 현재 리눅스 재단 산하의 OpenPOWER 재단(구 Power.org)에서 담당하며, 파워 아키텍처(Power Architecture)라는 이름으로 관련 기술이 통합 관리되고 있다.
5. 1. 데스크톱 컴퓨터
애플은 모토로라 68040 CPU 공급 지연과 자체적인 RISC 연구를 통해 컴퓨팅의 미래가 RISC에 있다고 판단하였다.[3] IBM이 POWER 아키텍처 기반의 단일 칩 프로세서 공동 개발을 제안하자, 애플은 기존 파트너이자 대량 생산 경험이 풍부한 모토로라를 참여시켜 AIM 동맹을 결성하였다.[2] 이는 당시 개인용 컴퓨터 시장을 주도하던 인텔-마이크로소프트 연합에 대항하려는 목적도 있었다.
최초의 PowerPC 칩인 PowerPC 601은 1992년에 출시되었다. 애플은 이 칩을 기반으로 한 새로운 매킨토시 컴퓨터 라인 개발에 착수하여, 1994년 3월 14일 파워 매킨토시를 출시하였다. 애플은 기존 맥 OS의 핵심 부분을 PowerPC 아키텍처로 이식하고, 68k 에뮬레이터를 통해 기존 68k 기반 응용 프로그램과의 호환성을 확보하였다.
초기에는 IBM과 모토로라도 PowerPC 기반 시스템을 제공했고, 마이크로소프트는 윈도우 NT 3.51을, 썬 마이크로시스템즈는 솔라리스 OS 버전을 출시했으며, IBM은 AIX유닉스를 포팅하였다. 그러나 PowerPC용 응용 소프트웨어 부족으로 인해 윈도우, OS/2, 솔라리스 사용자들은 PowerPC를 외면했고, 이들 운영체제의 PowerPC 버전은 곧 단종되었다. IBM의 Workplace OS 프로젝트 역시 PowerPC 620의 문제와 맞물려 1995년 취소되었다.[3] 결국 PowerPC가 데스크톱 시장에서 주목받은 것은 애플의 매킨토시 덕분이었다. 애플에게 PowerPC의 성능은 윈도우 95 및 윈도우 NT 기반 PC와의 경쟁 심화 속에서 중요한 경쟁력이었다.
아미가 컴퓨터용으로도 1세대 PowerPC 칩을 사용한 가속기 카드가 제작되었으나, 코모도어의 파산으로 실제 PowerPC 기반 아미가 플랫폼 출시는 이루어지지 못했다. 10여 년 후 AmigaOS 4가 출시되면서 아미가 플랫폼은 PowerPC 아키텍처를 정식으로 지원하게 되었다.
2세대 PowerPC 칩에는 저가형 PowerPC 603과 고성능 PowerPC 604가 포함되었다. 603은 저전력, 저비용 설계로 주목받았으나, 초기 8 KB L1 캐시는 68k 에뮬레이터를 실행하기에 부족하여 성능 저하를 일으켰다.[10][11] 이후 16 KB L1 캐시를 탑재한 603e 버전에서 문제가 해결되어 애플의 랩톱 등에 사용되었다.
최초의 64비트 PowerPC 구현인 PowerPC 620은 애플이 채택하지 않았고 시장에서도 거의 사용되지 않았다. IBM은 2002년 POWER4 서버 프로세서 기반의 64비트 PowerPC 970(애플명: G5)을 출시하였다. 970은 32비트 PowerPC와의 호환성을 유지하면서 모토로라 74xx 시리즈의 AltiVec과 유사한 벡터 유닛을 추가하여 애플의 고성능 데스크톱 제품군에 탑재되었다.
그러나 2005년, 애플은 PowerPC 칩의 발열 및 전력 소모 문제, 성능 향상의 한계(특히 IBM이 970 프로세서를 3 GHz 클럭 속도로 끌어올리지 못한 점) 등을 이유로 매킨토시 컴퓨터에 인텔 프로세서를 사용하겠다고 발표하였다. 이 전환은 2006년까지 완료되었다.
애플의 전환 이후에도 PowerPC 아키텍처는 일부 데스크톱 컴퓨터에서 계속 사용되고 있다.
IBM은 32비트 임베디드 프로세서 시장에서 철수하면서도, 닌텐도의 게임큐브, Wii, Wii U, 소니의 플레이스테이션 3, 마이크로소프트의 Xbox 360 등 여러 게임 콘솔 제조사에 PowerPC 기반 CPU를 공급하겠다는 약속을 유지했다. 이 중 플레이스테이션 3와 Xbox 360은 64비트 PowerPC 아키텍처 기반 프로세서를 사용했다.
64비트, 3개의 대칭 코어, VMX 확장 (VMX128), 1MB L2 캐시 공유[35]
특히 Xbox 360에 사용된 제논 프로세서는 IBM과 마이크로소프트가 공동 개발한 64비트 PowerPC 호환 프로세서로, 3개의 대칭형 멀티코어 구조와 게임 및 그래픽 처리를 위한 확장된 VMX 명령어(VMX128)를 특징으로 한다. 이후 GPU인 "Xenos"와 통합된 XCGPU 형태로 발전하기도 했다. 닌텐도의 콘솔에 사용된 Gekko, Broadway, Espresso는 모두 PowerPC 750 시리즈에 기반한 맞춤형 프로세서이다.
5. 3. 임베디드 시스템
PowerPC 아키텍처는 성능 대비 낮은 소비 전력과 작은 칩 크기(다이 사이즈) 덕분에 다양한 임베디드 시스템 분야에서 널리 사용된다. 대표적으로 고성능 라우터와 같은 네트워크 장비, 레이저 프린터, 게임기 등이 있으며, FPGA용 IP 코어 형태로 제공되기도 한다.[13][14][15][16]
IBM과 모토로라(이후 프리스케일 반도체 (현 NXP 반도체))는 각자 임베디드 시장을 겨냥한 PowerPC 프로세서 라인업을 개발했다.
IBM 4xx 시리즈: IBM은 임베디드 시장을 위해 401, 403, 405, 440, 460 등의 4xx 시리즈 프로세서를 개발했다. 이 사업은 상당한 수익을 올리며 많은 고객을 확보했다. 2004년, IBM은 이 4xx 제품 라인을 AMCC에 매각했다. AMCC는 IBM 기술을 기반으로 네트워킹, 무선 통신, 스토리지, 프린팅/이미징, 산업 자동화 등 다양한 분야에 적용되는 고성능 제품을 계속 개발하고 있다.
모토로라/프리스케일 PowerQUICC 및 MPC5xx/5xxx 시리즈: 모토로라는 통신 및 네트워킹 시장을 위해 PowerQUICC 시리즈를 개발했다. MPC860과 같은 초기 모델은 통신 프로세서 모듈(CPM)이라는 별도의 RISC 엔진을 탑재하여 통신 처리 부하를 줄이고 직접 메모리 접근(DMA) 기능을 제공했으며, 1990년대 후반 시스코의 에지 라우터 등에 널리 사용되었다. 이후 603e 코어 기반의 MPC8260 등이 출시되었다. 자동차 제어 분야에서는 MPC5xx 시리즈(601 코어 기반)와 이후 e200 코어를 사용한 MPC55xx 시리즈가 주로 사용되었다. 프리스케일은 현재 자동차 컨트롤러 시장에서 주요 공급 업체 중 하나이다.
Sun Fire V20z 서버에 사용된 프리스케일 XPC855T 서비스 프로세서
PowerPC 아키텍처는 다양한 임베디드 응용 분야에서 활용된다.
네트워킹: 시스코, 주니퍼 네트웍스 등 주요 네트워크 장비 업체의 라우터 및 스위치에 PowerQUICC 및 4xx 기반 프로세서가 사용된다.
자동차: 프리스케일(현 NXP)의 MPC5xx, 5xxx 시리즈가 엔진 제어 유닛(ECU) 등 자동차 전장 시스템에 널리 쓰인다.
게임 콘솔 및 아케이드: 2000년대 중후반 주요 가정용 게임기 및 일부 아케이드 기판들이 PowerPC 아키텍처를 채택했다.
IBM은 PowerPC 마이크로프로세서 코어를 주문형 반도체 (ASIC) 제품에 사용하기 위해 계속 개발하고 있으며, 많은 대량 생산 응용 프로그램에 PowerPC 코어가 내장되고 있다. PowerPC 사양은 현재 리눅스 재단 산하의 OpenPOWER 재단 (구 Power.org)에서 관리한다.
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