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파워 아키텍처

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목차

1. 개요

파워 아키텍처는 IBM이 설계한 마이크로프로세서 아키텍처인 POWER를 비롯하여 PowerPC, Cell 등을 포괄하는 광범위한 용어이다. POWER는 성능 최적화를 위한 RISC 아키텍처이며, PowerPC는 POWER에서 파생된 32/64비트 명령어 집합을 가진 마이크로프로세서로, 애플, IBM, 모토로라의 AIM 연합에 의해 개발되었다. 이후 IBM은 POWER 시리즈를 발전시켜 POWER10까지 출시했으며, Cell 프로세서는 IBM, 소니, 도시바의 공동 개발로 플레이스테이션 3에 사용되었다. 파워 아키텍처는 슈퍼컴퓨터, 서버, 개인용 컴퓨터, 게임기 등 다양한 분야에서 활용되었으며, 리눅스, BSD, macOS 등 여러 운영체제를 지원한다.

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파워 아키텍처
일반 정보
이름Power 아키텍처
설계자Power.org
OpenPOWER Foundation
비트32비트/64비트 (32 → 64)
출시 연도2005년
버전2.06
설계 방식RISC
유형레지스터-레지스터
인코딩고정/가변
분기조건 코드
엔디안빅/바이
확장AltiVec
APU
DSP
Cell
개방 여부예
레지스터
범용 레지스터32개의 64/32비트
부동소수점 레지스터32개의 64비트 부동소수점수 레지스터
벡터 레지스터32개의 128비트벡터 레지스터
조건 코드 레지스터32비트 조건 코드 레지스터
링크 레지스터32비트 링크 레지스터
카운트 레지스터32비트 카운트 레지스터
기타기타 레지스터 존재

2. 용어

혼동하기 쉬운 용어를 아래에 간략하게 기재한다.

용어설명
POWERIBM이 설계한 마이크로프로세서 아키텍처이다. Performance Optimization With Enhanced RISC영어의 약자이다.
PowerPCAIM 연합이라고 불리는 애플·IBM·모토로라에 의해 설계되었다. Power Performance Computing영어의 약자이다. POWER에서 파생된 32/64비트 명령 집합을 가진 단일 칩 마이크로프로세서로, 몇 가지 새로운 요소를 포함한다.
PowerPC-ASIBM의 RS64 패밀리 프로세서로 사용되었다. 코드네임은 "Amazon"이며, PowerPC의 순수한 64비트 파생으로, POWER2 사양의 몇 가지 요소를 포함한다. PowerPC-Advanced Series영어의 약자이다.
'POWERn'IBM이 제조하는 하이엔드 마이크로프로세서 시리즈로, "'n'"에는 자연수가 들어간다. POWER, PowerPC, PowerPC-AS 등의 명령 집합과는 다른 조합이 사용되고 있다.
CellIBM, 소니, 도시바가 설계한 파워 아키텍처 기반의 마이크로프로세서이다. Cell Broadband Engine영어(CBEA)의 약자이다.
Power ArchitecturePOWER, PowerPC, Cell 등과 소프트웨어, 툴체인, 최종 사용자 기기 등을 지칭하는 광범위한 용어이다.
Power ISAIBM과 프리스케일이 설계한 새로운 명령 집합으로, 최신 POWER 및 PowerPC의 명령 집합을 결합하였다.


2. 1. POWER

'''POWER'''는 IBM이 설계한 최초의 RISC 마이크로프로세서 아키텍처이다.[1] Performance Optimization With Enhanced RISC영어의 약자이다.

용어설명
POWERIBM이 설계한 최초의 RISC 마이크로프로세서 아키텍처이다.[1]


2. 2. PowerPC

'''PowerPC'''는 '''Power P'''erformance '''C'''omputing의 약자이다. POWER에서 파생되었으며, AIM 연합이라고 불리는 애플·IBM·모토로라에 의해 설계되었다. PowerPC는 몇 가지 새로운 요소를 포함하는 32/64비트 명령어 집합을 가진 단일 칩 마이크로프로세서이다.[1]

2. 3. PowerPC-AS

'''PowerPC-AS'''는 '''PowerPC-A'''dvanced '''S'''eries의 약자로, 코드네임은 "Amazon"이다. PowerPC의 순수한 64비트 파생형이며, POWER2 사양의 몇 가지 요소를 포함한다. PowerPC-AS는 IBM의 RS64 계열 프로세서에 사용되었다.

2. 4. POWER''n''

"'''''n'''''"에는 자연수가 들어간다. IBM이 제조하는 하이엔드 마이크로프로세서 시리즈로, POWER, PowerPC, PowerPC-AS 등의 명령 집합과는 다른 조합이 사용되고 있다.[4]

2. 5. Cell

IBM, 소니, 도시바가 설계한 파워 아키텍처 기반의 마이크로프로세서이다. Cell Broadband Engine영어(CBEA)의 약자이다.

2. 6. Power Architecture

'''Power Architecture'''는 POWER, PowerPC, Cell 등과 소프트웨어, 툴체인, 최종 사용자 기기 등을 지칭하는 광범위한 용어이다.

2. 7. Power ISA

최신 POWER 및 PowerPC의 명령 집합을 결합한 새로운 명령 집합으로, IBM과 프리스케일이 설계하였다.

3. 역사

RISC 기반 컴퓨터는 오래전부터 존재했지만, 일반적으로는 패터슨의 버클리 RISC와 존 헤네시의 MIPS(R2000)부터 RISC의 역사가 시작된 것으로 여겨진다. 그러나 그 이전에 IBM의 801이 이들에게 큰 영향을 미쳤다. IBM은 801에서 파생된 ROMP를 완성하여 IBM RT-PC에 사용했고, RS/6000의 CPU를 위해 개발된 것이 Power 아키텍처이며, 최초의 POWER인 POWER1이다. POWER1의 단일 칩용 기능 축소 버전이 RSC이다.

1992년 애플, IBM, 모토로라는 AIM 연합을 결성하여 POWER 프로세서를 더 넓은 시장에서 사용하기 위한 버전을 개발했다. 그 결과 POWER 아키텍처를 수정하여 '''PowerPC''' 아키텍처를 만들었다. PowerPC의 첫 구현은 1993년의 PowerPC 601로, RSC를 기반으로 애플의 파워 매킨토시와 IBM의 RS/6000 시스템에 사용되었다.

IBM은 RS/6000 시스템용으로 POWER 아키텍처를 확장하여, 1993년에는 8칩의 '''POWER2''' 프로세서를, 1996년에는 단일 칩 버전인 "POWER2 Super Chip"(P2SC)를 개발했다.

1990년대 초 IBM은 CISC 기반의 AS/400 컴퓨터를 RISC 아키텍처로 전환하는 것을 검토했다. 이 새로운 아키텍처 개발은 코드네임 "Amazon"이라고 불렸고, PowerPC-AS가 탄생했다. PowerPC-AS는 RSC 기반의 멀티 프로세서 서버 플랫폼이 되었다. IBM 연구소에서의 개발은 계속되어, 64 프로세서 내부 연결을 지원하기 위한 RSC의 확장과, POWER2 기능에 AS/400 및 RS/6000 기능의 추가 등이 이루어졌다. 개발은 종료되어 1995년에 64비트 A10 및 A30 프로세서가 되어 발표되었고, 1997년에는 '''RS64''' 계열이 되어 AS/400 및 RS/6000에 사용되었다.

AIM 연합은 1995년부터 1997년까지 PowerPC 개발을 진행하여, 다음의 '''제2세대 PowerPC''' 프로세서를 출시했다.


  • PowerPC 602 - 셋톱 박스 및 게임기용
  • PowerPC 603 - 임베디드 시장 및 휴대용 컴퓨터용
  • PowerPC 604 - 워크스테이션용
  • PowerPC 620 - 서버용 64비트 고성능 프로세서


602와 620은 널리 보급되지 않았지만, 603과 604 및 그 후속 제품은 각 시장에서 매우 널리 사용되었다. 모토로라와 IBM은 임베디드용 구현에 사용된 PowerPC 확장인 "Book E"를 만들었다[1]。 이 구현에는 모토로라의 PowerQUICC 프로세서와 IBM의 PowerPC 400 패밀리가 있다.

AIM 연합의 마지막 노력은 1997년의 PowerPC 750인 '''제3세대 PowerPC'''(G3)이다. 그 후 모토로라와 IBM은 PowerPC 아키텍처 개발에서 다른 길로 갈라졌다. G3 프로세서는 컴퓨터와 임베디드 모두에서 널리 사용되었고, IBM은 그 후 몇 년 동안 750 패밀리의 진화를 계속했다. 그러나 모토로라는 PowerPC의 SoC와 PowerPC 7400으로 임베디드 시장에 초점을 맞추고, 이를 '''제4세대 PowerPC'''(G4)라고 불렀다. 이 프로세서는 AltiVec와 SIMD 유닛을 도입했다. PowerPC G4는 1999년에 등장하여 애플의 매킨토시와 통신 시장의 여러 기업에서 사용되었다.

1998년에 등장한 '''POWER3'''는 PowerPC와 POWER2 아키텍처를 통합했지만, IBM의 RS/6000 서버에서만 사용되었다.

2000년에는 PowerPC-AS 아키텍처의 마지막 구현인 RS64-IV가 등장하여, AS/400과 RS/6000에 사용되었다. IBM은 또한, 닌텐도의 게임기인 닌텐도 게임큐브용으로, PowerPC 750CXe 기반의 Gekko를 제공했다. 또한 IBM은 실험적인 64비트 PowerPC 프로세서인 Rivina를 개발하여, 1GHz를 초과하는 최초의 마이크로프로세서가 되었다.

2001년에 IBM은 PowerPC-AS와 POWER3을 통합하여 대체하는 '''POWER4'''를 발표했다.

2002년에 애플은 새로운 하이엔드 PowerPC를 강력하게 요구하여, IBM에 64비트 PowerPC 970을 개발하게 했다. 애플은 이것을 '''제5세대 PowerPC'''(G5)라고 불렀다. PowerPC 970은 POWER4에서 파생되었으며, 몇몇 서버용 기능이 제거되었지만, AltiVec과 호환되는 IBM 고유의 VMX 확장 명령 유닛을 가지고 있었다. PowerPC 970과 그 후속 제품은 애플과 IBM 및 몇몇 하이엔드 임베디드 애플리케이션에서 사용되었다.

2003년에는 툰드라가 모토로라로부터, 마이크로컨트롤러의 PowerPC 100 패밀리를 인수했다. 또한 같은 해 컬처컴이 IBM으로부터 V-Dragon 프로세서에 관한 PowerPC 기술의 라이선스를 획득했다. 2004년에는 모토로라가 반도체 부문을, 신회사인 프리스케일 반도체로 분리했다.

2004년에 IBM에서 발표된 '''POWER5'''는 POWER4의 진화 버전이었다. 2005년에는 개량된 POWER5+가 등장했고, PowerPC 명세서는 v.2.01로 업데이트되었으며[2], 더 나아가 v.2.02로 업데이트되었다[3]。 또한 같은 해 AMCC가 IBM으로부터 PowerPC 400 패밀리에 관한 지적 재산권 라이선스와 직원을 획득했다[4]。 모토로라는 프리스케일이 되었지만, PowerPC 패밀리의 e200, e300, e500, e600, 그리고 미래의 64비트 e700을 발표했다. 같은 해, IBM과 15개의 다른 회사에 의해, Power 아키텍처에 관한 제품 개발을 추진하는 사명을 가진 조직인 Power.org가 설립되었다. 그 목적은 Power 아키텍처 기술의 개발, 구현, 및 추진이다[5]。

2005년에는, IBM, 소니, 도시바의 공동 개발 4년째에 '''Cell''' 프로세서의 명세서가 출시되었다[6]。 이 첫 번째 용도는 플레이스테이션 3이었다. Cell은 하나의 64비트 Power 아키텍처 코어와, SPEs라고 불리는 8개의 독립적인 SIMD를 갖는다. IBM은 또한, 마이크로소프트의 Xbox 360용으로 3코어의 64비트 프로세서인 Xenon-processor를 제공했다. 닌텐도도 전 세대에 이어 32비트 PowerPC 기반이 되는 Broadway 프로세서를 Wii에 채택했기 때문에, 공교롭게도 제7세대 게임기 3개 모두 IBM의 Power 아키텍처 프로세서를 채택하게 되었다. PlayStation 시리즈 및 Xbox 시리즈는 다음 제8세대, 닌텐도는 제9세대에는 다른 아키텍처로 이행하여, 현대에는 Power 아키텍처를 채택한 게임기는 존재하지 않는다.

2007년 3월에 IBM은, 하이엔드 마이크로프로세서에서 5.0GHz까지 속도를 낼 수 있으며, POWER5보다 2배의 성능을 가진 '''POWER6'''를 발표했다. POWER6는 POWER 시리즈에 VMX(Vector Multimedia Extension) 확장 명령 유닛과, DFU(10진법 연산을 지원하는 FPU)를 추가했다[7]。

2010년 2월 8일에 POWER7을 발표했다. VSX(Vector Scalar Extension) 확장 명령 유닛 추가[8], 공정 규칙 45nm[9]。

2012년 10월에 POWER7+를 발표했다. 공정 규칙 32nm.

2014년 4월에 POWER8을 발표했다. 공정 규칙 22nm.

2017년 12월에 POWER9을 발표했다. 공정 규칙 14nm. FinFET SOI

2019년 8월에 POWER9 Advanced I/O를 발표[10]。

2022년 2월에 POWER10을 발표했다. 공정 규칙 7nm[11]。

3. 1. 초기 RISC 아키텍처와 IBM

RISC적인 컴퓨터는 오래전부터 존재했지만, 일반적으로는 데이비드 패터슨의 버클리 RISC(:en:Berkeley RISC)와 존 헤네시의 MIPS(R2000)부터 RISC의 역사가 시작된 것으로 여겨진다. 그러나, 그에 앞서 IBM의 801이 그들에게 큰 영향을 미쳤다. IBM은 801에서 파생된 ROMP를 완성하여 IBM RT-PC에 사용했다. 그리고 RS/6000의 CPU를 위해 개발된 것이 Power 아키텍처이며, 최초의 POWER인 POWER1이다. POWER1의 단일 칩용 기능 축소 버전이 RSC이다.

3. 2. POWER1과 PowerPC의 등장 (1990년대 초)

1992년 애플, IBM, 모토로라는 AIM 연합을 결성하여 POWER 프로세서를 더 넓은 시장에서 사용하기 위한 버전을 개발했다. 그 결과 POWER 아키텍처를 수정하여 '''PowerPC''' 아키텍처를 만들었다. 1993년에 등장한 PowerPC의 첫 구현인 PowerPC 601은 RSC를 기반으로 하였으며, 애플의 파워 매킨토시와 IBM의 RS/6000 시스템에 사용되었다.

IBM은 RS/6000 시스템을 위해 POWER 아키텍처를 확장하여, 1993년에는 8칩의 '''POWER2''' 프로세서를, 1996년에는 단일 칩 버전인 "POWER2 Super Chip"(P2SC)을 만들었다.[1]

3. 3. POWER2와 PowerPC-AS (1990년대 중반)

IBM은 1993년에 RS/6000 시스템용으로 8칩 POWER2 프로세서를 출시했고, 1996년에는 단일 칩 버전인 "POWER2 Super Chip"(P2SC)을 내놓았다.[1]

1990년대 초, IBM은 CISC 기반의 AS/400 컴퓨터를 RISC 아키텍처로 전환하는 것을 검토했다. 이 과정에서 코드네임 "Amazon"으로 불린 새로운 아키텍처 개발 프로젝트를 통해 PowerPC-AS가 탄생했다. PowerPC-AS는 RSC 기반의 멀티 프로세서 서버 플랫폼이 되었다.[1] IBM 연구소는 RSC를 확장하여 64 프로세서 내부 연결을 지원하고, POWER2 기능에 AS/400 및 RS/6000 기능을 추가하는 연구 개발을 계속했다.[1] 이 개발은 1995년에 64비트 A10 및 A30 프로세서로 이어졌고, 1997년에는 RS64 계열로 발전하여 AS/400 및 RS/6000에 사용되었다.[1]

3. 4. 2세대 및 3세대 PowerPC (1990년대 후반)

AIM 연합은 1995년부터 1997년까지 PowerPC 개발을 진행하여 다음과 같은 2세대 PowerPC 프로세서를 출시했다.

  • PowerPC 602 - 셋톱 박스 및 게임기용
  • PowerPC 603 - 임베디드 시장 및 휴대용 컴퓨터용
  • PowerPC 604 - 워크스테이션용
  • PowerPC 620 - 서버용 64비트 고성능 프로세서


602와 620은 널리 보급되지 않았지만, 603과 604 및 그 후속 제품은 각 시장에서 매우 널리 사용되었다. 모토로라와 IBM은 임베디드용 구현에 사용된 PowerPC 확장인 "Book E"를 만들었다[1]。 이 구현에는 모토로라의 PowerQUICC 프로세서와 IBM의 PowerPC 400 패밀리가 있다.

AIM 연합의 마지막 노력은 1997년의 PowerPC 750인 3세대 PowerPC(G3)이다. 그 후 모토로라와 IBM은 PowerPC 아키텍처 개발에서 다른 길로 갈라졌다. G3 프로세서는 컴퓨터와 임베디드 모두에서 널리 사용되었고, IBM은 그 후 몇 년 동안 750 패밀리의 진화를 계속했다. 그러나 모토로라는 PowerPC의 SoC와 PowerPC 7400으로 임베디드 시장에 초점을 맞추고, 이를 4세대 PowerPC(G4)라고 불렀다.

3. 5. 모토로라와 IBM의 분리 (1990년대 후반 ~ 2000년대 초)

1997년 PowerPC 750 (코드명 G3) 출시 이후, 모토로라와 IBM은 PowerPC 아키텍처 개발에서 각자의 길을 걷게 되었다.[1] 모토로라는 임베디드 시장에 집중하여 SoC 형태의 PowerPC 7400 (코드명 G4) 프로세서를 개발하였다. 이 프로세서는 AltiVec이라는 SIMD 유닛을 탑재했다. 1999년에 출시된 PowerPC G4는 애플의 매킨토시와 여러 통신 장비 회사에서 사용되었다.[1]

3. 6. POWER3, POWER4, G5 (2000년대 초)

1998년에 등장한 '''POWER3'''는 PowerPC와 POWER2 아키텍처를 통합했지만, IBM의 RS/6000 서버에서만 사용되었다.[1]

2001년에는 IBM이 PowerPC-AS와 POWER3을 통합하여 대체하는 '''POWER4'''를 발표했다.[1]

2002년에 애플은 새로운 하이엔드 PowerPC를 강력하게 요구하여, IBM에 64비트 PowerPC 970을 개발하게 했다. 애플은 이것을 '''제5세대 PowerPC'''(G5)라고 불렀다.[1] PowerPC 970은 POWER4에서 파생되었으며, 몇몇 서버용 기능이 제거되었지만, AltiVec과 호환되는 IBM 고유의 VMX 확장 명령 유닛을 가지고 있었다.[1] PowerPC 970과 그 후속 제품은 애플과 IBM 및 몇몇 하이엔드 임베디드 애플리케이션에서 사용되었다.[1]

3. 7. 프리스케일, AMCC, Power.org (2000년대 중반)

2004년 모토로라는 반도체 부문을 프리스케일 반도체라는 새로운 회사로 분사했다.[4] 프리스케일은 PowerPC 제품군인 e200, e300, e500, e600 및 미래의 64비트 e700을 발표했다.

같은 해, AMCC는 IBM으로부터 PowerPC 400 제품군에 대한 지적 재산권 라이선스와 직원들을 인수했다.[4]

또한, IBM과 15개의 다른 회사들은 Power.org를 설립했다.[5] 이 조직의 목적은 파워 아키텍처 기술을 개발, 구현 및 촉진하는 것이었다.[5]

3. 8. Cell, Xenon, Broadway (2000년대 중반)

2005년, IBM, 소니, 도시바의 공동 개발 4년째에 '''Cell''' 프로세서의 명세서가 출시되었다[6]。 플레이스테이션 3에 처음으로 사용되었다. Cell은 하나의 64비트 Power 아키텍처 코어와, SPEs라고 불리는 8개의 독립적인 SIMD를 갖추고 있었다. IBM은 또한 마이크로소프트의 Xbox 360용으로 3코어의 64비트 프로세서인 Xenon 프로세서를 제공했다. 닌텐도는 전 세대에 이어 32비트 PowerPC 기반의 Broadway 프로세서를 Wii에 채택하여, 제7세대 게임기 3개 기종 모두 IBM의 Power 아키텍처 프로세서를 채택하게 되었다. PlayStation 시리즈 및 Xbox 시리즈는 다음 제8세대에서, 닌텐도는 제9세대에서 다른 아키텍처로 이행하여, 현재는 Power 아키텍처를 채택한 게임기는 존재하지 않는다.

3. 9. POWER6, POWER7, POWER8, POWER9, POWER10 (2000년대 후반 ~ 현재)

POWER6는 POWER 시리즈에 VMX(벡터 멀티미디어 확장) 명령어 유닛과 10진법 연산을 지원하는 FPU를 추가했다.[7] 2007년 3월에 발표되었으며, 하이엔드 마이크로프로세서에서 최대 5.0GHz의 속도를 낼 수 있었다.

2010년 2월 8일에는 POWER7이 발표되었다. POWER7은 VSX(벡터 스칼라 확장) 명령어 유닛을 추가하고,[8] 45nm 공정으로 제조되었다.[9]

2012년 10월에는 POWER7+가 발표되었다. POWER7+는 32nm 공정으로 제조되었다.

2014년 4월에는 POWER8이 발표되었다. POWER8은 22nm 공정으로 제조되었다.

2017년 12월에는 POWER9가 발표되었다. POWER9는 14nm 공정으로 제조되었으며, FinFET SOI 기술이 적용되었다. 2019년 8월에는 POWER9 Advanced I/O가 발표되었다.[10]

2022년 2월에는 POWER10이 발표되었다. POWER10은 7nm 공정으로 제조되었다.[11]

4. 구현 예시

Power Architecture는 다양한 분야에 적용되었다.

분야적용 예시
프로세서
시스템
운영체제


4. 1. 프로세서

4. 2. 시스템

4. 3. 운영체제

참조

[1] 웹사이트 PowerPC Book E v.1.0 http://www.ibm.com/c[...] IBM 2007-03-16
[2] 웹사이트 PowerPC Architecture Book http://www.ibm.com/d[...] IBM 2007-03-16
[3] 웹사이트 PowerPC Architecture Book, Version 2.02 http://www.ibm.com/d[...] IBM 2007-03-16
[4] 웹사이트 AMCC and Power Architecture technology http://www.ibm.com/d[...] IBM 2008-02-24
[5] 웹사이트 Power.org initiative to advance community of electronics innovation http://www.power.org[...] Power.org 2008-02-24
[6] 웹사이트 Cell BE Architecture v.1.0 http://www.ibm.com/c[...] IBM 2007-03-16
[7] 간행물 IBM POWER6 accelerators: VMX and DFU https://ieeexplore.i[...] 2007-11
[8] 웹사이트 Support for POWER7 processors https://www.ibm.com/[...] 2014-04-07
[9] 간행물 The POWER7 Binary Floating-Point Unit https://ieeexplore.i[...] 2011-07
[10] 웹사이트 IBM Power9 Advanced IO at Hot Chips 31 https://www.servethe[...] 2019-08-19
[11] 간행물 POWER10™: A 16-Core SMT8 Server Processor With 2TB/s Off-Chip Bandwidth in 7nm Technology https://ieeexplore.i[...] 2022-02
[12] 웹사이트 Introducing Zaius, Google and Rackspace’s open server running IBM POWER9 https://cloud.google[...] 2021-03-13
[13] 문서 現在はPower Architecture版の対応中止
[14] 문서 オペレーティングシステムが開発中止


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