來源：內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察（ID：icbank）原創(chuàng)，作者：杜芹，謝謝。

在芯片界，蘋果可以說是最負(fù)盛名的客戶。而做蘋果的客戶可謂是既“瑟瑟發(fā)抖”又“無限榮光”的事情。達(dá)則走向巔峰，敗則跌落谷底。蘋果近日的換芯計(jì)劃，不禁讓人聯(lián)想起2005年的PowerPC。曾經(jīng)被當(dāng)做是英特爾X86的殺手，受到蘋果臺(tái)式機(jī)、各類消費(fèi)類游戲機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及航空航天和國(guó)防應(yīng)用之類的擁護(hù)首選的PowerPC處理器，經(jīng)歷過高光時(shí)刻，但如今，市面上已鮮有它的身影了。PowerPC發(fā)生了什么？又在哪里？你還記得它嗎？

PowerPC的起源和輝煌時(shí)刻

PowerPC是AIM聯(lián)盟的產(chǎn)物，AIM聯(lián)盟是指蘋果，IBM和摩托羅拉。在1990年，蘋果，IBM和摩托羅拉決定實(shí)施一種新的RISC架構(gòu)處理器，以適應(yīng)他們未來的新硬件和軟件需求。具體而言的話，IBM需要一種將POWER變成在服務(wù)器柜外使用的更廣泛的計(jì)算產(chǎn)品的方式，摩托羅拉需要高端RISC微處理器才能在RISC市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)，而Apple需要用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的CPU，該處理器與68K都可以同時(shí)向后兼容。

因此，AIM聯(lián)盟誕生了，這個(gè)聯(lián)盟一直持續(xù)到2005年左右。這個(gè)所謂的AIM小組的每個(gè)成員都做出了貢獻(xiàn)：蘋果將在其高端mac電腦系列中使用PowerPC，最終取代它從一開始就使用的680 * 0處理器，并且蘋果使用PowerPC CPU有近十年時(shí)間，直到2005年切換到英特爾處理器；IBM為其新的RS/6000商用計(jì)算機(jī)提供了大部分的架構(gòu)；摩托羅拉在知道其68K處理器行將破產(chǎn)，而其新的88K系列看起來也不確定的情況下，將負(fù)責(zé)制造芯片。

Power Apple配備了G5 PowerPC CPU（圖源：蘋果）

PowerPC的根源是IBM 801，它是最早的基于RISC的處理器之一。在90年代，Power體系結(jié)構(gòu)及其在大眾市場(chǎng)上出售的PowerPC處理器被認(rèn)為是當(dāng)時(shí)英特爾的殺手ers。

1993年，AIM通過以66MHz的初始速度發(fā)布32位PowerPC 601揭開了PowerPC的序幕。601基于IBM的RISC單芯片處理器（RSC），將IBM的POWER架構(gòu)與摩托羅拉開發(fā)的60x總線結(jié)合在一起，可與它們的88000一起使用，601被設(shè)計(jì)為從POWER架構(gòu)到PowerPC架構(gòu)的過渡處理器。PowerPC 601處理器通過支持大多數(shù)PowerPC和POWER指令，在POWER和PowerPC體系結(jié)構(gòu)之間架起了一座橋梁。PowerPC處理器于1994年首次出貨。

第二臺(tái)PowerPC處理器是603，603與601的設(shè)計(jì)截然不同。603在設(shè)計(jì)時(shí)考慮的是低功耗，因?yàn)樘O果需要為PowerBook系列提供芯片。但603較小的16K split L1緩存意味著它無法模仿遺留的68K代碼，而68K代碼構(gòu)成了蘋果操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序基礎(chǔ)的很大一部分。因此，603被降到蘋果產(chǎn)品線的最低端。不過此后發(fā)布了直到發(fā)布了32K split緩存的微調(diào)版本(603e)。603e在模擬的68K代碼上性能更好，因此在PowerBook系列中得到了廣泛的應(yīng)用。

在603e走向市場(chǎng)的同時(shí)，604也正在醞釀之中。604原本是蘋果的高端PPC臺(tái)式機(jī)處理器，因此其功率和晶體管預(yù)算比603e高得多。真正使604與其他600系列PPC脫穎而出的另一個(gè)因素是設(shè)計(jì)其更廣泛的執(zhí)行核心。憑借更大的緩存，更高的調(diào)度和發(fā)布率，更廣泛的執(zhí)行核心以及更深層次的流水線使RISC性能穩(wěn)定，604可以輕松地與x86競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手保持同步。

老實(shí)說，有那么一段時(shí)間，PowerPC獲得了巨大的成功。摩托羅拉68000系列芯片是Apple PC以及許多種類和數(shù)百萬個(gè)嵌入式控制器的核心。除了蘋果之外，索尼的PlayStation3、任天堂的Wii、Wii U、GameCube、微軟的Xbox 360和3DO M2都使用了PowerPC處理器。

但是PowerPC在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域卻沒有流行起來。除了PowerMacs和一些不知名的桌面機(jī)器之外，PowerPC沒有多少落腳之地。后來，摩托羅拉將目光從桌面處理器轉(zhuǎn)向了嵌入式芯片。IBM(當(dāng)它還在銷售微處理器的時(shí)候)也做了同樣的事情，生產(chǎn)了PowerPC 403、405和相關(guān)的低端設(shè)備。

PowerPC漸漸淡出視線，走向開源的悲哀結(jié)局

如今，世界上最快的500臺(tái)計(jì)算機(jī)中有13臺(tái)運(yùn)行的是Power處理器，PowerPC的遺產(chǎn)僅存在于某些IBM處理器和Freescale(從摩托羅拉剝離出來的芯片公司)的嵌入式處理器中。然而在輝煌的時(shí)候該數(shù)字曾經(jīng)接近200。此后，它的主導(dǎo)地位一直在下降。

2005年，蘋果聯(lián)合創(chuàng)始人史蒂夫·喬布斯宣布蘋果將轉(zhuǎn)向英特爾處理器。當(dāng)蘋果放棄PowerPC時(shí)，其實(shí)就數(shù)量而言，他們并沒有失去大量客戶，但他們失去了最負(fù)盛名的客戶。然后游戲機(jī)也放棄了PowerPC，而典型的嵌入式系統(tǒng)也放棄了。

在20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初，授權(quán)處理器IP可謂風(fēng)靡一時(shí)，這是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模采用的最可靠途徑。其實(shí)從一開始，IBM就仿效了ARM、MIPS、SPARC等架構(gòu)，走了PowerPC的授權(quán)路線。但是IBM的條款太苛刻了，PowerPC許可證比MIPS或ARM的許可證貴得多。PowerPC未能在市場(chǎng)普及很大的原因是開放不足、IBM的高價(jià)授權(quán)費(fèi)。智能手機(jī)時(shí)代后，PowerPC 因成本問題逐漸被邊緣化。

據(jù)相關(guān)報(bào)道，IBM希望保持其許可證持有者的規(guī)模較小，以減少內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)。所以，最終總共有近24家公司買了PowerPC的授權(quán)許可，這聽起來很多，但其中只有少數(shù)公司生產(chǎn)了知名的芯片，包括Applied Micro、思科、索尼、意法半導(dǎo)體和東芝。早前Altera和Xilinx都提供了PowerPC風(fēng)格的FPGA。而許多其他被許可方都是初創(chuàng)公司，他們?cè)鞠Ｍ苣苴s上PowerPC的早期浪潮，但可惜PowerPC從未能稱霸市場(chǎng)。

據(jù)了解，PowerPC 聯(lián)盟曾進(jìn)軍臺(tái)灣，但由于蘋果的操作系統(tǒng) Mac OS 和 IBM 的操作系統(tǒng) OS/2 沒有移植到 PowerPC 參考平臺(tái)（Power PC Reference Platform），軟件開發(fā)進(jìn)度也嚴(yán)重延遲， PowerPC 體系的商業(yè)化發(fā)展受到嚴(yán)重限制。

后來，財(cái)團(tuán)開始出來支持PowerPC的發(fā)展。先是http://Power.Org小組成立于2004年，不過現(xiàn)在已經(jīng)停業(yè)。又因?yàn)楫?dāng)時(shí)摩爾定律的衰落，需要更強(qiáng)大的系統(tǒng)來支持HPC，人工智能和數(shù)據(jù)分析，于是OpenPower于2013年成立。OpenPower后來被合并到Linux基金會(huì)中，與RISC-V和其他一百多個(gè)大小項(xiàng)目并存。通過將所有權(quán)轉(zhuǎn)讓給Linux Foundation，IBM實(shí)質(zhì)上放棄了對(duì)該體系結(jié)構(gòu)或至少其許可版本的控制。

但是，即使采取了正確的商業(yè)措施，PowerPC也無法獲得大家的青睞。主要有兩方面原因?qū)е拢阂徊糠衷蚴窃缙诘腜owerPC芯片上市時(shí)間較晚，還有一部分原因是英特爾非常善于利用其制造技術(shù)來加快其設(shè)備的運(yùn)行速度。 其結(jié)果就是PowerPC一系列芯片比同等的x86更貴，但功能卻不及X86更弱。

2019年8月，藍(lán)色巨人IBM又決定放棄高價(jià)授權(quán)費(fèi)，將引以為傲的PowerPC架構(gòu)和指令集開源，從此后任何公司都可以免費(fèi)使用這個(gè)架構(gòu)及相關(guān)專利，并生產(chǎn)自己的CPU。對(duì)于ISA來說，這是一個(gè)免費(fèi)的、免版權(quán)費(fèi)的許可證，就像RISC-V和其他開源處理器的許可證一樣。從現(xiàn)在開始，您可以設(shè)計(jì)自己的PowerPC處理器，而無需先支付高額的許可證費(fèi)用。

然而，與RISC-V不同的是，它沒有現(xiàn)成的IP核供您使用。IBM已經(jīng)演示了PowerPC在Xilinx FPGA上的運(yùn)行，但它在很大程度上只是一個(gè)演示，而不是一個(gè)商業(yè)實(shí)現(xiàn)，更多的是所謂的指導(dǎo)方針。

OpenPower基金會(huì)執(zhí)行董事Hugh Blemings直截了當(dāng)?shù)卣f：“ Power架構(gòu)的未來從未如此光明?！?生意興隆時(shí)，您不會(huì)將價(jià)格降為零。盡管如此，對(duì)于Power作為一種體系結(jié)構(gòu)而言，這一舉動(dòng)可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。對(duì)于全世界的設(shè)計(jì)師來說，這是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在有一個(gè)重要的新選擇要考慮。

從數(shù)百萬美元的許可證到免費(fèi)的幾年之內(nèi)。對(duì)于PowerPC及其創(chuàng)建者IBM而言，這無疑是一大悲哀。

PowerPC的中國(guó)故事

2005年2月28日， 信息產(chǎn)業(yè)部軟件與集成電路促進(jìn)中心(CSIP)與飛思卡爾半導(dǎo)體公司(Freescale)聯(lián)合宣布將在北京共建CSIP-Freescale Linux系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，支持國(guó)家軟件與集成電路公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)。在此次合作中，飛思卡爾和第三方合作伙伴將為該實(shí)驗(yàn)室提供基于PowerPC處理器的開發(fā)板和工作站。

此后飛思卡爾半導(dǎo)體公司也與清華大學(xué)簽訂過許可授權(quán)協(xié)議，后者將獲權(quán)使用飛思卡爾e200z6-z3內(nèi)核。飛思卡爾與中國(guó)最高學(xué)府的攜手合作也將成為推進(jìn)Power架構(gòu)技術(shù)在中國(guó)發(fā)展步伐的里程碑，同時(shí)清華大學(xué)也表示，今后會(huì)在飛思卡爾e200內(nèi)核的基礎(chǔ)上研發(fā)新產(chǎn)品，并為學(xué)生提供Power架構(gòu)技術(shù)培訓(xùn)。

前文所提到的http://Power.org聯(lián)盟成立之初，除了Freescale、Cadence、Synopsys等電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的著名廠商外，也有中國(guó)企業(yè)的身影，上海貝嶺股份就是其中一家。此后蘇州國(guó)芯、華芯飛也成為該組織的成員。不過相關(guān)的芯片成品并不多，僅蘇州國(guó)芯有較多的成果。

蘇州國(guó)芯科技股份有限公司成立于2001年，2001年在信息產(chǎn)業(yè)部指導(dǎo)下蘇州國(guó)芯接受摩托羅拉先進(jìn)水平的低功耗、高性能32位RISC嵌入式CPU M*Core 技術(shù)及設(shè)計(jì)方法，2010年又接收了IBM較先進(jìn)的PowerPC技術(shù)。根據(jù)IBM和蘇州國(guó)芯科技的技術(shù)轉(zhuǎn)移協(xié)議，IBM同意將 PowerPC嵌入式CPU的技術(shù)轉(zhuǎn)移給中國(guó)，這也是IBM第一次將 PowerPC技術(shù)正式許可給中國(guó)企業(yè)使用，并且中國(guó)企業(yè)可以在此基礎(chǔ)上開展創(chuàng)新研究和開發(fā)，技術(shù)成果歸中國(guó)企業(yè)所有。

基于PowerPC的指令集和架構(gòu)開發(fā)高端嵌入式C*Core CPU，蘇州國(guó)芯以此為高起點(diǎn)，經(jīng)過多年的開發(fā)與自主創(chuàng)新，公司成功開發(fā)了C0、C200、C300、C400、C2000、C8000、C9000等7個(gè)系列43款高性能嵌入式CPU系列?；贑*Core核心已有80多款SoC芯片完成設(shè)計(jì)，并在SMIC、HHNEC、聯(lián)電/和艦、宏力和TSMC等工藝線上驗(yàn)證及生產(chǎn)?；贑*Core CPU及設(shè)計(jì)平臺(tái)的系列技術(shù)廣泛應(yīng)用于在信息安全、智能電網(wǎng)、金融安全、電子政務(wù)、工業(yè)控制、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域。2018年有超過億顆內(nèi)嵌 C*Core CPU 的 SoC 芯片獲得量產(chǎn)應(yīng)用。

再就是成立于2013年的蘇州中晟宏芯信息科技有限公司（下稱“中晟宏芯”），其員工主要來自中科院計(jì)算所和IBM，2014年中晟宏芯在工信部電子司和蘇州政府的扶持下，加入IBM發(fā)起的OpenPOWER基金會(huì)，獲得IBM POWER CPU的授權(quán)，并且得到了IBM、中科院計(jì)算所提供的技術(shù)支持。并在2015年6月發(fā)布了第一款I(lǐng)BM授權(quán)POWER架構(gòu)的服務(wù)器芯片產(chǎn)品CP1。

2016年6月，中晟宏芯宣布又拿到了IBM服務(wù)器處理器芯片POWER 8芯片架構(gòu)和指令系統(tǒng)的永久授權(quán)，并可以基于該芯片進(jìn)行自主創(chuàng)新。中晟宏芯董事長(zhǎng)鄭茳此前曾表示，引進(jìn)Power 8之后，需要結(jié)合政府部門要求和廠商遷移需求重新設(shè)計(jì)中國(guó)自主標(biāo)準(zhǔn)的安全模塊。初期在掌握源代碼的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)IBM技術(shù)，做出可控芯片，后期則在IBM幫助下自主定義芯片結(jié)構(gòu)。當(dāng)時(shí)IBM做出了很大的讓步，為了符合中國(guó)政府在安全方面的監(jiān)管要求，IBM甚至同意中晟宏芯可以刪除POWER 8的安全模塊，更換為國(guó)產(chǎn)的安全模塊系統(tǒng)。

后記：

回看PowerPC的發(fā)展，尤其是在進(jìn)入國(guó)內(nèi)的這些年，他們扮演了一個(gè)非常重要的角色，這是當(dāng)前包括RISC-V在內(nèi)的很多架構(gòu)所不能比擬的。在本文中，我們只是粗淺談了一下PowerPC的前世今生。接下來，我們將對(duì)PowerPC的中國(guó)發(fā)展進(jìn)行更深入的溯源報(bào)道，歡迎知情者在文章下面留言，為我們的文章提供支持，一起記錄下這段永遠(yuǎn)不應(yīng)該被磨滅的歷史。