PowerPC

Apple ya se había dado cuenta de las limitaciones y los riesgos de su dependencia de un único proveedor de CPU en un momento en que Motorola se estaba quedando atrás en la entrega de la CPU 68040. Además, Apple había llevado a cabo su propia investigación y había creado un diseño experimental de CPU de cuatro núcleos llamado Aquarius, ^{[ 2 ] : 86–90} que convenció al liderazgo tecnológico de la empresa de que el futuro de la computación estaba en la metodología RISC. ^{[ 2 ] : 287–288} IBM se acercó a Apple con el objetivo de colaborar en el desarrollo de una familia de microprocesadores de un solo chip basados ​​en la arquitectura POWER. Poco después, Apple, siendo uno de los mayores clientes de Motorola de microprocesadores de clase de escritorio, ^{[ 3 ]} pidió a Motorola que se uniera a las conversaciones debido a su larga relación, ya que Motorola tenía más experiencia en la fabricación de microprocesadores de alto volumen que IBM, y para formar una segunda fuente para los microprocesadores. Esta colaboración a tres bandas entre Apple, IBM y Motorola se conoció como la alianza AIM .

En 1991, el PowerPC era solo una faceta de una alianza más amplia entre estas tres compañías. En aquel entonces, la mayor parte de la industria de computadoras personales comercializaba sistemas basados ​​en los chips Intel 80386 y 80486, que cuentan con una arquitectura de conjunto de instrucciones complejo (CISC), y el desarrollo del procesador Pentium estaba muy avanzado. El chip PowerPC fue uno de los varios proyectos conjuntos en los que participaron los tres miembros de la alianza, en sus esfuerzos por contrarrestar el creciente dominio de Microsoft e Intel en la informática personal.

Para Motorola, POWER parecía un negocio increíble. Le permitía vender una CPU RISC potente y ampliamente probada con una inversión mínima en diseño. Además, mantenía la relación con un cliente importante, Apple, y parecía ofrecer la posibilidad de sumar también a IBM, que podría comprar versiones más pequeñas a Motorola en lugar de fabricar las suyas propias.

En ese momento, Motorola ya contaba con su propio diseño RISC, el 88000 , que no estaba teniendo mucho éxito en el mercado. Motorola gozaba de buena salud con su familia 68000 y la mayor parte de la financiación se destinaba a esta. El proyecto del 88000, en cambio, carecía de recursos suficientes.

El procesador 88000 ya estaba en producción; Data General ya lo comercializaba y Apple contaba con prototipos en funcionamiento. Además, el 88000 había logrado varios contratos de diseño integrado para aplicaciones de telecomunicaciones. Si la nueva versión POWER de un solo chip pudiera ser compatible a nivel de hardware con el 88000, tanto Apple como Motorola podrían lanzar sus máquinas al mercado mucho más rápido, ya que no tendrían que rediseñar la arquitectura de sus placas.

El resultado de estos diversos requisitos es la especificación PowerPC ( computación de alto rendimiento ). Las diferencias entre el conjunto de instrucciones POWER anterior y el de PowerPC se describen en el Apéndice E del manual de PowerPC ISA v.2.02. ^{[ 1 ]}

Desde 1991, IBM anhelaba un sistema operativo unificador que albergara simultáneamente todos los sistemas operativos existentes como entidades independientes en un mismo microkernel. Entre 1991 y 1995, la compañía diseñó y promovió activamente lo que se convertiría en Workplace OS , dirigido principalmente a PowerPC. ^{[ 2 ] : 290–291}

Cuando los primeros productos PowerPC llegaron al mercado, fueron recibidos con entusiasmo. Además de Apple, tanto IBM como Motorola Computer Group ofrecieron sistemas basados ​​en estos procesadores. Microsoft lanzó Windows NT 3.51 para esta arquitectura, que se utilizó en los servidores PowerPC de Motorola, y Sun Microsystems ofreció una versión de su sistema operativo Solaris . IBM adaptó su sistema operativo AIX Unix . Workplace OS incluía una nueva versión de OS/2 (con emulación de Intel para la compatibilidad de aplicaciones), a la espera del exitoso lanzamiento del PowerPC 620. A mediados de la década de 1990, los procesadores PowerPC lograron puntuaciones en las pruebas de rendimiento que igualaban o superaban las de las CPU x86 más rápidas.

En última instancia, la demanda de la nueva arquitectura en el escritorio nunca llegó a materializarse. Los clientes de Windows, OS/2 y Sun, ante la falta de software de aplicación para PowerPC, prácticamente ignoraron el chip. La plataforma Workplace OS de IBM (y, por lo tanto, OS/2 para PowerPC) fue cancelada abruptamente tras su lanzamiento inicial para desarrolladores en diciembre de 1995 debido al lanzamiento simultáneo y defectuoso del PowerPC 620. Las versiones de Solaris y Windows para PowerPC se descontinuaron tras un breve período en el mercado. Solo en Macintosh, gracias a la persistencia de Apple, PowerPC logró ganar terreno. Para Apple, el rendimiento de PowerPC representó un punto brillante frente a la creciente competencia de las PC basadas en Windows 95 y Windows NT.

Con la cancelación de Workplace OS, la plataforma PowerPC general (especialmente la Plataforma de Referencia de Hardware Común de AIM ) se consideró, en cambio, una solución de compromiso exclusivamente de hardware para ejecutar varios sistemas operativos uno a la vez en una única plataforma de hardware unificada e independiente del proveedor. ^{[ 2 ] : 287–288}

Paralelamente a la alianza entre IBM y Motorola, ambas compañías desarrollaron internamente sus propios productos. La línea PowerQUICC fue el resultado de este trabajo en Motorola. La serie 4xx de procesadores integrados se estaba desarrollando en IBM. El negocio de procesadores integrados de IBM alcanzó casi 100 millones de dólares en ingresos y atrajo a cientos de clientes.

El desarrollo de PowerPC se centra en un centro de Austin, Texas, llamado Somerset Design Center. El edificio lleva el nombre del lugar de la leyenda artúrica donde las fuerzas en guerra depusieron las armas, y los miembros de los tres equipos que trabajan allí afirman que el espíritu que inspiró el nombre ha sido un factor clave en el éxito del proyecto hasta el momento.

Parte de nuestra cultura consiste en no tener una cultura de IBM, Motorola o Apple, sino la nuestra propia.

Hacia finales de la década, los problemas de fabricación comenzaron a afectar a la alianza AIM de forma muy similar a como afectaron a Motorola, que retrasó constantemente el lanzamiento de nuevos procesadores para Apple y otros proveedores: primero Motorola en la década de 1990 con los procesadores PowerPC 7xx y 74xx, e IBM con el procesador PowerPC 970 de 64 bits en 2003. En 2004, Motorola abandonó el negocio de fabricación de chips al escindir su negocio de semiconductores como una empresa independiente llamada Freescale Semiconductor . Casi al mismo tiempo, IBM abandonó el mercado de procesadores integrados de 32 bits al vender su línea de productos PowerPC a Applied Micro Circuits Corporation (AMCC) y centrarse en diseños de chips de 64 bits, manteniendo su compromiso de suministrar CPU PowerPC a fabricantes de consolas de videojuegos como GameCube , Wii y Wii U de Nintendo , PlayStation 3 de Sony y Xbox 360 de Microsoft , de las cuales las dos últimas utilizan procesadores de 64 bits. En 2005, Apple anunció que dejaría de usar procesadores PowerPC en sus computadoras Apple Macintosh, optando en su lugar por procesadores Intel . La compañía argumentó que el rendimiento del chip estaba limitado para futuras computadoras personales, especialmente en lo que respecta a la generación de calor y el consumo de energía, así como la incapacidad de IBM para llevar el procesador 970 a la frecuencia de 3 GHz. La alianza IBM-Freescale fue reemplazada por un organismo de estándares abiertos llamado Power.org. Power.org opera bajo la supervisión del IEEE, con IBM continuando el uso y desarrollo del procesador PowerPC en consolas de videojuegos y Freescale Semiconductor centrándose exclusivamente en dispositivos integrados. 

IBM continúa desarrollando núcleos de microprocesadores PowerPC para su uso en sus circuitos integrados de aplicación específica (ASIC). Muchas aplicaciones de alto volumen incorporan núcleos PowerPC.

La especificación PowerPC ahora está a cargo de Power.org, de la cual IBM, Freescale y AMCC son miembros. Los procesadores PowerPC, Cell y POWER se comercializan conjuntamente bajo la arquitectura Power . Power.org lanzó una arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA) unificada, que combina las ISA de POWER y PowerPC en la nueva especificación Power ISA v.2.03, y una nueva plataforma de referencia para servidores llamada PAPR (Power Architecture Platform Reference).

Muchos diseños de PowerPC se nombran y etiquetan según su aparente generación tecnológica. Esto comenzó con el "G3", que era un nombre de proyecto interno dentro de AIM para el desarrollo de lo que se convertiría en la familia PowerPC 750. [ ^{5 ] Apple} popularizó el término "G3" cuando presentó Power Mac G3 y PowerBook G3 en un evento el 10 de noviembre de 1997. A Motorola y Apple les gustó el nombre y usaron el término "G4" para la familia 7400 presentada en 1998 ^{[ 6 ] [ 7 ]} y el Power Mac G4 en 1999.

En el momento del lanzamiento del G4, Motorola clasificó todos sus modelos PowerPC (antiguos, actuales y futuros) según la generación a la que pertenecían, llegando incluso a renombrar el antiguo núcleo 603e como "G2". Motorola tuvo un proyecto G5 que nunca llegó a materializarse, y Apple utilizó posteriormente ese nombre cuando se lanzó la familia 970 en 2003, aunque fue diseñada y fabricada por IBM.

Generaciones de PowerPC según Motorola, c. 2000. ^{[ 8 ]}

G1: Procesadores de las familias 601 , 500 y 800

G2: Las familias 602 , 603 , 604 , 620 , 8200 y 5000

G3: Las familias 750 y 8300

G4: Las familias 7400 y 8400*

G5: Las familias 7500 * y 8500 (Motorola abandonó el nombre G5 después de que Apple lo aplicara al 970).

G6: El 7600 *

(*) Estos diseños no se convirtieron en productos reales.

La mayoría de los chips PowerPC cambian el orden de bytes mediante un bit en el registro de estado de la máquina (MSR ), con un segundo bit que permite al sistema operativo ejecutarse con un orden de bytes diferente. Los accesos a la tabla de páginas invertida (una tabla hash que funciona como una TLB con almacenamiento externo) siempre se realizan en modo big-endian. El procesador arranca en modo big-endian.

En el modo little-endian, los tres bits de menor orden de la dirección efectiva se combinan mediante una operación OR exclusiva con un valor de tres bits seleccionado según la longitud del operando. Esto es suficiente para que el software convencional lo perciba como little-endian completo. Un sistema operativo verá una representación distorsionada del mundo cuando acceda a chips externos, como hardware de vídeo y de red. Para corregir esta distorsión, la placa base debe realizar un intercambio incondicional de bytes de 64 bits en todos los datos que entran o salen del procesador. Por lo tanto, el orden de bytes se convierte en una propiedad de la placa base. Un sistema operativo que opera en modo little-endian en una placa base big-endian debe intercambiar bytes y deshacer la operación OR exclusiva al acceder a chips little-endian.

Las operaciones de AltiVec , a pesar de ser de 128 bits, se tratan como si fueran de 64 bits. Esto permite la compatibilidad con placas base little-endian diseñadas antes de AltiVec.

Un efecto secundario interesante de esta implementación es que un programa puede almacenar un valor de 64 bits (el formato de operando más largo) en memoria mientras está en modo one-endian, cambiar de modo y leer el mismo valor de 64 bits sin que se produzca un cambio en el orden de los bytes. Esto no ocurriría si se cambiara la placa base simultáneamente.

Mercury Systems y Matrox ejecutaban el PowerPC en modo little-endian. Esto se hacía para que los dispositivos PowerPC que actuaban como coprocesadores en tarjetas PCI pudieran compartir estructuras de datos con ordenadores anfitriones basados ​​en x86 . Tanto PCI como x86 son little-endian. OS/2 y Windows NT para PowerPC ejecutaban el procesador en modo little-endian, mientras que Solaris, AIX y Linux lo hacían en modo big-endian. ^{[ 9 ]}

Algunos de los chips PowerPC integrados de IBM utilizan un bit de orden de bytes por página . Ninguna de las afirmaciones anteriores se aplica a ellos.

• Adélie Linux 1.0-beta6
• AmigaOS 4
• Mac OS clásico de System 7 .1.2; y Copland
• BeOS R5 Pro
  • Haiku , experimental ^{[ 17 ]}
• IBM i ; anteriormente llamado i5/OS, originalmente OS/400
• MorphOS
• Plan 9
• Infierno
• POSIX : Unix , similar a Unix
  • Rhapsody a través de Mac OS X Leopard 10.5.8
  • AIX
  • Sistema operativo para entornos laborales , incluyendo una versión para OS/2.
  • FreeBSD ^{[ 18 ]}
  • NetBSD
  • OpenBSD , macppc de 32 bits ^{[ 19 ]}
  • Linux
    • Arch Linux , compatible en puerto no oficial ^{[ 20 ]}
    • CRUX PPC hasta la versión 2.0.1.1
    • Debian :
      • PowerPC de 32 bits, un puerto lanzado desde Potato ^{[ 21 ]}
      • ppc64 de 64 bits big-endian ^{[ 22 ]} en desarrollo mayormente estancado
      • ppc64le de 64 bits little-endian, un puerto lanzado desde jessie
    • Fedora
    • Gentoo Linux , con versiones ppc de 32 bits y versiones ppc64 de 64 bits ^{[ 23 ]}
    • MintPPC , soporte para Macs de 32/64 bits del Viejo y Nuevo Mundo basados ​​en Linux Mint LXDE y Debian ^{[ 24 ]}
    • MkLinux , una distribución basada en el kernel Mach para Macs antiguos, lanzada oficialmente por Apple.
    • openSUSE
    • Red Hat Enterprise Linux ^{[ 25 ]}
    • Servidor empresarial SUSE Linux
    • Ubuntu ^{[ 26 ]}
    • Yellow Dog Linux , soporte completo para 32/64 bits; PS3
    • Void Linux , soporte en bifurcación de terceros ^{[ 27 ]} para 32 bits y 64 bits (big-endian y little-endian)
  • Solaris 2.5.1 edición PowerPC en la plataforma PReP
    • OpenSolaris , experimental ^{[ 28 ] [ 29 ]}
• JavaOS
• Windows NT 3.5, ^{[ 30 ]} 3.51 y 4.0
• ReactOS , el puerto PowerPC ya no está en desarrollo activo ^{[ 31 ]}
• Software de los sistemas GameCube , Wii y Wii U
• Software del sistema Xbox 360
• CellOS para PlayStation 3
• HelenOS

• M-RTOS
• VxWorks
• VxWorks 653
• Sistema operativo en tiempo real (RTOS) de Nucleus
• LiveDevices RTA-OSEKLive
• Microware OS-9
• MikroTik RouterOS
• MontaVista Linux
• Wind River Linux
• QNX
• Cisco IOS
• Cisco AireOS
• LynxOS
• Plataforma de virtualización y sistema operativo en tiempo real PikeOS de SYSGO
• ELinOS Linux embebido
• eCos
• Tecnología BCM de Broadcom
• RTEMS
• BlueCat Embedded Linux de LynuxWorks
• Sistema operativo integrado (OSE) de ENEA AB
• Integridad
• Sistema operativo para routers y switches Juniper Networks Junos
• FreeRTOS
• Deos ^{[ 32 ]}
• SCIOPTA ^{[ 33 ]} RTOS, certificado según IEC61508 , EN50128 e ISO26262
• Sistema operativo PowerPC integrado de IBM ^{[ 34 ]}

• Altera , fabricante de matrices de puertas programables en campo (FPGA), ahora pertenece a Intel.
• Apple (la 'A' de la alianza AIM original ) cambió a Intel a principios de 2006.
• Applied Micro Circuits Corporation (AMCC)
• Tecnologías Avago
• BAE Systems fabrica el procesador RAD750 , utilizado en naves espaciales y módulos de aterrizaje planetarios.
• Sistemas Cisco para routers
• Culturecom para CPU V-Dragon
• Tecnología exponencial
• Kumyoung se utiliza en la CPU del reproductor de karaoke (series Muzen y Vivaus).
• Lógica LSI
• Motorola (antes Freescale Semiconductor, ahora NXP ), como parte de la alianza AIM original.
• Relación con la CPU de núcleo Kilocore 1025
• Samsung
• STMicroelectronics para la serie SPC5xx
• Xilinx , fabricante de FPGA, integra PowerPC en las FPGA Virtex-II Pro, Virtex-4 y Virtex-5.

• PA Semi
• Microsoft
• Hindustan Computers Ltd.
• Sony
• Freescale Semiconductores
• Toshiba

Los procesadores PowerPC se utilizaron en varias consolas de videojuegos y placas base de sistemas arcade que ya no se fabrican :

• La compañía 3DO y Panasonic , por el cancelado 3DO M2
• Bandai , para el Pippin , diseñado por Apple Computer
• Konami , por su hardware arcade desde Ultra Sports ^{[ 35 ]} hasta Viper ^{[ 36 ]}
• Microsoft , para el procesador de Xbox 360 , Xenon ^{[ 37 ]}
• Nintendo , para los procesadores de GameCube , ^{[ 37 ]} Wii y Wii U
• Sega , para el hardware arcade Modelo 3 ^{[ 38 ]}
• Sony y Toshiba , para el procesador Cell (dentro de la PlayStation 3 y otros dispositivos) ^{[ 37 ]}
• Taito , para el hardware Power-JC ^{[ 39 ] y Type Zero [ 40 ]}

La arquitectura Power se utiliza actualmente en los siguientes ordenadores de sobremesa:

• Sam440ep , Sam440epFlex, basado en un SoC AMCC 440ep, fabricado por ACube Systems.
• Sam460ex , basado en un SoC AMCC 460ex, fabricado por ACube Systems.
• Placa base Nemo basada en el chipset PA6T-1682M que se encuentra en el AmigaOne X1000 de A-EON Technology.
• Placa base Cyrus basada en el chipset Freescale Qoriq P5020 que se encuentra en el AmigaOne X5000 de A-EON Technology.
• Placa base Tabor basada en el chipset Freescale QorIQ P1022 que se encuentra en el próximo AmigaOne A1222 de A-EON Technology.
• Las placas base/estaciones de trabajo Talos II y Blackbird, basadas en la arquitectura IBM Power9 Sforza, fueron fabricadas por Raptor Computing Systems.

La arquitectura Power se utiliza actualmente en las siguientes aplicaciones integradas:

• Cámaras inteligentes de National Instruments para visión artificial
• El rover Curiosity de Marte utiliza el RAD750.
• El rover Perseverance de Marte utiliza RAD750 a 133 MHz ^{[ 41 ].}
• Telescopio espacial James Webb - utiliza RAD750 a 118 MHz ^{[ 42 ]}