Elemento de procesamiento de energía

El Power Processing Element ( PPE ) comprende una Power Processing Unit ( PPU ) y una caché L2 de 512 KB. En la mayoría de los casos, la PPU se utiliza en un PPE. La PPU es un núcleo de microprocesador PowerPC 2.02 de 64 bits , de doble hilo y ejecución en orden, diseñado por IBM para su uso principalmente en las consolas de videojuegos PlayStation 3 y Xbox 360 , pero también ha encontrado aplicaciones en computación de alto rendimiento en supercomputadoras como la IBM Roadrunner, que batió récords .

La PPU se utiliza como núcleo principal de la CPU en tres diseños de procesador diferentes:

• El Cell Broadband Engine (Cell BE), que se utiliza principalmente en la consola de videojuegos PlayStation 3 de Sony , utiliza el PPE y viene en tres versiones: una de 90 nm, otra de 65 nm y otra de 45 nm.   
• El PowerXCell 8i es una versión del Cell BE con FPU y subsistema de memoria mejorados. Solo se fabricó en una única  versión de 65 nm.
• La XCPU , que se utiliza en una configuración de tres núcleos y una caché L2 unificada de 1 MB dentro de la Xbox 360 de Microsoft , viene en tres versiones: las versiones de 90  nm y 65  nm, y la XCGPU  de 45 nm con un procesador gráfico integrado de ATI .

• Núcleo de 64 bits y doble hilo
• Frecuencia de reloj típica de 3,2  GHz
• caché de instrucciones L1 de 32 KB
• Caché de datos L1 de 32 KB
• Caché L2 unificada de 512 KB, asociativa por conjuntos de 8 vías en la variante PPE.
• Compatible con PowerPC ISA de 64 bits v.2.02 ( POWER4 y PowerPC 970 ) ^{[ 1 ] : 17}
• Funcionalidad SIMD de AltiVec

• Unidad de Sucursal (BRU)
• Unidad de punto fijo entero (FXU)
• Unidad de Carga y Almacenamiento (UCA)
• Unidad de punto flotante (FPU)
• Unidad de extensión de medios vectoriales (VMX)

La PPU es un procesador de ejecución en orden, pero posee características únicas que le permiten aprovechar las ventajas de la ejecución fuera de orden sin necesidad de hardware de reordenamiento costoso. Al encontrar un fallo de caché L1, puede continuar la ejecución más allá de dicho fallo, deteniéndose únicamente cuando una instrucción depende de una carga. Puede enviar hasta 8 instrucciones de carga a la caché L2 fuera de orden. Cuenta con una tubería de retardo de instrucciones, una ruta secundaria que le permite ejecutar instrucciones que normalmente provocarían bloqueos en la tubería sin retrasar el resto de la misma . Esta tubería de retardo se utiliza para las operaciones de carga/almacenamiento fuera de orden: los fallos de caché se almacenan allí mientras se continúa la ejecución.

El PPE tiene una canalización general de 23 etapas con 11 etapas adicionales posibles para microcódigo y 4 etapas adicionales posibles para predicción de bifurcaciones. ^{[ 2 ]}

La PPU ejecuta dos hilos de hardware simultáneamente. Los registros principales para la ejecución del código están duplicados, al igual que los registros de manejo de excepciones e interrupciones, y varias matrices y colas esenciales. Pueden generar excepciones simultáneamente y realizar predicciones de bifurcación en sus historiales de bifurcación individuales. Sin embargo, el motor de ejecución y las cachés no están duplicados, por lo que sigue siendo un diseño de un solo núcleo. ^{[ 1 ]}

Su unidad de coma flotante de doble precisión de 64 bits y su unidad VMX de 128 bits (que utiliza el conjunto de instrucciones AltiVec ) pueden realizar teóricamente 12 operaciones de coma flotante por ciclo, ya que su unidad de coma flotante puede realizar sumas y multiplicaciones de coma flotante y no puede ser menor de 64 bits. Esto da como resultado 3200 millones de ciclos de reloj × 12 = 38 400 millones de operaciones de coma flotante por segundo.

La PPU se ha mejorado en el procesador PowerXCell 8i para poder realizar operaciones de punto flotante de doble precisión en un solo ciclo, diseñadas para la computación de alto rendimiento en supercomputadoras.

La unidad VMX de la XCPU de la Xbox 360 está mejorada con 128 registros y no es totalmente compatible con AltiVec estándar.