PowerPC 在嵌入式、超算等领域再次崭露头角，面对英特尔的多媒体指令集 SSE 也力压一筹。只可惜，这大概是 PowerPC 阵营的最后一次大胜了，随着 500MHz G4 的交付事故，属于它的黄金时代已然快走到尽头。

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前文提要：乔布斯鼓吹的 G3 受到了英特尔的奋起直追，摩托罗拉自身的财务困局则为 PowerPC 阵营增添了变数。局势紧张之际，IBM 取得铜互联工艺突破，让苹果扳回一局，更让 PowerPC 成功「破圈」飞向太空。

除了在工艺和航天领域大有长进，PowerPC 还相继推出了随着专用于嵌入式、支持 64 位且更易定制化的 Book E 标准，以及 PowerPC 405 和 440 系列。高低搭配，PowerPC 在嵌入式、超算等领域再次崭露头角。

不同于此前 PowerPC 项目由驻扎在萨默塞特的 IBM、Motorola 工程师合力领导完成，新的嵌入式项目一直由 Thomas Sartorius 一人在 IBM 统筹安排。这位杰出的芯片架构师将带领 PowerPC 400 系列走向辉煌。

Thomas Sartorius，曾任 PowerPC 400 系列的首席架构师，后又为高通骁龙系列的首席架构师

先看 PowerPC 405 核心，其代表芯片 PowerPC 405GP 于 1999 年发布，在架构设计上有了大幅改进，首次加入了 CoreConnect 总线，其由处理器本地总线、片上外设总线构成，从此奠定了未来嵌入式 PowerPC 内外总线的基础架构。为了扩大影响力，IBM 将 CoreConnect 免费、免版税提供给工具供应商、核心 IP 公司和芯片开发公司。

405GP 的架构图，其最大的改进是加入了一系列外设控制器以及 64bit 的 CoreConnect 总线

而在性能层面，405GP 也大幅改进，相比前代 403 仅为 50MHz 的频率，其能在 200MHz 下运行。IBM 宣称其运行速度比前代快了 3 倍，并且在 250nm 工艺生产时，Die 面积仅为 49mm²，整体功耗只有 1.1W。

PowerPC 405GP（左）及其 Die shot（右）

这样一款单颗芯片售价仅 41 美元的高性价比芯片带来了新一轮采购热潮。小到 Dilog、Dreambox 等各种品牌的机顶盒、大到用于服务器的磁带库控制卡，甚至 PlayStation 2 slim 中的 I/O 控制器上，到处都有 PowerPC 405GP 的身影。

使用 PowerPC 405GP 的 Dilog DT 550 机顶盒（左）以及 SUN 的 StorageTek SL8500（右）

PowerPC 405 已经足够惊艳，其后于 1999 年推出的 PowerPC 440 核心则更上一层楼，其代表产品 PowerPC 440GP 最初就能在 400 MHz 下运行（后来最高可达 800MHz），已与新 G3 不相上下，性能相比 405GP 更是有了三倍提升。

440 的内部也有了大升级。不仅支持 DDR 内存、处理器本地总线由 64bit 升至 128bit，带宽翻倍，微架构流水线级数提升至七级，使之更容易在高频下运行，64KB 的 L1 缓存容量甚至等同于 G3， 是一个不折不扣的超标量、乱序的桌面级核心。

PowerPC 440GP 的内部结构（右）及其 440 内核（左）

而在功耗、成本方面，得益于 180nm 铜互联工艺，在 400MHz 运行时功耗只有 1.4W，Die 面积由于去除了浮点单元仅为 59mm²，单芯片售价低于 100 美元。

用于苹果 Xserve 的 PowerPC 440SPe（左）及 440GP 的 Die shot（右）

如此强大的芯片让各界为之疯狂，PowerPC 440 系列成为了 IBM 最受欢迎的嵌入式芯片之一，并赢得「微处理器报告」杂志的「1999 年进步最大的嵌入式架构奖」，采用它的设备不计其数。

整个 1999 年，IBM 与 Motorola 分别卖出 500 万、共 1000 万枚嵌入式芯片，是 1998 年 490 万的两倍多，1997 年 350 万的近三倍。

但显然 IBM 的野心并不止于此——一大批超级计算机正席卷而来。

最有代表性的就是 IBM 自家的蓝色基因系列。在首款 L 系列产品中，IBM 别出心裁的将两块 700MHz 的 PowerPC 440 放在同一主板上。超宽的总线让对称多处理成为可能，一台 16 层蓝色基因 L 机架就囊括了整整 1024 个计算节点。

包含两个计算节点的计算卡（左）及其机架一层所容纳的 16 张计算卡（右）

2004 年 11 月，一个包含 16 台机架的蓝色基因击败 NEC 的地球模拟器，成功摘得「世界上最快计算机」这一桂冠，并保持了三年多，直至 2008 年 6 月才屈居第二。此时，其机架数量已为 104 台，峰值算力已达 596 Tflops 之巨。

蓝色基因 P 对算力的暴力堆砌

而第二代蓝色基因 P 系列则如法炮制，一个计算节点包含了 4 颗 PowerPC 450（经过稍微修改的 PowerPC 440），峰值性能高达 13.6 Gflops，甚至被用于模拟大约 1% 的人类大脑皮层。

蓝色基因 P 超级计算机

在赢得举世瞩目性能的同时，IBM 表示这款超算达到了 371 Mflops/W 的惊人能效，在能效榜中排名第一。

2007 年 11 月的超算能耗比榜单，可见蓝色基因 P 系列包揽了前五名

超算的性能，尽在手中

1999 年 8 月，在 Seybold 研讨会上，乔布斯意气风发。在回顾了近 8 个月来 PowerMac G3 所取得的辉煌成绩后，用一句 What’s next 预示新产品即将到来——而接下来的幻灯片却引得众人哄堂大笑。

给你超算的性能

只见一个巨型超级计算机展现在众人眼前。乔布斯表示，随着多媒体的盛行，图片编辑、视频编码等任务对性能的需求已经动辄数十亿的运算量，与航天局、中情局等国家机关以前的需求相比肩：以前单纯的整数、浮点单元已经难以应付如此庞大的数据流，急需一套全新的解决方案。

只不过，更早意识到了这一点的，是对面的英特尔。在大家都还在比较纯粹的整数、浮点性能时，英特尔率先于 1996 年宣布了 MMX 拓展指令以及 MMX 单元，又于 1999 年 2 月发布了全新的奔腾 III 芯片。与此同时，营销机器全面启动，砸下了近 3 亿美元来说服开发者重写软件以利用 SIMD 单元。在其不遗余力的宣传下，奔腾 III 在发售时已经有 300 个软件适配完成，让拓展指令对多媒体加速的必要性家喻户晓，在这场多媒体战争中已先下一城。

使用 Slot 1 插槽的奔腾 III

反观 PowerPC 阵营，在多媒体的拓展指令方面的发展却坎坷不堪。为了应对英特尔 MMX 指令的强大优势，萨默塞特研发中心的工程师们也早早地开始研发专属于 PowerPC 的 SIMD 指令，Motorola 称之为 Altivec，IBM 称为 VMX，苹果称为 Velocity Engine。

不过，在 AIM 联盟中，IBM 对此却并未像其他两家那样上心。毕竟，其 POWER 系列产品主要面对的是服务器等大型机市场，对能够加速多媒体的拓展指令兴趣不大。然而，过去几年 IBM 大量精力又都被用在了 PowerPC 研发上，POWER 项目屡次拖延：POWER3 等了整整五年才于 1998 年发布，且频率欠佳、性能堪忧，难以与 21264 等竞品相提并论。对 Velocity Engine 这种 IBM 不感兴趣的领域，他们实在不想再浪费时间和精力了。

POWER3 及其 Die shot，初代频率只有 200MHz

击败棋王的「Deep Blue」超级计算机，配备有 30 个 200MHz 的 PowerPC 604e

随着双方在这方面的分歧越来越大，1998 年 5 月 17 日，即乔布斯否认 AIM 内部有矛盾的两个月后，Motorola 把 IBM 撇在一边，单方面宣布了 PowerPC 新芯片的计划，一个月后，IBM 与 Motorola 正式分道扬镳：IBM 将萨默塞特的股份全数售给了 Motorola，自身则退出新芯片的研发，全力以赴设计 POWER4，只负责继续给苹果提供各种工艺下的 PowerPC G3。

IBM 的退出标志着一个时代的结束，在被 Motorola 全资拥有后，象征 AIM 联盟的萨默塞特研发中心淡出历史长河，再不被媒体关注、不被人提起，最终在 Motorola 重组、拆分的风风雨雨中逐渐停止运营。至此，能推进 PowerPC 向前的只有苹果与 Motorola 了。

讽刺的是，面对巨变，双方在新闻稿中都表现得极为冷静，声称将继续支持 PowerPC 的发展，市场也认为这一做法三全其美：消息放出后，苹果、IBM、Motorola 的股价均有上涨。

画面切回乔布斯的幻灯片。IBM 的中途退出影响了新芯片的研发进程，而今，一年多之后，萨默塞特研发中心遗作的 PowerPC G4 虽迟但到，与英特尔奔腾 III 的恶战即将到来。

多媒体之争

英特尔奔腾 III 虽然依旧采用从奔腾 Pro 一脉相承来的 P6，但为了加强其在多媒体领域的话语权，加入了全新的 SSE 指令集（为了赶时髦称为「Internet SSE」），相比 MMX 有了极大增强。

奔腾 III、II 与 Pro 的对比，可见微架构几乎没变，主要变化在于增加多媒体扩展指令

之前英特尔的 MMX 指令虽然已经「技惊四座」，但仍存在诸多缺陷：不能加速浮点运算，只能进行整数运算，且宽度只有 64bit，并且运行时要占用 8 个 80bit 的浮点寄存器，即 MMX 指令与浮点指令无法同时执行，效率低下。