POWER4

A POWER4 egy IBM fejlesztésű 64 bites mikroprocesszor, mely a 64 bites PowerPC és PowerPC AS utasításkészlet-architektúrákat implementálja. 2001-ben jelent meg, a POWER3 és RS64 mikroprocesszorokat követte. Az RS/6000 és AS/400 számítógépekben alkalmazták. Ezzel a processzorral véget ért az RS64 PowerPC-típusú mikroprocesszorok fejlesztése az AS/400 számára. A POWER4 egy többmagos mikroprocesszor, egyetlen lapkán két magot tartalmaz és ez az első ilyen felépítésű nem-beágyazott mikroprocesszor.^[1] A POWER4 csip volt az első kereskedelemben kapható multiprocesszor-csip.^[2] Az eredeti POWER4 órajelfrekvenciája 1,1 és 1,3 GHz volt, míg egy továbbfejlesztett verziója, a POWER4+ már elérte az 1,9 GHz-es órajel-frekvenciát. A PowerPC 970 a POWER4 egy származéka.

POWER4
Gyártás	2001-től
Tervező	IBM
Max CPU órajel	1,1 GHz – 1,9 GHz
Gyártás technológia méret	180 nm, 130 nm
Utasításkészlet	PowerPC
Architektúra	PowerPC (PowerPC v.2.00/01)
Magok száma	2
L1 gyorsítótár	64+32 KiB/mag
L2 gyorsítótár	1,41 MiB/csip
L3 gyorsítótár	32 MiB csipen kívül
Alkalmazása	RS/6000 és AS/400 szerverek
Előd	POWER3, RS64
Utód	POWER5
A Wikimédia Commons tartalmaz POWER4 témájú médiaállományokat.

Funkcionális elrendezés

A POWER4 mag elvi vázlata

A POWER4 processzor blokkvázlata

A POWER4-nek egy egyesített második szintű gyorsítótára van, mely három egyenlő részre van osztva. Mindegyiknek megvan a saját független L2 vezérlője, ami képes ciklusonként 32 bájt adat (256 bit) betöltésére. A mag-csatolóegység (Core Interface Unit, CIU) csatlakoztatja az egyes L2 vezérlőket mind az adat-, mind az utasítás-gyorsítótárhoz mindkét processzorban. A nem gyorsítótárazható (NC) egység felelős az utasítás-szerializációs funkciókért és a nem gyorsítótárazható műveletek végrehajtásáért a tártopológiában. A processzornak van egy harmadik szintű gyorsítótár-vezérlője is, de az ehhez tartozó tényleges memória csipen kívüli. A GX-sínvezérlő vezérli a be/kimeneti eszközök kommunikációját, amihez két 4 bájt széles GX sín csatlakozik, az egyik a bejövő, a másik a kimenő forgalom számára. A Fabric Controller egyfajta összeköttetés-vezérlő, azaz a sínek hálózatát kontrolláló mestervezérlő; ez felügyeli mindkét L1/L2 vezérlő kommunikációját, a POWER4 csipek közötti {4 utas, 8 utas, 16 utas, 32 utas} és a POWER4 MCM-ek közötti kommunikációt. Rendelkezésre áll egy nyomkövető és hibakereső egység (Trace-and-Debug), mely ellátja a First Failure Data Capture (első hiba adatrögzítés) funkciót. A csomagban van még egy beépített önteszt funkció (Built In Self Test, BIST) és egy teljesítményfigyelő egység (PMU). A bekapcsolási reset (POR) támogatott.

Végrehajtóegységek

A POWER4 egy szuperskalár mikroarchitektúrát valósít meg, melyet magas frekvenciájú spekulatív sorrenden kívüli végrehajtás jellemez, nyolc független végrehajtó/műveleti egység használatával. Az egységek a következők: két lebegőpontos egység (FP1-2), két betöltő-tároló egység (LD1-2), két fixpontos egység (FX1-2), egy elágazáskezelő egység (BR) és egy feltételregiszter egység (CR). Ezek a végrehajtóegységek legfeljebb nyolc műveletet képesek befejezni órajelciklusonként (a BR és CR egységeket kivéve):

• minden lebegőpontos egység egy összevont szorzás-összeadás utasítást képes befejezni órajelciklusonként (két művelet),
• minden betöltő-tároló egység egy utasítást képes befejezni órajelciklusonként,
• minden fixpontos egység egy utasítást képes befejezni órajelciklusonként.

A futószalag szakaszai a következők:

• elágazás-előrejelzés
• utasítás-lehívás
• dekódolás, feltörés és csoportalakítás
• csoport-kiküldés és utasításkibocsátás
• a betöltő-tároló egység működése
  • Load Hit Store
  • Store Hit Load
  • Load Hit Load
• utasítás-végrehajtási futószalag

Többcsipes konfiguráció

A POWER4 konfigurációi többcsipes modulokban (multi-chip module, MCM) is megjelentek. Ezekben egy MCM négy POWER4 lapkát tartalmaz egy tokban és max. 128 MiB osztott L3 ECC gyorsítótárat a modulban (a processzorhoz képest külső memória).

Műszaki adatok

POWER4 180 nm @ CMOS 8S3 SOI

órajel, GHz	1,3 GHz
áramfelvétel	115 W	1,5 V 1,1 GHz-en
tranzisztorok száma	174 millió
kapuhossz	90 nm
kapu oxid		2,3 nm
fémréteg	sűrűség	vastagság
M1	500 nm	310 nm
M2	630 nm	310 nm
M3-M5	630 nm	420 nm
M6(MQ)	1260 nm	920 nm
M7(LM)	1260 nm	920 nm
dielektrikum	~4,2
Vdd	1,6 V

POWER4+

A POWER4+ a POWER4 egy javított verziója, maximális órajele 1,9 GHz. 184 millió tranzisztort tartalmaz, mérete 267 mm², és 0,13 µm-es SOI CMOS folyamattal gyártották nyolcrétegű réz fémezéssel.