PowerPC 601はMacの大移行を成功させた初代RISCチップ

PowerPC 601
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PowerPC 601 は、アップルコンピュータ・IBM・モトローラの3社連合「AIM連合」が1991年（平成3年）から共同開発し、1993年（平成5年）10月に量産出荷を開始した最初のPowerPC である。インテルのx86系が支配する市場に、RISC 陣営として真正面から挑んだ野心作であった。

AIM連合の結成とIntelへの挑戦
Somerset工場とPowerPC 601の開発
PowerPC 601のアーキテクチャ
Power Macintoshと「大移行」の成功
広がるPowerPC一族（602～G3）
ゲーム機黄金期を支えた「心臓部」
その後のCPU・GPUに与えた影響
伝説の「G4/G5」と限界
x86、そしてARMへの移行
主要スペック
CPUの歴史
参考サイト

AIM連合の結成とIntelへの挑戦

IBM POWER 1
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1980年代後半、アップルコンピュータのMacintosh はモトローラの68kシリーズを搭載していたが、性能面でインテルのx86系に押され始めていた。一方IBM は1990年（平成2年）、独自のRISC プロセッサ「POWER」をワークステーションRS/6000 向けに開発しており、これをパソコン用に転用しようとアップルに提携を持ちかけた。

交渉の結果、1991年（平成3年）7月に基本合意、同年10月2日にアップル・IBM・モトローラの3社は「AIM連合」（Apple・IBM・Motorola）を正式に結成した。目的は、マイクロソフトとインテルが握る「Wintel」の寡占状態に、RISC ベースの新プラットフォームで対抗することであった。

Somerset開発拠点とPowerPC 601の開発

AIM連合は米テキサス州オースティンに共同開発拠点「Somerset」を1992年（平成4年）に開設し、IBM とモトローラの技術者が机を並べて設計にあたった。IBM のPOWERアーキテクチャを単一チップに落とし込み、パソコンでも扱いやすい規模に整理し直す作業が急ピッチで進められた。

こうして誕生したPowerPC 601 は、1993年（平成5年）に発表されたIBM のワークステーション「RS/6000 Model 250」に初めて採用され、同年10月に量産出荷が始まった。初期型は0.6μmプロセスで製造され、約280万個のトランジスタを集積、動作クロックは当初50MHzで、改良型を含めて高クロック化された。

PowerPC 601のアーキテクチャ

PowerPC 601 アーキテクチャ

PowerPC 601 は、整数演算ユニット（IU）・浮動小数点演算ユニット（FPU）・分岐処理ユニット（BPU）という3個の独立した実行ユニットを備えた。条件が整えば各ユニットへ1命令ずつ送り、1クロック当たり最大3命令を同時発行できるスーパースカラ構造である。なお、601の実行ユニットは8個ではなく3個であり、「3命令同時発行」はこの3系統の並列動作を指す。

PowerPC 601 は32KBの統合型1次キャッシュを内蔵した。命令用とデータ用を分離する後継の603・604とは異なる601固有の構成で、命令とデータが同じキャッシュ容量を共有する。外部データバスは64ビット幅を備えつつ、プロセッサと命令セットは32ビットである。

PowerPC 601 は32ビットPowerPC命令セットを実装するとともに、多数のPOWER命令も備え、既存のPOWER向けソフトウェアとの互換性に配慮していた。POWERと新しいPowerPCの橋渡しを担う過渡的なプロセッサであり、後継のPowerPC 603・PowerPC 604 ではPOWER互換命令の多くが省かれ、より純粋なPowerPC実装へ移行した。

Power Macintoshと「大移行」の成功

Power Macintosh 6100
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1994年（平成6年）3月14日、アップルコンピュータはPowerPC 601 を搭載した「Power Macintosh」6100・7100・8100を発表した。初代モデルのクロックは、エントリー機の6100が60MHz、ミドルレンジの7100が66MHz、最上位の8100が80MHzだった。従来の68kシリーズからCPUアーキテクチャを丸ごと切り替える、いわゆる「大移行（トランジション）」の始まりである。

互換性維持の鍵となったのが、ソフトウェアで68kコードを実行する68kエミュレータだった。Mac OSの大部分がまだ68kコードのまま残っていたが、このエミュレータのおかげで既存アプリケーションもそのまま動作し、ユーザーは大きな混乱なく新CPUへ移行できた。Mac OS 7.1.2以降のPower Macintoshには68LC040相当の命令エミュレーション機構が搭載され、多くの68kアプリをほぼ意識せずPowerPC Mac上で実行できた。

1998年（平成10年）にはMac OS 8.5がPowerPC専用となり、OSを含む移行はおおむね完了した。初代Power Macintoshの登場から約4年半を要したが、アップルは既存ソフトウェアとの互換性を保ちながら、この「大移行」を成功させた。この経験は、後年のIntel移行（2006年）やApple Silicon移行（2020年）の土台にもなった。

広がるPowerPC一族（602～G3）

PowerPC 604
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PowerPC 601 を皮切りに、AIM連合は低消費電力のPowerPC 603、高性能版のPowerPC 604、そして1997年（平成9年）のPowerPC G3（PowerPC 750）へと矢継ぎ早に世代を重ね、Power Macintoshの性能向上を支え続けた。

PowerPC G3
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ゲーム機黄金期を支えた「心臓部」

ニンテンドーゲームキューブメイン基板
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PowerPC 601 が切り開いたアーキテクチャは、2000年代のゲーム機黄金期を支える「心臓部」ともなった。2001年（平成13年）発売のニンテンドーゲームキューブはPowerPC 750CXe を改良したIBM 製「Gekko」（486MHz）を採用した。

2005年（平成17年）のXbox 360 は3コアの「Xenon」（3.2GHz）を、2006年（平成18年）のPlayStation 3 はIBM・東芝・ソニーが共同開発した「Cell」を搭載した。同年発売の Wii も後継「Broadway」を採用し、PowerPC 系CPUは家庭用ゲーム機市場を席巻した。

その後のCPU・GPUに与えた影響

Cell が採用した8基の演算ユニット「SPE」による並列処理は、同時期に発展したGPUによる汎用計算（GPGPU）とともに、異種コアを用いる並列計算の可能性を示した。PowerPC G4 が搭載したベクトル演算ユニットAltiVec も、SIMD命令の普及に一役買った。

モトローラから半導体事業を分離したフリースケールは、PowerPC系コアを組み込み分野へ展開し、通信機器向けのPowerQUICC、さらに「QorIQ」シリーズへ発展させた。QorIQは後にARM系コアも採用し、現在はNXPが展開している。一方、源流となったPOWER アーキテクチャ自体は2019年（平成31年）にオープン化され、現在もPOWER10やPOWER11としてサーバー・スーパーコンピュータ分野で開発が続いている。

伝説の「G4/G5」と限界

PowerPC 970
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1999年（平成11年）のPowerPC G4 はベクトル演算ユニットAltiVec で人気を博し、2003年（平成15年）のPowerPC G5（PowerPC 970）はついに64ビット化を果たした。しかし発熱は深刻で、最速モデルは液冷を必要とし、ノートパソコンへの搭載は実現しなかった。

2003年（平成15年）の発表時、スティーブ・ジョブズは「2年以内に3GHz到達」を公約したが、モトローラ（当時フリースケール）もIBM も高クロック化の壁を突破できず、公約は果たされなかった。この性能の頭打ちが、次の決断を促す直接の引き金となった。

x86、そしてARMへの移行

2005年（平成17年）6月、アップルはインテル製CPUへの移行を発表した。2006年（平成18年）1月にIntel Core Duo 搭載Macを投入し、同年8月のMac Proをもって全Macの移行を完了した。1994年（平成6年）に始まったPowerPC Macの時代は、約12年で幕を閉じた。

それから14年後の2020年（令和2年）、アップルは今度は自社設計のARM ベースチップ「Apple Silicon」への移行を発表した。68kからPowerPC、PowerPCからIntel、IntelからARM へと続く3度の大移行はいずれも、PowerPC 601 が切り開いた前例に連なるものである。

主要スペック

項目	仕様
メーカー	IBM, モトローラ
出荷開始	1993年10月
トランジスタ数	約280万個
プロセスルール	初期型0.6μm CMOS
データバス	外部64ビット／内部32ビット
1次キャッシュ	32KB（統合型）
命令発行数	最大3命令同時発行
CPUクロック	50～135MHz（派生・改良型を含む）
動作電圧	製品・世代により異なる

CPUの歴史

発表年	メーカー	CPU名	ビット数	最大クロック
1970年	Garrett AiResearch	MP944 (軍用)	20bit	375KHz
1971年	インテル	4004	4bit	750KHz
1974年	インテル	8080	8bit	3.125MHz
1975年	モステクノロジー	MOS 6502	8bit	3MHz
1976年	ザイログ	Z80	8bit	20MHz
1978年	インテル	8086	16bit	10MHz
1979年	モトローラ	MC6809	8bit	2MHz
1979年	ザイログ	Z8000	16bit	10MHz
1980年	モトローラ	MC68000	16bit	20MHz
1983年	NEC	V30	16bit	16MHz
1984年	インテル	80286	16bit	12MHz
1985年	インテル	80386	32bit	40MHz
1985年	インテル	i960	32bit	100MHz
1985年	サン・マイクロシステムズ	SPARC	32bit	150MHz
1985年	エイコーン	ARM1	32bit	6MHz
1986年	MIPS	R2000	32bit	15MHz
1987年	ザイログ	Z280	16bit	12MHz
1987年	モトローラ	MC68030	32bit	50MHz
1988年	MIPS	R3000	32bit	40MHz
1989年	インテル	80486	32bit	100MHz
1989年	インテル	i860	32bit	50MHz
1990年	モトローラ	MC68040	32bit	40MHz
1991年	MIPS	R4000	64bit	200MHz
1992年	DEC	Alpha 21064	64bit	200MHz
1993年	IBM, モトローラ, Apple	PowerPC 601	32bit	120MHz
1993年	インテル	Pentium	32bit	300MHz
1994年	IBM, モトローラ, Apple	PowerPC 603	32bit	300MHz
1995年	サイリックス	Cyrix Cx5x86	32bit	133MHz
1995年	AMD	Am5x86	32bit	160MHz
1995年	サン・マイクロシステムズ	UltraSPARC	64bit	200MHz
1999年	IBM, モトローラ	PowerPC G4	32bit	1.67GHz
1999年	AMD	Athlon	32bit	2.33GHz
2000年	インテル	Pentium 4	32bit	3.8GHz
2001年	インテル	Itanium	64bit	800MHz
2003年	AMD	Opteron	64bit	3.5GHz
2003年	インテル	Pentium M	32bit	2.26GHz
2006年	SCE,ソニー,IBM,東芝	Cell	64bit	3.2GHz
2006年	インテル	Core Duo	32bit	2.33GHz
2006年	インテル	Core 2 Duo	64bit	3.33GHz
2008年	インテル	Core i9/i7/i5/i3	64bit	5.8GHz
2017年	AMD	Ryzen	64bit	5.7GHz
2020年	Apple	M1/M2/M3/M4/M5	64bit	3.49GHz
2023年	インテル	Core Ultra 9 / 7 / 5	64bit	5.1GHz