عنصر معالجة الطاقة

تتألف وحدة معالجة الطاقة ( PPE ) من وحدة معالجة الطاقة ( PPU ) وذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى الثاني (L2) بسعة 512 كيلوبايت. في معظم الحالات، تُستخدم وحدة معالجة الطاقة (PPU) ضمن وحدة معالجة الطاقة (PPE). وحدة معالجة الطاقة (PPU) عبارة عن معالج دقيق PowerPC 2.02 ثنائي الخيوط 64 بت، مصمم من قبل شركة IBM للاستخدام بشكل أساسي في أجهزة ألعاب الفيديو PlayStation 3 و Xbox 360 ، ولكنه وجد أيضًا تطبيقات في الحوسبة عالية الأداء في الحواسيب العملاقة مثل جهاز IBM Roadrunner الذي حقق أرقامًا قياسية .

تُستخدم وحدة معالجة الصور (PPU) كنواة رئيسية لوحدة المعالجة المركزية في ثلاثة تصميمات مختلفة للمعالجات:

• محرك النطاق العريض الخلوي ( Cell BE) المستخدم بشكل أساسي في جهاز ألعاب بلاي ستيشن 3 من سوني . يستخدم هذا المحرك تقنية PPE ويأتي بثلاثة إصدارات: إصدار 90 نانومتر، وإصدار 65 نانومتر، وإصدار 45 نانومتر.   
• يُعدّ PowerXCell 8i نسخةً من Cell BE مزودة بوحدة معالجة الفاصلة العائمة (FPU) ونظام ذاكرة مُحسّنين. وقد تم تصنيعه بنسخة واحدة فقط بتقنية 65  نانومتر.
• تُستخدم وحدة المعالجة المركزية XCPU في تكوين ثلاثي النواة وذاكرة تخزين مؤقتة موحدة من المستوى الثاني بسعة 1 ميجابايت داخل جهاز Xbox 360 من مايكروسوفت . وهي متوفرة بثلاثة إصدارات: إصدار 90  نانومتر وإصدار 65  نانومتر، وإصدار 45  نانومتر XCGPU مع معالج رسومات مدمج من ATI .

• معالج ثنائي الخيوط 64 بت
• معدل الساعة النموذجي 3.2  جيجاهرتز
• ذاكرة تخزين مؤقتة للتعليمات من المستوى الأول (L1) بسعة 32 كيلوبايت
• ذاكرة تخزين مؤقتة للبيانات من المستوى الأول (L1) بسعة 32 كيلوبايت
• ذاكرة تخزين مؤقتة موحدة من المستوى الثاني بسعة 512 كيلوبايت، وذاكرة تخزين مؤقتة ترابطية ثمانية الاتجاهات في إصدار PPE.
• متوافق مع معمارية PowerPC ISA 64 بت الإصدار 2.02 ( POWER4 و PowerPC 970 ) ^{[ 1 ] : 17}
• وظيفة AltiVec SIMD

• وحدة فرعية (BRU)
• وحدة الأعداد الصحيحة ذات النقطة الثابتة (FXU)
• وحدة التحميل والتخزين (LSU)
• وحدة الفاصلة العائمة (FPU)
• وحدة تمديد الوسائط المتجهة (VMX)

وحدة معالجة البيانات (PPU) هي معالج تنفيذ متسلسل، لكنها تتميز ببعض الخصائص الفريدة التي تُمكّنها من تحقيق بعض مزايا التنفيذ غير المتسلسل دون الحاجة إلى أجهزة إعادة ترتيب مكلفة. عند الوصول إلى خطأ في ذاكرة التخزين المؤقت L1، يمكنها تجاوز هذا الخطأ، والتوقف فقط عندما تعتمد تعليمة ما على عملية تحميل. يمكنها إرسال ما يصل إلى 8 تعليمات تحميل إلى ذاكرة التخزين المؤقت L2 خارج الترتيب. تحتوي على مسار تأخير التعليمات - وهو مسار جانبي يسمح لها بتنفيذ التعليمات التي قد تتسبب عادةً في توقف خط الأنابيب دون تعطيل بقية خط الأنابيب . يُستخدم مسار تأخير التعليمات لعمليات التحميل/التخزين خارج الترتيب: حيث يتم وضع أخطاء ذاكرة التخزين المؤقت فيه أثناء استمرار التنفيذ.

يحتوي نظام معالجة البرامج (PPE) على مسار عام مكون من 23 مرحلة، مع إمكانية إضافة 11 مرحلة إضافية للبرمجيات المصغرة و4 مراحل إضافية للتنبؤ بالتفرعات. ^{[ 2 ]}

تُشغّل وحدة معالجة البرامج (PPU) خيطين برمجيين في آنٍ واحد. وتُكرّر السجلات الرئيسية لتنفيذ التعليمات البرمجية، وكذلك سجلات معالجة الاستثناءات والمقاطعات، بالإضافة إلى العديد من المصفوفات والطوابير الأساسية. ويمكنها توليد الاستثناءات في وقت واحد، وإجراء تنبؤات التفرع على سجلات التفرع الخاصة بها. ومع ذلك، لا يُكرّر محرك التنفيذ وذاكرات التخزين المؤقت، لذا يبقى التصميم أحادي النواة. ^{[ 1 ]}

تستطيع وحدة الفاصلة العائمة ذات الدقة المزدوجة 64 بت ، ووحدة VMX ذات الدقة 128 بت (باستخدام مجموعة تعليمات AltiVec )، إجراء 12 عملية حسابية نظرية للفاصلة العائمة في الدورة الواحدة، حيث يمكن لوحدة الفاصلة العائمة إجراء عمليات الضرب والجمع للفاصلة العائمة، ولا يقل حجمها عن 64 بت. وهذا يُعطي 3.2 مليار دورة ساعة × 12 = 38.4 مليار عملية حسابية للفاصلة العائمة في الثانية.

تم تحسين وحدة معالجة البيانات (PPU) في معالج PowerXCell 8i لتكون قادرة على إجراء عمليات الفاصلة العائمة ذات الدقة المزدوجة في دورة واحدة، وهي مصممة خصيصًا للحوسبة عالية الأداء في أجهزة الكمبيوتر العملاقة.

تم تحسين وحدة VMX في XCPU في جهاز Xbox 360 بـ 128 سجلًا وهي غير متوافقة تمامًا مع AltiVec العادي.