PowerPC 简史 壹：AIM 联盟

空天母舰

谈到 PowerPC，大家一般想到的都是苹果公司曾经使用的芯片，它借着 RISC 的热潮起家，靠着开始出色的性能曾一度风光无两，搭载在当时的 Power Macintosh 中，最后因其落后的能效比被乔布斯抛弃，消失在大众视野。在这个系列中，我将尽我所能，以苹果公司为主线，带诸位读者一窥 PowerPC 芯片的大致发展历程。

事情还得从上世纪 70 年代说起。

RISC 架构的崛起

关于 RISC 架构的历史由来已久，早在计算机之父艾伦·图灵在世的 40 年代，他就发表了一篇假设有「Automatic Computing Engine」的论文，其就已具有很多 RISC 的架构特征，1960 年代运行的一些最早型计算机像 CDC 6600，在 load/store 设计方面也已逐渐表现出类似 RISC 架构的特性。

第一台使用 RISC 的计算机，普遍认为是由 IBM 公司的研究员 John Cocke 于 1975 年发明，当时他与其团队受命设计电话交换机的控制器，虽然这在当时对性能要求并不低，但指令却十分单一，仅仅是执行 I/O、分支、添加寄存器、在寄存器和内存之间移动数据等简单命令，并不需要特殊指令来执行繁重的算术运算，因此团队大幅减少指令集的大小，删除一些很少使用的指令，他在 1987 年回忆起这段时间时曾说：

我们知道我们需要一台具有简单架构、可以在单个机器周期内执行简单指令的计算机，最终成型的机器这将会比其他更复杂的计算机设计更高效。

John Cocke，由于他的努力，获 1987 年图灵奖，1994 年美国国家科学奖，1991 年美国国家技术奖

虽然后面控制器项目被终止，但他最后依然于 1980 年造出了第一颗 RISC 芯片：即 IBM 801，名字与当时研发芯片的大楼编号一样。

此刻业界依旧没有 CISC、RISC 这两个概念，在 John Cocke 研发的同时，由美国国防部高级研究计划局资助的另外两个小组正在开展类似的项目，其中一个是加州大学伯克利分校的项目，由 David Patterson 和 Carlo H. Sequin 领导，最终诞生了 RISC「Reduced Instruction Set Computer」，即精简指令集计算机，此时正是 1984 年。

John Cocke 打造的 IBM 801 最后在 1986 年被分离出来，作为 IBM RISC 技术个人计算机、即 RT PC 的芯片 IBM ROMP 投入市场，但并没有获得多大成功。前文说到的 David Patterson 和 Carlo H. Sequin 也没闲着，最终造出了 RISC-I 芯片，其仅含有 44420 个晶体管，相比之下，那个时代 CISC 设计的平均数量约 100000 个，虽然被精简到只有 32 条指令，但其性能却完全超过了其他任何单芯片，1983 年，他们又完成了晶体管数量更少、性能却是前者 3 倍的 RISC-II。

David Patterson「左」与 Carlo Heinrich Séquin「右」

相比 CISC 单条指令能做到的事，RISC 显然需要更多指令，因此对内存的要求远高于传统的 CISC 芯片，在 80 年代初期捉襟见肘的内存几乎成了限制其性能的最大因素；不过到了 80 年代末，随着内存逐渐增加和 32 位芯片的普及，RISC 在市场上相比于 CISC 的性能优势开始逐渐显现，最终在 1987 年，SUN 公司在此基础上开发了 SPARC 芯片，在商业上获得巨大成功，开启了 RISC 的辉煌时代。

当时的 SPARC 团队，令 SUN 公司一举突破 10 亿美元营收

在此之后，各大厂商都开始争相发展这一领域：DEC Alpha、AMD Am29000、Intel i860…一时间 RISC 芯片如雨后春笋般蓬勃生长。

POWER 的诞生

见此情景，IBM 再接再厉，继续在 801 的基础上挖掘其潜能，进一步加强了其超标量的属性，并为此添加了更多执行单元，包括独立的浮点与定点单元，并加入了分支预测，最后开发出了具有实验性质的猎豹芯片，并又在其基础上研发出黑豹芯片。

1985 年，IBM 启动了美国项目，希望以黑豹芯片为基础，采用新的 32 位架构，构建出市场上最快微处理器，这个项目持续了大约 5-6 年。终于在 1990 年，IBM 发布 RISC System/6000，简称 IBM RS/6000，其 25 MHz 的速度击败了其他 RSIC 芯片，和 CISC 芯片相比也毫不逊色，并取代之前的 RT PC，其使用的就是著名的 POWER 指令集，即「Performance Optimization With Enhanced RISC」的缩写，这也是第一颗使用 POWER1 指令集的芯片。

System/6000 与同时代其它 RISC 芯片的性能对比

从此之后采用 POWER1 指令集芯片开枝散叶，衍生出了许多型号，从最初倡导多芯片的 RIOS-1 到专注单芯片的 RSC，甚至到抗辐射专用于太空、被 NASA 青睐的 RAD6000 系列，到处都有它的身影。

RAD6000 芯片「左」、机遇号火星探测车「右」，其上就搭载了 RAD6000

一开始采用 POWER1 指令集的芯片属于高性能、多芯片设计¹，面向服务器类，但很快 IBM 意识到需要单芯片处理器来将 RS/6000 系列扩展至高端，并且这样的设计可以大规模制造出全行业使用的芯片。

此时已经步入 90 年代， IBM 在个人电脑领域被 Intel 逼得节节败退、连年亏损。有关 IBM 的失败可以借一步去这里了解。IBM 认为可以通过 POWER 指令集让自己重返个人电脑。但单凭做芯片就想回归依旧有些力有未逮，并且 POWER1 本身也有一些问题需要解决²，应该找一些合作伙伴共同推出一个与 POWER 指令集高度兼容且统一的开放标准计算平台，专门用于个人电脑行业。

这一想法最终由 RISC 芯片研发中心技术主管菲尔·赫斯特呈递给了在阿蒙克总部的 IBM 总裁杰克·库勒，那时他拨打了个电话，说道「杰克，我们应该开展一些原始设备制造商业务，业务对象就是我们在造的 RISC 芯片」待人谦逊的杰克·库勒不久后就在奥斯汀召开会议，还邀请了 IBM 其它高层一起参与，最终一致同意这个提议，开始寻找合作者。

Jack Kuehler，电气工程师，当时的 IBM 总裁

正在大家苦苦筛选候选者名单之时，杰克·库勒突然想到了半年前他接到的一个奇怪电话，是当时苹果执行总裁迈克尔·斯平德勒打来的，他希望杰克·库勒能与他合作，还将苹果内部的未来之光：粉色计划和盘托出以示诚意，虽然杰克·库勒大为震撼，但他之前从未见过这个人，对当时苹果的 CEO 斯卡利也仅有一面之缘，最终还是谢绝了他的提议，于是在这次会议上，他说出了这家视 IBM 为死敌的公司名字。

苹果的困境

苹果从 Lisa 开始就一直在使用 Motorola 芯片，时光飞逝，如今尽管 68k 家族整体性能依旧强于英特尔芯片，但随着搭载英特尔芯片的 IBM 兼容机对 Macintosh 的攻城夺地，Motorola 芯片的市场份额已经被英特尔远远超过，芯片高昂的研发费用无法被庞大的用户基数抵消，导致其愈发无法在市场上与价格越来越便宜的英特尔竞争。

到了 1986 年，Motorola 68k 家族的颓势已经逐渐开始显现，新产品总是慢于英特尔同期芯片，且苹果仅有这一家芯片供应商，在议价方面也完全处于下风，这都让斯卡利意识到依赖单一芯片供应商的局限性和风险，并开始寻找解决方法。

John Sculley 和 SE，其搭载的芯片已有 8 年历史，下下代都已发布一年，但还需一年才能用上，可见拖延之久

但戏剧的是，苹果一开始并没有找到 IBM，1986 年，在 Sam Holland：一位苹果工程师的极力劝说下，一个自研新芯片的疯狂计划正在逐渐形成。

「我们被 Motorola 所能提供的芯片性能水平限制住了」，他说，「之所以要另谋出路，就是我们想看看能否找到办法，设计出一种芯片，并得到更优越的性能」

Sam Holland，正是他的突发奇想开创了苹果自研芯片的历史

当时苹果几无没有自研芯片的经验和实力，而且 Sam Holland 提出的方案目标也非常激进：4 个核心、具有多处理器互联通讯特性、支持 SIMD 指令。但就这样依旧获得了斯卡利的大力支持，不仅给了他们价值 1500 万美元的超级计算机 Cray X-MP/48，还拨给他们大量资金和 50 名工程师一同研发，项目代号为 Aquarius。

Cray X-MP/48，1983 年到 1985 年世界上最快的计算机

但很显然这是不可能完成的任务，时间到了 1988 年，在花费 2000 万美元后，项目依旧没有任何进展，斯卡利已经有些沉不住气了，团队领导已经换成了业界传奇 Al Alcorn 主持， 但无论是他、还是项目的其它工程师们，依旧对此毫无信心。

「苹果公司的最高管理层总是好高骛远，而更富有技术经验的管理者们则会早早地意识到那并不可行」Al Alcorn 后来说道，「Aquarius 就是个典型例子」

Al Alcorn，在雅达利造出最早游戏之一 Pong 的大佬

当时也有一位微处理器专家 Hugh Martin 加盟苹果，斯卡利希望他能推动这个项目继续发展，彼时 RISC 芯片正是各大厂商的香饽饽，将他挖来也是希望能设计出 RISC 芯片。但当 Hugh Martin 被斯卡利叫去询问项目质量时，他却给出了极度悲观的回答。

他说，「你觉得 Aquarius 怎么样？」我答道「约翰，这真是荒谬之极。苹果公司亳无开发芯片的经验，怎么可能与英特尔和 Motorola 展开竞争呢？」

Hugh Martin，当时苹果高级总监，正是他泼的冷水浇醒了斯卡利

从此之后 Aquarius 计划搁浅，苹果继续使用 Motorola 芯片，68040 的延迟交货、生产缓慢到其一直存在的发热问题都让苹果头疼不已，而它的改进型号：68050 却在一开始就宣布流产，只得等 68060 的到来，随着 68k 家族的生产线愈发乏力，英特尔却在愈发短的周期里推出速度更快的芯片，加之 Macintosh 市场份额正在不断下滑，斯卡利清楚不久之后，微软/英特尔就会如二战期间盟军和苏军的两面夹攻一样，将 Macintosh 彻底包围。

当时的 Aquarius 计划文件

无论是 Hugh Martin 还是 Al Alcorn，都表示苹果绝不能单打独斗，与其它厂商合作生产芯片、或是直接收购均是最佳选择，他们首先考虑³的就是刚刚推出 SPARC 芯片、风头正盛的 SUN 公司。

在收到苹果的提议后，尽管许多收购的条件一开始并未达成一致，但 SUN 公司的高层们大体上依然表示了很大兴趣，当讨论正在如火如荼地进行，苹果内部也在不断催促斯卡利尽快收购之时，一通电话打到了迈克尔·斯平德勒办公室里。

是杰克·库勒打来的。

冤家路窄

杰克想询问一下苹果公司是否对与 IBM 联合研制 RISC 芯片感兴趣，而此时此刻斯平德勒正为了他的职位发愁：如果苹果与 SUN 公司合并，他的职位将会被 SUN 那边的人替代，而他很有可能会被降职。杰克·库勒的一通电话让他欣喜若狂，他唯一需要做的就是彻底终止与 SUN 公司的谈判，开始全力与 IBM 协商此事。

当时尽管公司内部对这样 180 度转弯的态度有很多反对声音，尤其是 Hugh Martin⁴， 认为 IBM的 RISC 芯片太过复杂和昂贵。更何况 IBM 总是规模庞大、盛行官僚作风，因此他对与 IBM 合作究竟能得到什么结果表示高度怀疑。

但与之相对的，斯卡利却更加关注于那些公司能否为苹果提供它所需的巨量 RISC 芯片，在他看来，能做到这一点的公司至少应有 10 亿美元投入，此时他们刚刚推出了廉价 Macintosh，销量正一路上涨，每年都要生产出 200 万台电脑才能满足需求，这意味着苹果必须拥有可以信赖的硬件提供商。

廉价的 Macintosh Classic、LC、IIsi，一度使销量以两位数增长，但随着毛利率的下降，盈利并未太好

SUN 并没有这 10 亿美元来做这件事，而 IBM 却有。斯卡利最后说道。

斯卡利就这么叫停了这个收购计划⁵，开始全力与 IBM 谈判。

之前苹果的假想敌一直都是 IBM，但已经时过境迁，微软/英特尔的攻势让两位「冤家」走到了一起，正所谓「敌人的敌人就是朋友」，一开始苹果与 IBM 之间的谈判非常顺利，双方在开会时都尽力克服与对方企业文化的差异，甚至闹出了不少笑话⁶。

当然，斯卡利作为百事可乐：这个美国东部公司的前总裁，与同样属于东部公司的 IBM 在会议上有着说不出的亲近，因此在讨论桌上二者相谈甚欢⁷，他们都认为，自己可以给对方提供许多东西⁸：IBM 需要苹果的软件技术，而且也需要一个像苹果这样能使用其新型芯片的大客户。苹果需要 IBM 的芯片，同时也需要另一家公司来分担研制新产品所需的费用。

「如果双方不是彼此相互需要的话，那就无法合作」杰克·库勒曾这样说道，「我们需要苹果，而苹果也需要我们。」

IBM 与苹果将在 3 个主要领域展开合作：首当其冲的就是运用 IBM 在 RISC 芯片方面的技术积淀，共同推出一个统一的开放标准计算平台，后面诞生的 PowerPC、PowerOpen 就是这项合作的产物；二是支持苹果在多媒体领域的技术研发，推出一个通用、面向对象⁹、多平台的开发环境，被称为 Seript/X，这个任务由苹果与 IBM 共同创建的一个独立公司 Kaleida Labs 完成；其三是苹果正在研发的粉色计划，将从苹果分离，和前者一样由一个独立公司 Taligent 完成。

短命的 Kaleida Labs 和 Taligent

除此之外，在网络方面，苹果将授权出 AppleTalk 的源代码，这在当时是安装范围第二广的局域网协议套件，IBM 也会将自己的令牌环芯片组技术让苹果访问，并与苹果分享其高级对等网络架构，即 APPN 的内部细节；并且 Macintosh 与 OS/2、IBM 服务器在网络层面互相访问均将毫无障碍。

APPN，其能允许大型、小型计算机在 LAN 和 WAN 中作为对等计算机进行通信

最终事实证明，以上的三项合作也就第一个走的最远，剩下的两个都因为各种原因，在几年内淡出视野，Kaleida Labs¹⁰ 于 5 年后停业，Taligent¹¹ 在成立 3 年后苹果就宣布退出，成为 IBM 的子公司，又过了 3 年其与 IBM 彻底合并吸收。

Motorola 入盟

在苹果与 IBM 洽谈合作时，斯卡利与斯平德勒就向 IBM 提出了一个要求：这也是 IBM 总裁杰克·库勒和其它 IBM 高管们唯一一件放心不下的事，即他们并不希望让苹果公司完全依靠 IBM 设计、生产芯片，这种处境对苹果没有好处，毕竟与 Motorola 合作的教训珠玉在前，而且 IBM 目前仍是他们在个人电脑领域的竞争对手。他们建议 IBM，是不是也让 Motorola 加入进来？让 Motorola 为自己生产芯片？

不久之后，杰克·库勒就拨通了位于伊利诺伊州芝加哥郊区绍姆堡的 Motorola 全球总部的电话，并告诉 Motorola 的总经理乔治•费希尔关于 IBM 和苹果的计划。

当时的 Motorola CEO George M. C. Fisher

「我很欢迎 Motorola 作为 IBM 公司研究 RISC 芯片的一个合作伙伴加入进来。」杰克·库勒慢条斯理地说道。

此时的 Motorola 也并非没有 RISC 芯片领域的积淀，早在 1988 年，顺着 RISC 的浪潮，Motorola 就已经造出了 88100 芯片，其在 25MHz 运行时，被称为是「世界上最快的 32 位处理器」，无论是当时的 SPARC、还是自家的 68030，都无法与之媲美。

但 Motorola 内部各个部门竞争激烈，其在投入市场时就遭到了 68000 芯片部门刁难，导致其售价居高不下、无法令人接受，因此在商业化的道路上，88100 芯片并不成功。尽管 88k 家族在 PowerPC 出现后停止开发，但却为之后的 PowerPC 总线架构打下了良好基础。

Motorola 88100 芯片「左」和其 Die shot「右」

由于 Motorola 是受苹果单方面要求才加入进来的，在这三位中也处于一个比较弱势的位置，以至于在签署协议并在媒体面前曝光时都没有 Motorola 的影子，只有苹果与 IBM 的亲密合影，当然这也与 Motorola 内部的企业文化有诸多关系。

虽然当时的 Motorola 公司正处于巅峰时期，但内部各部门竞争却一刻也没停过¹²，上述 68k 与 88k 部门的内斗只是冰山一角，在这样的环境下，Motorola 的职员们总是偏向于保守、看重对彼此的一致认同感，给人的感觉就是言谈小心、举止谨慎，处事的方式完全体现出了「惠普之道」，这方面就连强调整齐规范的 IBM 都自惭形秽，以至于这样的风格被业界的许多人士称之为「Motorola 派」。

这样的企业文化令其在最后签署协议、离新闻发布会只剩下几小时的晚上，Motorola 的职工们依旧在争论那份协议中的几个小问题，即使这些问题早就被苹果和 IBM 联合澄清，一直到了凌晨两点都还没有达成一致，IBM 实在忍无可忍，因此在发布会上 Motorola 代表仅在发言时出现，而签署协议时只有苹果与 IBM 的身影。

我们无法让他们在协议上签字，所以我们准备了两个供新闻发布用的版本：一份用于 IBM 和苹果，另一份则是三方合用。我们对这两种方案都已做好准备，然后告诉 Motorola：这两种版本我们都同意，到底选用哪种，请由你们决定吧。

吉姆·诺灵「左」杰克·库勒「中」斯卡利「右」

联盟诞生

在 1991 年 6 月，苹果、IBM、Motorola 的代表齐聚奥斯汀，在幢 IBM 曾作工业用途、没有窗户且出入口极为隐蔽的一层建筑里，共同商讨谅解备忘录的最后细节：这也意味着合作的正式开始。他们在那里商讨了整整 14 天，都希望着合作成功，因而都在尽可能地排除各方差异，穿着打扮均较为随意，当然来自 Motorola 的谨慎代表们依旧西装革履。

尽管这次谈话全程严格保密¹³，但还是被媒体高度关注，各种预测接踵而至，但大多都给予了很大期望。在 1991 年 6 月 24 日，正在谈判进行时，Business Week 就已经发表了一篇名为「一个在个人电脑天堂中的联盟」文章，还刊登了一张斯卡利的照片，下面写上他本人曾说过的话「天下本无无可非议之事」。

甚至有媒体认为这是微软即将被打败的信号，USA Today 在其「资金」分册的封面上刊出了斯卡利和 杰克·库勒一起的微笑照片，题为「IBM 与苹果面对现实」。而在这幅照片的下面，是一幅比尔⋅盖茨的照片，文字注释「孤独者准备出局吗？」

仅过了 2 周，7 月 8 日，InfoWorld 也刊登了一篇苹果与 IBM 结盟的文章，评价道「盟友们期待着重新夺回旧统治地位」，在他们看来，无论是 IBM 还是苹果，都曾在 80 年代一度在个人电脑领域独占鳌头，面对 Intel 与微软的迅猛攻势，二者合作似乎也是情理之中。

当时 Infoworld 的头条报道

但也不乏有质疑之声，7 月 14 日，在商讨结束后，The New York Times 发表了一篇名为「一个古怪的孤独者即将成为主流」文章，指出苹果正在从电脑行业的「宝马」转向「福特」或「丰田」，开始从高端走向主流，评价道：

苹果正冒着失去自己的灵魂，即在硅谷独特、使其具有创新精神的古怪个性，转型成为另一个索尼或是 IBM，仅仅是为了增加 Macintosh 的市场份额。

但不管媒体如何猜测，三方最终的谈话非常成功，终于在 1991 年 10 月 1 日：一个重要日子的前夜。在旧金山诺布山上的费尔蒙特酒店：那片富庶的地方，到处停满了一排排轿车，迎来送往着他们的贵宾：或是企业巨头，或是来访的皇室成员，甚至是各国总统。

费尔蒙特酒店

到了 10 月 2 日：这对于斯卡利来说，是一个荣耀的时刻，那时苹果已经逐渐陷入危机，但他迅速反应，临阵换将赶走了只关注高端的加西，推出廉价 Macintosh，使整体销量再度上升，让苹果暂时转危为安，重新走上正轨，而大火的 PowerBook 也即将发布，这方面他功不可没。而此时此刻，在费尔蒙特饭店金碧辉煌的大厅里、硕大吊灯之下，和来自 IBM 的朋友们群贤毕集。 面对超过 200 名新闻界记者和分析家们，宣布了这项技术联盟的消息。

「这些协议，是奠定一个复兴时代的基石。」斯卡利兴奋地说。

这此评述都通过苹果电视工作室与卫星电视线路相连，直接发送到全球苹果职员和用户面前。在此之前，苹果电视部门员工们早已把大捆粗电缆铺设好，与大厅外的转播车相连，以便及时发送信号。

杰克·库勒「左」与斯卡利「右」共举协议的历史性画面

最激动人心的时刻终于到来了，杰克·库勒和斯卡利并肩站在台上，两人一边紧紧握住对方的手，一边拿着那份协议，并举向空中，饱含着胜利的喜悦。杰克是个网球迷，此时，他悄悄地对斯卡利说「这就像是在美国网球公开赛中获胜一样。」

在得到这一爆炸消息后，媒体对这样的联盟普遍持乐观态度

「IBM 与苹果合作是大有发展前途的，这里汇集着个人电脑工业界中两家最为强大的制造商。」Business Week 说，「这可能会是一个令人生畏的组合」。

不久之后，PwoerPC 芯片就将在 AIM 联盟之下诞生，作为苹果电脑的新心脏，它将与已明显占据优势、处于市场主导地位的 Intel 芯片展开激烈竞争。不过斯卡利信心满满，表示已经有一颗过渡芯片，三颗全新芯片：分别对应低、中、高端市场，正在同时研发中，似乎这就像英特尔同时发布了 386、486、586 一般。

裂隙未消

10 月 2 日那激动人心的日子过去没多久，10月 21 日在德克萨斯州达拉斯举行的 Networld 贸易展上，苹果的二把手、执行总裁斯平德勒与 IBM 通信部副总裁兼总经理汉考克共同向媒体展示了联盟运作的具体细节，以及联盟的第一个产物：用于 Macintosh 的令牌环网络适配板，相比在费尔蒙特饭店正式签署联盟协议时斯卡利与杰克·库勒热情相拥的兴奋场面，这次二位之间的交谈则冷淡了太多，以至于媒体在评价时用到了「冷酷的眼神」。

TOKEN RING 4/16 NB CARD，AIM 联盟孕育的第一款产品

在谈到 Macintosh 是否将逐渐变得和 IBM 的 PS/2 相似、亦或是 IBM 变的会跟 Macintosh 一样时，斯平德勒暴跳如雷，他与汉考克厉声驳斥了这个问题，解释 PowerOpen 只是一个开放标准的计算平台，二者的操作系统都会支持这一平台，但绝不会合并。

「我们将一起更快地打下基础，然后将展开激烈的竞争」斯平德勒说道，眼里毫无笑意「只是在共同建设这条高速公路罢了，我依旧会选择我自己的车」。

在谈到苹果与 IBM 的文化差异时，二者也没了几个月前制服都要换成对方风格的默契，他们只是认为二者现在对于未来的看法非常相似，仅此而已，文化什么的没那么需要关心。

「文化问题很有趣，但并不密切相关」汉考克说道，「我们客户感兴趣的是协议好坏，而不是什么文化」。

斯平德勒「左」与汉考克「右」

再考虑到 Motorola 甚至没有出现在协议签署的最终时刻，或许 AIM 联盟远没有在费尔蒙特酒店大众看到的那样亲密无间，苹果与 IBM 的文化差异始终存在，虽然二者在个人电脑领域早已光环不再，但依旧互相是竞争对手，这可能也为后面 PowerPC 的坎坷命运埋下了伏笔。

尽管 1991 年联盟就已正式成立，但直到 1994 年才推出第一款 PowerPC 芯片，这三年时间 AIM 联盟各自内部都发生了变化，并且对于 AIM 联盟而言，无论是硬件的设计与生产、还是软件的适配，都注定不是一蹴而就的，这 3 年内发生的故事将会在下篇介绍。