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说到处理器,咱们就不得不提到一个词—“X86架构”。X86架构为何物?那就得从30年前说起。1978年,Intel发布了一款16位处理器8086。谁也没有想到,这竟然意味着X86架构时代的开始。X86架构不仅成就了Intel如日中天的地位,也成为了一种业界标准。即使是在当今强大的多核心处理器上,我们也能看到X86架构的身影。现在,《Geek》就要带你走进X86架构的风雨三十载……
从群雄割据到三足鼎立
—X86架构古代史
这是一个X86架构诞生的时代,这是一个充满了混乱的时代,各个厂商都以X86架构为模板,推出了自己的产品。如果说Intel是处理器圈子里的老大,估计没人能否认。但是这个1968年诞生的公司并非做处理器起家。按照现在流行的说法,最早它也只是生产内存控制芯片的“山寨厂”。1971年11月,Intel推出了第一款处理器—4004,但这也只是一款针对计算器的微处理器。不过在这之后,Intel 8086处理器的诞生,却掀起了一场群雄割据的混战。X86架构的古代史其实就是一部三国史。虽然Intel率先发布基于CISC的X86架构,但很快,众多厂商迎头追上。但在大江浪淘尽之后,Intel,AMD和Cyrix成就了三足鼎立的局面。
8086时代
1972年,Intel推出了一款仅被用在计算器和收款机上的8位处理器8008,随后又推出性能更强的8080、8085。当时的半导体市场竞争异常激烈,那时的Intel根本不是什么国际大公司。和其他公司一样,Intel也必须为生存而挣扎。随着日本公司的跟进,内存控制芯片市场的生意越来越艰难了。1978年,Intel推出了8086处理器,顿时在群雄割据的半导体市场掀起了波澜。而这款产品也成为影响整个处理器行业数十年的传奇产品。
8086处理器的架构直至今日仍被当作业界标准。即便是在今天的Athlon 64 X2或Core 2Duo系列处理器上也能见到它的踪影。在那个竞争激烈的年代,还有许多大公司都开始杀入了处理器市场,但它们只是X86架构的模仿者。
8088时代
1979年,Intel又推出了8088处理器。和8086相比,8088的浮点运算位数减小了一半。在当时的8位处理器战场上,各公司都有不俗的实力。1981年,IBM开始推广基于8088的IBMPC。这一举动为X86架构处理器带来了巨大的发展。
286时代
真正具有实用价值的第二代X86架构处理器应该是1982年推出的80286处理器。和它的前辈相比,80286不仅速度更快,而且技术更先进。它支持多任务处理,当然这不是真正意义上的多任务处理。那个时代的电脑一次只能完成一个任务,同时开启的另外一个程序就会被保护起来以避免被调用。即便如此,80286在历史上的地位也是不可动摇的。
386时代
1985年,X86架构的第三代产品80386处理器问世,这是第一款32位处理器。由于一个时钟段内可以执行更多的指令,80386处理工作的速度比80286快了1.5倍~2倍。Windows操作系统首次在采用80386处理器的系统上使用虚拟内存的技术。不过,IBM当时抛弃了80386,因为当时没有32位的软件来发挥出它的性能。
486时代
从1989年开始,Intel陆续发布支持Socket 1、Socket 2和Socket 3接口的80486系列处理器,这是X86架构的第四代产品。没有协处理器的“阉割版”叫80486SX,内置协处理器的叫80486DX。虽然它们的频率一个比一个高,但价格也一个比一个贵。
那时的处理器可没那么烧,就算要驯服i486DX2 66MHz这样的处理器,最多只需要一个被动散热片。当时要是谁的电脑能在1分半钟之内进入系统,那绝对让人羡慕得流口水。虽然这时AMD、Cyrix等公司只是X86架构处理器的模仿者,但它们的产品都有着巨大的市场竞争力。其中,AMD的486DX处理器更是一炮走红。频率为120MHz的AMD 486 DX-120处理器开启了超频的先河。当时很多用户都把它运行在133MHz的频率下,其超频性能甚至超过后来的Pentium处理器。于是,最早的一批“A饭”诞生了。
从三足鼎立到两大阵营
—X86架构近代史
Penitum时代既是Intel壮大的时代,也是X86架构日益成熟的时代,更是X86架构处理器的市场格局变得清晰的时代。除了AMD和Cyrix两个强劲的对手,IBM,Siemens,TI,Fujitsu,NEC等牛B的公司在跟跑了一段时间后都纷纷放弃了X86架构处理器的制造。几个大公司在RISC架构处理器市场打得难分难解,虽然Intel没有参与这场恶战,但却幸运地活了下来。当年群雄割据的混战已经结束,Intel,AMD和Cyrix,三足鼎立的局面就此形成。同样是在Pentium时代,Cyrix痛失疆土,后来被威盛(VIA)收购。这中间虽然有Nexgen、IDT、Rise、Transmeta和VIA试图加入竞争,但最后的结局都很悲壮。在经历了X86架构近代史的洗礼之后,市场上只剩下Intel和AMD两大阵营,以及一个永远都很坚强的VIA。
Pentium时代
1993年,由于当时的注册商标不能是数字,Intel便改变了对产品命名的规律。采用Socket4接口的新的一代处理器被命名为“奔腾”(Pent ium),而不是586,编号80501。不过Pentium 60和Pentium 66这两款处理器的性能比稍微猛一点的486DX处理器还逊,而且面积居然大到55mm×55mm。就算当时配备这两种新处理器的电脑只要1000美刀~1500美刀,也吸引不了多少用户。随后,Intel又发布了编号80502的Pentium处理器。不过,当时的有一批Pentium处理器在浮点电路中存在微小的错误,怀着侥幸心理的Intel并没有召回有瑕疵的处理器,这让英特尔一度深陷公共关系危机之中,并最终花费了4亿7500万美刀召回这批处理器。
1995年,在初步占据了一部分市场份额后,Intel发布了首款P6内核的处理器Pentium Pro。这是Intel首款类似RISC,采用顺序串行执行核心的处理器,其性能几乎是Pentium 100MHz的2倍。Intel第二款采用顺序串行执行核心的处理器是现在很热门的Atom。
Cyrix也很快推出了自己的新一代产品5X86,不过这东西比较失败,其性能比Pentium低了一大截。因此,Cyrix 5X86处理器很快就退出市场了。此后Cyrix又发布了与Pentium兼容的处理器—6X86。这次,Cyrix 6X86的性能确实提升了不少,但它的温度比性能飚得更快。于是,6X86又被打回去改电压。不过说实话,这块6X86处理器在当时还是比较强悍的。 相比Cyrix,AMD要争气得多。Intel弄了个拉风的新名字“Pentium”,AMD也给自己的新产品冠以新的名称“K5”。虽然K5系列处理器的浮点运算能力比Pentium差那么一点点,但它内置的24KB一级缓存是Pentium的2倍。因此,K5处理器的整数运算和系统整体性能要比同频率的Pentium要高出一节。不过此时的AMD和Cyrix仍然跟跑在Intel身后。
1994年,Nexgen公司推出了NexGen Nx586系列处理器。不过这玩意儿傻到既没有集成协处理器,又不支持浮点运算。人家AMD,Cyrix都是有样学样,一边学X86架构,一边跟着Intel的针脚走。Nexgen居然用特殊的463pin针脚,所以在1996年被AMD收购也算正常。
MMX时代
1996年,Intel在Pentium的基础上推出了整合MMX指令集的Pentium MMX,编号A80503,采用Socket 7接口标准。从这时起,Intel开始为处理器生产箱形的散热器。
当时,Intel忽视低端市场。AMD乘机发力,推出杀手锏产品:K6系列处理器。K6光荣地完成了任务,让AMD的市场占有率达到了历史最高点。这时,Cyrix也推出了6X86MX系列产品。不过当时Cyrix的生产工艺实在对不起观众,很多上不了75MHz的处理器被标成同档次的66MHz产品来卖。而6X86MX系列产品也成为IBM推出的最后一款X86架构处理器。
Cyrix在与美国国家半导体公司(National Semiconductor,即NS)合并之后终于能够自产晶圆了。但它把Intel想得过于强大,于是主动回避了与Intel正面过招的机会,而把重心放在了低价位的MediaGX系列处理器上。在经历了1997年的金融风暴之后,Cyrix便一步步衰落了。
Pentium Ⅱ时代
1997年5月,Intel推出了和Pentium Pro相同的核心结构的Pentium Ⅱ。Intel改进了制作工艺,并放弃了成熟的Socket 7接口,首次采用了最新的Solt 1接口。Intel还放弃了陶瓷封装,改用带金属外壳的印刷电路板。Intel随后又推出第一代“赛扬”(Celeron),这一代Celeron其实就是“阉割”掉卡匣、Buffer Cache芯片与缓存控制器的Pentium Ⅱ。最不厚道的是,这东西的二级缓存为零!
AMD为了迎战Pentium Ⅱ,推出了Socket 7接口的K6-2系列处理器。该系列产品的超频能力虽然一般,但却使AMD首次在整数性能以及浮点运算性能上同时超越Intel,比如:K6-2 333的浮点性能比Pentium Ⅱ 400还要强悍。坐立不安的Intel不但将处理器价格一路狂砍,而且还推出了内置128KB二级缓存的新赛扬(Celeron A)处理器。于是一代经典超频王Celeron300A诞生了(哈哈,疯狂超频到450MHz)。这为Intel抢回了一部分市场。不过,当AMD以K6-2 400再次向Intel发难之后,“超频大赛”就开始了。AMD后来又推出了当年创造性能巅峰的K6-Ⅲ系列处理器。有了256KB的二级缓存和主板上的2MB三级缓存,AMD K6-Ⅲ 500比Pentium III都要强悍。
1998年,Cyrix把Media GX升级为具有MMX功能的版本。同时又对6X86MX作了进一步的改进,并采用了新的名称MⅡ。MⅡ采用了更先进的技术,因此具有更快的内核速度和总线速度。但是在这时的Cyrix已经元气大伤。这之后不久,Cyrix的CPU设计部门被VIA收购了。
1997年,美国IDT(Integrated Device Technology)公司眼馋处理器市场的巨大利润,也想来分一杯羹,于是面对低端市场推出了IDTWinChip C6系列处理器。说实话,这玩意儿真不咋的,顶多跟上一代的Pentium差不多。虽然后来IDT又推出了改进型IDT Winchip 2系列处理器,并且眼看就要赶上PentiumⅡ的水平了,但人家已经开始Pentium Ⅲ了。那年头,想在X86架构处理器市场上捞点好处可没那么容易。最后,IDT的CPU设计部门被VIA收购。
随后,Intel又推出了比Pentium Ⅱ还要更加强大的Pentium Ⅱ Xeon至强处理器。它专门对中、高级服务器及工作站上运行的应用软件进行了优化。
1998年,就在AMD和Intel展开Pentium Ⅱ级别的超频大赛时,一家叫瑞思电子(Rise Technology)的台资企业发布了一款Pentium级别的处理器:Rise MP6。虽然我们很想为国企加油呐喊,虽然你支持Socket7接口,虽然你也是X86架构……但是,大哥!你来的时间不对啊!于是,Rise只能做做机顶盒,单片机之类的东西。Rise后来把技术卖给了意法半导体(ST Microelectronics,即ST)。1999年,Rise被矽统科技(SiS)收购。
Pentium Ⅲ时代
在那个混乱的年代,你可以在Intel的机器上看到Socket 7、Slot 1和Socket 370三种接口标准,你可以看到SECC、FC-PGA、PPGA等不同的封装方式,你还可以看到Katmai、Coppermine和Tualatin等不同的核心。怎一个乱字了得?不过Intel已经在准备统一使用PPGA及FC-PGA两种封装方式和Socket 370接口标准了。1999年,采用180纳米制程,支持Socket 370接口的Pentium Ⅲ E处理器终于诞生了。这结束了Slot 1的时代,至少让这堆东西在长相上相似了一点。2000年,Intel又推出了采用“Coppermine-128”核心的Celeron Ⅱ处理器。同年,Intel又推出了133MHz外频的Pentium Ⅲ EB,最高主频达到1133MHz。
Pentium Ⅲ系列最经典的产品要数2001年采用130纳米制程的Tualatin(图拉丁)。我们把内置256KB二级缓存的叫作“Tualatin-256”,内置512KB二级缓存的叫“Tualatin-512”。Tualatin的超频能力极强,其中,Tualatin-512(如:Pentium Ⅲ-S)最为强悍。Pentium Ⅲ Tualatin的频率虽然不高,但性能却强过大多数早期Pentium 4或Celeron 4处理器。这不但让AMD很受伤,更让Intel自己的Pentium 4系列产品很受伤。为了多捞银子,Intel索性把Tualatin的产品线给停了。而如今的“酷睿”处理器似乎是Tualatin的王者归来。
而在另一方面,AMD凭借K6、K6-2及K6-Ⅲ处理器漂亮地打了一仗。但实际上,让AMD功成名就的还是K7核心的处理器。
1999年6月,AMD发布代号Pluto,采用Slot A接口标准的Athlon(速龙)处理 器。不过这一系列的处理器发热量太大。为此,AMD又立即发布了180纳米制程,采用Orion(猎户座)核心(即K75核心)的Athlon处理器。这款产品也成为处理器历史上首款突破1GHz大关的经典产品。但AMD很快就意识到Slot A应该让位于Socket A接口。2000年,Socket 462(即Socket A)替代了Slot A。AMD在这一年发布了Athlon 650~1400系列处理器;在2000年到2001年发布了Duron 600~1300系列。
2000年1月,正当Intel与AMD激战正酣的时候,一向低调的全美达(Transmeta)公司发布了一种全新的处理器:Crusoe。不过全美达的口味比重,喜欢追求低耗持久(这与Atom处理器的理念相似)。但Crusoe处理的性能明显干不过Intel和AMD的产品。不久,Transmeta就退出了争夺。VIA先后收购了Cyrix、IDT两家公司的CPU设计部门。在闭关修炼之后,VIA也在这时发布了采用150纳米制程的Cyrix III(C3)处理器。C3处理器主要面向低端市场,其直接竞争对手是Intel的Celeron处理器。虽然VIA不断改进C3的技术,但和对手的性能差距一直都很大。
Pentium 4时代
2000年9月,Intel推出了“Willamette”核心Socket 423接口的Pentium 4。由于仅仅采用180纳米制程,所以其性能相当鸡肋。2001年7月,Socket 478接口标准随Nor thwood核心的Pentium 4处理器一同推出,这一核心的产品采用130纳米制程。稍后,Intel又推出了“Northwood”核心的Celeron处理器。新处理器拥有更出色的性能和更好的超频能力。50%以上“Northwood”核心的Pentium 4低频产品都能够在不提高核心电压的情况下稳定运行在133MHz的外频上。
Northwood Celeron和Willamette Celeron长得非常相似。老赛扬的核心电压为1.75V,并有明显标记;而赛扬的核心电压只有1.45V,并没有标记出来。
2002年5月,Intel将推出了“官方预超频版”的Pentium 4(俗称B);2003年,Intel又推出了支持HT技术的带宽升级版Pentium 4(俗称C);2004年2月2日,Intel推出了采用Prescott核心和90纳米制程的Pentium 4(俗称E),支持800MHz FSB、HT二代技术和SSE3指令集,二级缓存也达到1MB。在Prescott核心产品中Pentium 4 2.4A和Pentium 4 2.8A同样是基于Prescott核心的,不过外频稍低,不支持HT技术罢了。
2004年6月24日,Intel推出了采用Prescott核心,90纳米制程的“赛扬D”(Celeron D)处理器。由于Celeron D拥有较低的外频,所以它们的超频性能都很出色。2005年后出厂的Celeron D在制造工艺上有很大改进,超频性能也更好。2004年6月,Intel全面启用LGA775接口标准,这一标准被Intel沿用至今。LGA775接口标准下的Pentium 4处理器被命名为“Pentium 4 5XX”,后来发展到Pentium 4 6XX。在Pentium 4 5XX系列处理器中,超频性能最强的是Pentium4 506。而LGA775接口的Celeron D被称为“Celeron DJ”,Intel在其中加入了硬件防病毒功能和CPU过热保护功能。在Pentium 4时代,处理器的主频一再创出新高,比如:Pentium 4 Extreme Edition的主频高达3.73GHz。2004年10月,Intel首席执行官贝瑞特的当众一跪改变了这种窘迫的局面。
2001年以后,AMD陆续发布了Athlon X P1500+~3200+系列处理器,此后又发布了Sempron 2200+~3000+系列处理器。而核心也从上个时代的Thunderbird(俗称:雷鸟)到Palomino(巴洛米诺马),再到Thoroughbred,最后到了最经典的Barton(巴顿)。
2003年,AMD推出了X86-64指令集。而AMD Athlon 64系列处理器则是CPU架构史上的一次重大革新。在这一系列的处理器中,AMD首先启用了一个全新的X86-64指令集,可以将32位的X86架构扩展到64位。这也逼使Intel推出了EM64T。
2003年9月,AMD发布Socket 940接口标准。但这种接口只存在了6个月。而支持该接口的产品也只有Athlon 64 FX-51/53两款。很快,Socket 754逐渐成为主流,而采用这种接口方式的Athlon 64 3200+~3700+很快也上市了。
2004年6月,AMD发布了全新的Socket 939接口标准,并推出了支持该接口的Athlon 64 3000+~4000+系列处理器。这种规格的处理器在内部集成了内存控制器,使平台的整体性能大幅提升。而当年90纳米制程的Athlon 64系列处理器火爆得卖到断货。在这之后,AMD又采用了全新的940接口,即Socket AM2接口标准。
2004年,AMD还发布了一款使用130纳米制程的X86架构处理器:AMD Geode NX 1500+1.0GHz。它支持无风扇的运行,主要为各种互联网外围应用提供解决方案。
在这一时期,VIA发布了基于C3核心的VIA CoreFusion整合处理器和针对嵌入式设备的Eden ESP系列处理器。不过这些东西无法在桌面级PC市场上竞争。后来VIA C7处理器的诞生也没能改变VIA在性能上的劣势。以至于后来针对移动平台的C7-M处理器也只能以低热、低功耗和持久为卖点。不过让人钦佩的是,VIA一直没有放弃在X86架构处理器上的追求。
在X86的古代史和近代史中,我们只谈了桌面级的处理器。而在这段时间内的产品也多得让人大脑发麻。请恕《Geek》没有一一列举。接下来,IntelPentium D和AMD Athlon 64 X2双核处理器揭开了X86的现代史。处理器的制程也从90纳米到65纳米再到45纳米。相信各位对这段现代史都有所了解,也无需《Geek》再费口舌了。
敢问X86架构路在何方?
堆了这么多数据,该有读者拿板砖拍我们了。《Geek》还是简单总结一下吧。X86架构拉风了30年,并不是说X86架构就很完美。恰恰相反,X86架构所使用的CISC存在很多固有缺陷。为了提升性能,X86架构的处理器只能把指令级和内核搞得越来越复杂。这使得X86架构在指令集的结构、软硬件配合以及核心多线程方面遇到了大麻烦。这与IBM提出的“简单就是美”的精神背道而驰。再看看RISC架构的处理器,它们并没有为了追求高时钟速率而搞出超深指令管线。与此相反,它们正进一步精简处理器的核心。但毕竟X86架构的产品太多了,毕竟咱们这么多年来用的处理器都是X86架构的,而大部分RISC处理器却一直局限用于中、高端服务器处理器领域。如果要我们在一夜之间与X86架构说拜拜,那是相当恐怖的事情。那么,最可行的办法是什么呢?—异架构的X86处理器。比如:AMD打算推出Fusion混合CPU-GPU处理器。也就是说,AMD准备把CPU和GPU集成在一起,不过CPU与GPU仍然是独立的,它们还是各用各的缓存,只是内部总线想通罢了。Intel也打算这么干,他们正在搞的Larrabee架构,这是一种可编程的多核心架构,不同的版本会有不同数量的核心。听说Larrabee会采用类似RISC的顺序执行核心,这与CISC的乱序执行核心不同。按照Intel的想法,这玩意儿会逐步取代GPU。也就是说,以后咱不用再买显卡了,一块CPU,全部搞定。
从群雄割据到三足鼎立
—X86架构古代史
这是一个X86架构诞生的时代,这是一个充满了混乱的时代,各个厂商都以X86架构为模板,推出了自己的产品。如果说Intel是处理器圈子里的老大,估计没人能否认。但是这个1968年诞生的公司并非做处理器起家。按照现在流行的说法,最早它也只是生产内存控制芯片的“山寨厂”。1971年11月,Intel推出了第一款处理器—4004,但这也只是一款针对计算器的微处理器。不过在这之后,Intel 8086处理器的诞生,却掀起了一场群雄割据的混战。X86架构的古代史其实就是一部三国史。虽然Intel率先发布基于CISC的X86架构,但很快,众多厂商迎头追上。但在大江浪淘尽之后,Intel,AMD和Cyrix成就了三足鼎立的局面。
8086时代
1972年,Intel推出了一款仅被用在计算器和收款机上的8位处理器8008,随后又推出性能更强的8080、8085。当时的半导体市场竞争异常激烈,那时的Intel根本不是什么国际大公司。和其他公司一样,Intel也必须为生存而挣扎。随着日本公司的跟进,内存控制芯片市场的生意越来越艰难了。1978年,Intel推出了8086处理器,顿时在群雄割据的半导体市场掀起了波澜。而这款产品也成为影响整个处理器行业数十年的传奇产品。
8086处理器的架构直至今日仍被当作业界标准。即便是在今天的Athlon 64 X2或Core 2Duo系列处理器上也能见到它的踪影。在那个竞争激烈的年代,还有许多大公司都开始杀入了处理器市场,但它们只是X86架构的模仿者。
8088时代
1979年,Intel又推出了8088处理器。和8086相比,8088的浮点运算位数减小了一半。在当时的8位处理器战场上,各公司都有不俗的实力。1981年,IBM开始推广基于8088的IBMPC。这一举动为X86架构处理器带来了巨大的发展。
286时代
真正具有实用价值的第二代X86架构处理器应该是1982年推出的80286处理器。和它的前辈相比,80286不仅速度更快,而且技术更先进。它支持多任务处理,当然这不是真正意义上的多任务处理。那个时代的电脑一次只能完成一个任务,同时开启的另外一个程序就会被保护起来以避免被调用。即便如此,80286在历史上的地位也是不可动摇的。
386时代
1985年,X86架构的第三代产品80386处理器问世,这是第一款32位处理器。由于一个时钟段内可以执行更多的指令,80386处理工作的速度比80286快了1.5倍~2倍。Windows操作系统首次在采用80386处理器的系统上使用虚拟内存的技术。不过,IBM当时抛弃了80386,因为当时没有32位的软件来发挥出它的性能。
486时代
从1989年开始,Intel陆续发布支持Socket 1、Socket 2和Socket 3接口的80486系列处理器,这是X86架构的第四代产品。没有协处理器的“阉割版”叫80486SX,内置协处理器的叫80486DX。虽然它们的频率一个比一个高,但价格也一个比一个贵。
那时的处理器可没那么烧,就算要驯服i486DX2 66MHz这样的处理器,最多只需要一个被动散热片。当时要是谁的电脑能在1分半钟之内进入系统,那绝对让人羡慕得流口水。虽然这时AMD、Cyrix等公司只是X86架构处理器的模仿者,但它们的产品都有着巨大的市场竞争力。其中,AMD的486DX处理器更是一炮走红。频率为120MHz的AMD 486 DX-120处理器开启了超频的先河。当时很多用户都把它运行在133MHz的频率下,其超频性能甚至超过后来的Pentium处理器。于是,最早的一批“A饭”诞生了。
从三足鼎立到两大阵营
—X86架构近代史
Penitum时代既是Intel壮大的时代,也是X86架构日益成熟的时代,更是X86架构处理器的市场格局变得清晰的时代。除了AMD和Cyrix两个强劲的对手,IBM,Siemens,TI,Fujitsu,NEC等牛B的公司在跟跑了一段时间后都纷纷放弃了X86架构处理器的制造。几个大公司在RISC架构处理器市场打得难分难解,虽然Intel没有参与这场恶战,但却幸运地活了下来。当年群雄割据的混战已经结束,Intel,AMD和Cyrix,三足鼎立的局面就此形成。同样是在Pentium时代,Cyrix痛失疆土,后来被威盛(VIA)收购。这中间虽然有Nexgen、IDT、Rise、Transmeta和VIA试图加入竞争,但最后的结局都很悲壮。在经历了X86架构近代史的洗礼之后,市场上只剩下Intel和AMD两大阵营,以及一个永远都很坚强的VIA。
Pentium时代
1993年,由于当时的注册商标不能是数字,Intel便改变了对产品命名的规律。采用Socket4接口的新的一代处理器被命名为“奔腾”(Pent ium),而不是586,编号80501。不过Pentium 60和Pentium 66这两款处理器的性能比稍微猛一点的486DX处理器还逊,而且面积居然大到55mm×55mm。就算当时配备这两种新处理器的电脑只要1000美刀~1500美刀,也吸引不了多少用户。随后,Intel又发布了编号80502的Pentium处理器。不过,当时的有一批Pentium处理器在浮点电路中存在微小的错误,怀着侥幸心理的Intel并没有召回有瑕疵的处理器,这让英特尔一度深陷公共关系危机之中,并最终花费了4亿7500万美刀召回这批处理器。
1995年,在初步占据了一部分市场份额后,Intel发布了首款P6内核的处理器Pentium Pro。这是Intel首款类似RISC,采用顺序串行执行核心的处理器,其性能几乎是Pentium 100MHz的2倍。Intel第二款采用顺序串行执行核心的处理器是现在很热门的Atom。
Cyrix也很快推出了自己的新一代产品5X86,不过这东西比较失败,其性能比Pentium低了一大截。因此,Cyrix 5X86处理器很快就退出市场了。此后Cyrix又发布了与Pentium兼容的处理器—6X86。这次,Cyrix 6X86的性能确实提升了不少,但它的温度比性能飚得更快。于是,6X86又被打回去改电压。不过说实话,这块6X86处理器在当时还是比较强悍的。 相比Cyrix,AMD要争气得多。Intel弄了个拉风的新名字“Pentium”,AMD也给自己的新产品冠以新的名称“K5”。虽然K5系列处理器的浮点运算能力比Pentium差那么一点点,但它内置的24KB一级缓存是Pentium的2倍。因此,K5处理器的整数运算和系统整体性能要比同频率的Pentium要高出一节。不过此时的AMD和Cyrix仍然跟跑在Intel身后。
1994年,Nexgen公司推出了NexGen Nx586系列处理器。不过这玩意儿傻到既没有集成协处理器,又不支持浮点运算。人家AMD,Cyrix都是有样学样,一边学X86架构,一边跟着Intel的针脚走。Nexgen居然用特殊的463pin针脚,所以在1996年被AMD收购也算正常。
MMX时代
1996年,Intel在Pentium的基础上推出了整合MMX指令集的Pentium MMX,编号A80503,采用Socket 7接口标准。从这时起,Intel开始为处理器生产箱形的散热器。
当时,Intel忽视低端市场。AMD乘机发力,推出杀手锏产品:K6系列处理器。K6光荣地完成了任务,让AMD的市场占有率达到了历史最高点。这时,Cyrix也推出了6X86MX系列产品。不过当时Cyrix的生产工艺实在对不起观众,很多上不了75MHz的处理器被标成同档次的66MHz产品来卖。而6X86MX系列产品也成为IBM推出的最后一款X86架构处理器。
Cyrix在与美国国家半导体公司(National Semiconductor,即NS)合并之后终于能够自产晶圆了。但它把Intel想得过于强大,于是主动回避了与Intel正面过招的机会,而把重心放在了低价位的MediaGX系列处理器上。在经历了1997年的金融风暴之后,Cyrix便一步步衰落了。
Pentium Ⅱ时代
1997年5月,Intel推出了和Pentium Pro相同的核心结构的Pentium Ⅱ。Intel改进了制作工艺,并放弃了成熟的Socket 7接口,首次采用了最新的Solt 1接口。Intel还放弃了陶瓷封装,改用带金属外壳的印刷电路板。Intel随后又推出第一代“赛扬”(Celeron),这一代Celeron其实就是“阉割”掉卡匣、Buffer Cache芯片与缓存控制器的Pentium Ⅱ。最不厚道的是,这东西的二级缓存为零!
AMD为了迎战Pentium Ⅱ,推出了Socket 7接口的K6-2系列处理器。该系列产品的超频能力虽然一般,但却使AMD首次在整数性能以及浮点运算性能上同时超越Intel,比如:K6-2 333的浮点性能比Pentium Ⅱ 400还要强悍。坐立不安的Intel不但将处理器价格一路狂砍,而且还推出了内置128KB二级缓存的新赛扬(Celeron A)处理器。于是一代经典超频王Celeron300A诞生了(哈哈,疯狂超频到450MHz)。这为Intel抢回了一部分市场。不过,当AMD以K6-2 400再次向Intel发难之后,“超频大赛”就开始了。AMD后来又推出了当年创造性能巅峰的K6-Ⅲ系列处理器。有了256KB的二级缓存和主板上的2MB三级缓存,AMD K6-Ⅲ 500比Pentium III都要强悍。
1998年,Cyrix把Media GX升级为具有MMX功能的版本。同时又对6X86MX作了进一步的改进,并采用了新的名称MⅡ。MⅡ采用了更先进的技术,因此具有更快的内核速度和总线速度。但是在这时的Cyrix已经元气大伤。这之后不久,Cyrix的CPU设计部门被VIA收购了。
1997年,美国IDT(Integrated Device Technology)公司眼馋处理器市场的巨大利润,也想来分一杯羹,于是面对低端市场推出了IDTWinChip C6系列处理器。说实话,这玩意儿真不咋的,顶多跟上一代的Pentium差不多。虽然后来IDT又推出了改进型IDT Winchip 2系列处理器,并且眼看就要赶上PentiumⅡ的水平了,但人家已经开始Pentium Ⅲ了。那年头,想在X86架构处理器市场上捞点好处可没那么容易。最后,IDT的CPU设计部门被VIA收购。
随后,Intel又推出了比Pentium Ⅱ还要更加强大的Pentium Ⅱ Xeon至强处理器。它专门对中、高级服务器及工作站上运行的应用软件进行了优化。
1998年,就在AMD和Intel展开Pentium Ⅱ级别的超频大赛时,一家叫瑞思电子(Rise Technology)的台资企业发布了一款Pentium级别的处理器:Rise MP6。虽然我们很想为国企加油呐喊,虽然你支持Socket7接口,虽然你也是X86架构……但是,大哥!你来的时间不对啊!于是,Rise只能做做机顶盒,单片机之类的东西。Rise后来把技术卖给了意法半导体(ST Microelectronics,即ST)。1999年,Rise被矽统科技(SiS)收购。
Pentium Ⅲ时代
在那个混乱的年代,你可以在Intel的机器上看到Socket 7、Slot 1和Socket 370三种接口标准,你可以看到SECC、FC-PGA、PPGA等不同的封装方式,你还可以看到Katmai、Coppermine和Tualatin等不同的核心。怎一个乱字了得?不过Intel已经在准备统一使用PPGA及FC-PGA两种封装方式和Socket 370接口标准了。1999年,采用180纳米制程,支持Socket 370接口的Pentium Ⅲ E处理器终于诞生了。这结束了Slot 1的时代,至少让这堆东西在长相上相似了一点。2000年,Intel又推出了采用“Coppermine-128”核心的Celeron Ⅱ处理器。同年,Intel又推出了133MHz外频的Pentium Ⅲ EB,最高主频达到1133MHz。
Pentium Ⅲ系列最经典的产品要数2001年采用130纳米制程的Tualatin(图拉丁)。我们把内置256KB二级缓存的叫作“Tualatin-256”,内置512KB二级缓存的叫“Tualatin-512”。Tualatin的超频能力极强,其中,Tualatin-512(如:Pentium Ⅲ-S)最为强悍。Pentium Ⅲ Tualatin的频率虽然不高,但性能却强过大多数早期Pentium 4或Celeron 4处理器。这不但让AMD很受伤,更让Intel自己的Pentium 4系列产品很受伤。为了多捞银子,Intel索性把Tualatin的产品线给停了。而如今的“酷睿”处理器似乎是Tualatin的王者归来。
而在另一方面,AMD凭借K6、K6-2及K6-Ⅲ处理器漂亮地打了一仗。但实际上,让AMD功成名就的还是K7核心的处理器。
1999年6月,AMD发布代号Pluto,采用Slot A接口标准的Athlon(速龙)处理 器。不过这一系列的处理器发热量太大。为此,AMD又立即发布了180纳米制程,采用Orion(猎户座)核心(即K75核心)的Athlon处理器。这款产品也成为处理器历史上首款突破1GHz大关的经典产品。但AMD很快就意识到Slot A应该让位于Socket A接口。2000年,Socket 462(即Socket A)替代了Slot A。AMD在这一年发布了Athlon 650~1400系列处理器;在2000年到2001年发布了Duron 600~1300系列。
2000年1月,正当Intel与AMD激战正酣的时候,一向低调的全美达(Transmeta)公司发布了一种全新的处理器:Crusoe。不过全美达的口味比重,喜欢追求低耗持久(这与Atom处理器的理念相似)。但Crusoe处理的性能明显干不过Intel和AMD的产品。不久,Transmeta就退出了争夺。VIA先后收购了Cyrix、IDT两家公司的CPU设计部门。在闭关修炼之后,VIA也在这时发布了采用150纳米制程的Cyrix III(C3)处理器。C3处理器主要面向低端市场,其直接竞争对手是Intel的Celeron处理器。虽然VIA不断改进C3的技术,但和对手的性能差距一直都很大。
Pentium 4时代
2000年9月,Intel推出了“Willamette”核心Socket 423接口的Pentium 4。由于仅仅采用180纳米制程,所以其性能相当鸡肋。2001年7月,Socket 478接口标准随Nor thwood核心的Pentium 4处理器一同推出,这一核心的产品采用130纳米制程。稍后,Intel又推出了“Northwood”核心的Celeron处理器。新处理器拥有更出色的性能和更好的超频能力。50%以上“Northwood”核心的Pentium 4低频产品都能够在不提高核心电压的情况下稳定运行在133MHz的外频上。
Northwood Celeron和Willamette Celeron长得非常相似。老赛扬的核心电压为1.75V,并有明显标记;而赛扬的核心电压只有1.45V,并没有标记出来。
2002年5月,Intel将推出了“官方预超频版”的Pentium 4(俗称B);2003年,Intel又推出了支持HT技术的带宽升级版Pentium 4(俗称C);2004年2月2日,Intel推出了采用Prescott核心和90纳米制程的Pentium 4(俗称E),支持800MHz FSB、HT二代技术和SSE3指令集,二级缓存也达到1MB。在Prescott核心产品中Pentium 4 2.4A和Pentium 4 2.8A同样是基于Prescott核心的,不过外频稍低,不支持HT技术罢了。
2004年6月24日,Intel推出了采用Prescott核心,90纳米制程的“赛扬D”(Celeron D)处理器。由于Celeron D拥有较低的外频,所以它们的超频性能都很出色。2005年后出厂的Celeron D在制造工艺上有很大改进,超频性能也更好。2004年6月,Intel全面启用LGA775接口标准,这一标准被Intel沿用至今。LGA775接口标准下的Pentium 4处理器被命名为“Pentium 4 5XX”,后来发展到Pentium 4 6XX。在Pentium 4 5XX系列处理器中,超频性能最强的是Pentium4 506。而LGA775接口的Celeron D被称为“Celeron DJ”,Intel在其中加入了硬件防病毒功能和CPU过热保护功能。在Pentium 4时代,处理器的主频一再创出新高,比如:Pentium 4 Extreme Edition的主频高达3.73GHz。2004年10月,Intel首席执行官贝瑞特的当众一跪改变了这种窘迫的局面。
2001年以后,AMD陆续发布了Athlon X P1500+~3200+系列处理器,此后又发布了Sempron 2200+~3000+系列处理器。而核心也从上个时代的Thunderbird(俗称:雷鸟)到Palomino(巴洛米诺马),再到Thoroughbred,最后到了最经典的Barton(巴顿)。
2003年,AMD推出了X86-64指令集。而AMD Athlon 64系列处理器则是CPU架构史上的一次重大革新。在这一系列的处理器中,AMD首先启用了一个全新的X86-64指令集,可以将32位的X86架构扩展到64位。这也逼使Intel推出了EM64T。
2003年9月,AMD发布Socket 940接口标准。但这种接口只存在了6个月。而支持该接口的产品也只有Athlon 64 FX-51/53两款。很快,Socket 754逐渐成为主流,而采用这种接口方式的Athlon 64 3200+~3700+很快也上市了。
2004年6月,AMD发布了全新的Socket 939接口标准,并推出了支持该接口的Athlon 64 3000+~4000+系列处理器。这种规格的处理器在内部集成了内存控制器,使平台的整体性能大幅提升。而当年90纳米制程的Athlon 64系列处理器火爆得卖到断货。在这之后,AMD又采用了全新的940接口,即Socket AM2接口标准。
2004年,AMD还发布了一款使用130纳米制程的X86架构处理器:AMD Geode NX 1500+1.0GHz。它支持无风扇的运行,主要为各种互联网外围应用提供解决方案。
在这一时期,VIA发布了基于C3核心的VIA CoreFusion整合处理器和针对嵌入式设备的Eden ESP系列处理器。不过这些东西无法在桌面级PC市场上竞争。后来VIA C7处理器的诞生也没能改变VIA在性能上的劣势。以至于后来针对移动平台的C7-M处理器也只能以低热、低功耗和持久为卖点。不过让人钦佩的是,VIA一直没有放弃在X86架构处理器上的追求。
在X86的古代史和近代史中,我们只谈了桌面级的处理器。而在这段时间内的产品也多得让人大脑发麻。请恕《Geek》没有一一列举。接下来,IntelPentium D和AMD Athlon 64 X2双核处理器揭开了X86的现代史。处理器的制程也从90纳米到65纳米再到45纳米。相信各位对这段现代史都有所了解,也无需《Geek》再费口舌了。
敢问X86架构路在何方?
堆了这么多数据,该有读者拿板砖拍我们了。《Geek》还是简单总结一下吧。X86架构拉风了30年,并不是说X86架构就很完美。恰恰相反,X86架构所使用的CISC存在很多固有缺陷。为了提升性能,X86架构的处理器只能把指令级和内核搞得越来越复杂。这使得X86架构在指令集的结构、软硬件配合以及核心多线程方面遇到了大麻烦。这与IBM提出的“简单就是美”的精神背道而驰。再看看RISC架构的处理器,它们并没有为了追求高时钟速率而搞出超深指令管线。与此相反,它们正进一步精简处理器的核心。但毕竟X86架构的产品太多了,毕竟咱们这么多年来用的处理器都是X86架构的,而大部分RISC处理器却一直局限用于中、高端服务器处理器领域。如果要我们在一夜之间与X86架构说拜拜,那是相当恐怖的事情。那么,最可行的办法是什么呢?—异架构的X86处理器。比如:AMD打算推出Fusion混合CPU-GPU处理器。也就是说,AMD准备把CPU和GPU集成在一起,不过CPU与GPU仍然是独立的,它们还是各用各的缓存,只是内部总线想通罢了。Intel也打算这么干,他们正在搞的Larrabee架构,这是一种可编程的多核心架构,不同的版本会有不同数量的核心。听说Larrabee会采用类似RISC的顺序执行核心,这与CISC的乱序执行核心不同。按照Intel的想法,这玩意儿会逐步取代GPU。也就是说,以后咱不用再买显卡了,一块CPU,全部搞定。