我們每天接觸的電腦,幾乎都是以X86架構(gòu)為基礎(chǔ)的,當(dāng)然,蘋(píng)果自去年發(fā)布的新電腦產(chǎn)品中首次使用7ARM架構(gòu)的M1芯片,算是打破了家用電腦的傳統(tǒng)(注:微軟Surface曾經(jīng)推出過(guò)ARM版產(chǎn)品,但是并未成為主流),成為另一種主流電腦CPU。
現(xiàn)在常說(shuō)的X86 CPU,實(shí)際上說(shuō)的是X86構(gòu)架——準(zhǔn)確說(shuō)是一種指令集構(gòu)架家族的稱(chēng)呼,它起源自1978年由英特爾推出的8086CPU,該系列較早期的處理器名稱(chēng)是以數(shù)字來(lái)表示80×86。由于以“86”作為結(jié)尾,包括英特爾8086、80186、80286、80386以及80486乃至以后的CPU都是這樣一個(gè)命名規(guī)律,因此其架構(gòu)被稱(chēng)為“X86”。
開(kāi)創(chuàng)時(shí)代的8086
英特爾的第一款產(chǎn)品是4位的4004 CPU,1971年發(fā)布,這款CPU是全球第一款微型處理器,但是,它并不屬于X86構(gòu)架。在此之后英特爾還推出了多款CPU產(chǎn)品,但都不屬于X86構(gòu)架。8086項(xiàng)目起始于1976年5月,是英特爾公司當(dāng)時(shí)更為看重的16位的iAPX 432微處理器的備份項(xiàng)目。8086一方面要與Motorola、Zilog、National Semiconductor等公司的16位、32位微處理器競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)份額,另一方面也是對(duì)Zilog Z80在8位微處理器市場(chǎng)上的成功的回?fù)?。由于采用了與8085微處理器近似的微體系結(jié)構(gòu)與物理實(shí)現(xiàn)工藝,8086項(xiàng)目進(jìn)展相當(dāng)快。這款開(kāi)山之作基本就是“唯一”的存在,當(dāng)時(shí)并沒(méi)有任何第三方來(lái)制作同樣規(guī)格的產(chǎn)品。隨后于1979年,英特爾又推出了英特爾8088,它在芯片的外部連接椎使用8位資料總線(xiàn)(允許使用更廉價(jià)和更少集成電路)的支持,成為8086的一個(gè)低成本的簡(jiǎn)化產(chǎn)品,并用在IBM電腦的原始設(shè)計(jì)中的CPU(包括廣為人所知的IBM PC XT)中而被人知曉(理論上講,現(xiàn)在所有的個(gè)人電腦都可以稱(chēng)為IBM兼容機(jī))。
但是,當(dāng)時(shí)的英特爾話(huà)語(yǔ)權(quán)并不高,一切都要仰人鼻息——財(cái)大氣粗的IBM固然采用了8088CPU作為個(gè)人電腦的核心部件,但是也產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題,IBM當(dāng)時(shí)的政策要求他們所使用的芯片至少要有兩個(gè)貨源。在同樣的安排下,AMD之后開(kāi)始生產(chǎn)80286,在1982年,AMD與英特爾簽約,成為得到許可的8086與8088制造業(yè)者和第二貨源生產(chǎn)商。至此,X86 CPU不再只是“一家之言”,大戲開(kāi)幕了。
戰(zhàn)國(guó)開(kāi)端80486
在經(jīng)歷了8026至80386的時(shí)代,X86 CPU還是只有英特爾和AMD兩個(gè)廠商在同一賽道上競(jìng)爭(zhēng)。1989年4月10日,英特爾在拉斯維加斯電腦大展上首度發(fā)表集成有120萬(wàn)個(gè)晶體管的80486 CPU——這也是最后一個(gè)以80×86命名的CPU產(chǎn)品。80486集成了緩存、浮點(diǎn)運(yùn)算單元,是現(xiàn)代CPU的第一個(gè)“完成體”(但沒(méi)有集成核心顯卡)。
也正是80486系列處理器(注:同一時(shí)期英特爾還推出了沒(méi)有浮點(diǎn)運(yùn)算單元的80486SX/SX2 CPU)的出現(xiàn),讓個(gè)人電腦市場(chǎng)迅速發(fā)展,這個(gè)時(shí)期,其他廠商也紛紛看到了“財(cái)源”,陸續(xù)推出了自己的兼容型產(chǎn)品,諸如Cyrix、德州儀器、聯(lián)華電子、NexGen等,當(dāng)然,還有與英特爾一路同行至今的AMD。
這些CPU廠商也多以80×86的命名方式“蹭熱點(diǎn)”(數(shù)字不能注冊(cè)成為品牌,也就不具有排他性),面對(duì)這么多“兼容”CPU讓英特爾頭疼不已。所以在此之后,英特爾為了避免這個(gè)問(wèn)題,推出了Pentium(奔騰)品牌而不是稱(chēng)之為80586的CPU,終結(jié)了CPU的數(shù)字命名法則。
最后的狂歡
在英特爾推出Pentium之后,X86 CPU市場(chǎng)進(jìn)入了歷史上的“巔峰”——CPU廠商如雨后春筍般出現(xiàn),都想來(lái)一杯羹,這其中包括的企業(yè)多達(dá)10家。作為具有技術(shù)支配地位的英特爾當(dāng)然不甘心,隨著X86 CPU的知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘越來(lái)越高,法律武器無(wú)疑是最好的選擇之一。巔峰之后即下坡,在此之后,X86 CPU就剩下英特爾、AMD、Cyrix三個(gè)廠商了,時(shí)至今日,Cyrix已泯然眾人矣。當(dāng)然,除了授權(quán)之外,CPU的技術(shù)復(fù)雜程度也決定了后來(lái)者會(huì)越發(fā)艱難,時(shí)至今日能夠進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)已是鳳毛菱角了。而這一時(shí)期,也正是Socket 7接口最后的輝煌,可以說(shuō),英特爾80486使用的Socket 7接口為第三方CPU公司提供了無(wú)限可能,又因?yàn)镾lot 1/Slot A接口的出現(xiàn)而被終結(jié)。
IDT
IDT旗下的Centaur(半人馬)于1995年4月成立,最初是只有40人團(tuán)隊(duì)的初創(chuàng)公司,正如他們的名字一樣,最初Centaur的方向也是一分為二:一半MIPS一半X86。然而很快,IDT就發(fā)現(xiàn)了這樣不切實(shí)際,畢竟對(duì)于一個(gè)初創(chuàng)企業(yè)來(lái)說(shuō),業(yè)務(wù)專(zhuān)精才是唯一出路。于是他們?cè)跍惓?0人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)后,用了不到1年時(shí)間專(zhuān)攻X86CPU,很快就完成了WinChip C6的研發(fā),并于1996年7月成功在Windows 95下開(kāi)機(jī)運(yùn)行。當(dāng)然,WinChip C6這么快就能被開(kāi)發(fā)出來(lái)也是有原因的——?jiǎng)e家科技公司研發(fā)CPU是向上研究,而Centaur則是換了一條思路,如何簡(jiǎn)化CPU。結(jié)果可想而知,Winchip C6的性能極為孱弱,可以說(shuō),除了便宜和低功耗之外,Winchip C6毫無(wú)優(yōu)勢(shì)。
時(shí)間不等人,盡管CPU有著驚人的豐厚利潤(rùn),但面對(duì)市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)IDT還是有些吃不消。于是在1999年9月16日,VIA從IDT手中以5100萬(wàn)美元價(jià)格并購(gòu)了Centaur,至今依然是VIA的子公司,從始至終,Winchip一共就只有Winchip C6、WinChip 2/2A/2B、WinChip 3幾款產(chǎn)品,以及一個(gè)胎死腹中的WinChip 4。在此之后,就是以VIA的名義生存了。
IBM
IBM研究過(guò)自己的X86 CPU?答案是真的,這就是PowerPC 615!這顆CPU是頗為神奇的一款產(chǎn)品,PowerPC 615是IBM在1994年發(fā)布的PowerPC處理器,但從未達(dá)到量產(chǎn)上市的水準(zhǔn),簡(jiǎn)單說(shuō),就是胎死腹中。它的主要功能是在芯片上集成X86核心,從而使處理器可以在本地直接處理PowerPC和x86指令。在PowerPC 615上運(yùn)行的操作系統(tǒng)可以選擇執(zhí)行32位、64位PowerPC指令、32位x86指令或三者的組合,性能耗損很小。
那么,它久經(jīng)是如何胎死腹中的呢?答案極為簡(jiǎn)單——微軟拒絕給予支持,也就是說(shuō),即便PowerPC 615擁有X86核心,依舊無(wú)法使用WindOWS操作系統(tǒng)。這也是IBM絕無(wú)僅有的一次涉足X86 CPU市場(chǎng),僅僅是匆匆過(guò)客(注:但是很多CPU的先進(jìn)技術(shù)特性都是始自于IBM)……
UMC
UMC聯(lián)華電子也是分羹X86 CPU市場(chǎng)的一員,1994年,聯(lián)電推出了第一顆與英特爾80486兼容的CPU:Green CPU,據(jù)資料顯示,其CPU性能甚至超出同等級(jí)英特爾及AMD CPU30%以上。該CPU一經(jīng)上市,就被英特爾起訴了——理由當(dāng)然是侵犯了英特爾的80486相關(guān)專(zhuān)利。最終,同樣是庭外和解的結(jié)局,聯(lián)華電子也終止了這款Green CPU的生產(chǎn)。
注:聯(lián)華電子可不是浪得虛名,除了代工芯片生產(chǎn)外,它孕育的企業(yè)多如牛毛,例如大名鼎鼎的聯(lián)發(fā)科(MediaTek)、硅統(tǒng)科技(SIS)、聯(lián)詠科技(Novatek)、聯(lián)陽(yáng)半導(dǎo)體(ITE)、智微科技(JMicron)都是脫胎于聯(lián)華電子。
C&T
Chips and Technologies簡(jiǎn)稱(chēng)C&T,它推出CPU還是在80386時(shí)代,發(fā)布的型號(hào)為Super386 38600DX/38600SX(注:當(dāng)時(shí)幾乎所有的CPU都是依照英特爾的80×86方式命名)。不過(guò)比較特別的是它生產(chǎn)的CPU封裝方式有別于英特爾、AMD采用的方式,為144-Pin PGA方式,所以無(wú)法兼容。也是因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題,它無(wú)法成為市場(chǎng)主流。
Rise Technology也是一家專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、銷(xiāo)售英特爾x86兼容CPU的廠商,它最出名的CPU就是mP6,這款CPU兼容于英特爾的Socket 7。Rise成立于1993年,由15個(gè)投資者(包括聯(lián)華電子、宏碁電腦、威盛電子等)及林廷隆所創(chuàng)。Rise在經(jīng)過(guò)多次的改組后,在1998年底發(fā)布的mP6 CPU,并在1999年開(kāi)始小幅量產(chǎn),mP6的目的是在入門(mén)級(jí)筆記本電腦上使用,但性能并不出眾,競(jìng)爭(zhēng)力不佳。
Rise慢慢轉(zhuǎn)變方向,改為專(zhuān)注機(jī)頂盒一類(lèi)的IC設(shè)計(jì)。最終,它將自己的技術(shù)出售給了意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics,ST),而后在1999年,硅統(tǒng)科技(SiS)收購(gòu)了它,畫(huà)上了Rise最后的句號(hào)。
NexGen成立于1986年,第一個(gè)設(shè)計(jì)是期望開(kāi)發(fā)出80386同等級(jí)別的CPU,不過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜、電路面積過(guò)于龐大,必須用8顆芯片才能等同于1顆芯片的性能,等優(yōu)化好之后,CPU已經(jīng)進(jìn)入了80486時(shí)代。NexGen的第二款產(chǎn)品是Nx586 CPU,于1994年推出,并嘗試與英特爾的Pentium直接抗衡。不過(guò)遺憾的是,它也采用了不兼容設(shè)計(jì),需要配合特有的芯片組主板才可以使用,極大限制了它的普及。
同一時(shí)期,AMD的K5 CPU表現(xiàn)并不理想,最終在1995年10月21日,AMD出資8.65億美元收購(gòu)了NexGen,并延續(xù)Nx586的設(shè)計(jì)來(lái)開(kāi)發(fā)新CPU,以此成就了在商業(yè)上相當(dāng)成功的AMD K6系列CPU,是不是有一些意外?其實(shí)可以看出,研發(fā)CPU的企業(yè),兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)就是有限的幾個(gè)玩家。
Transmeta中文為全美達(dá),是一家設(shè)計(jì)超長(zhǎng)指令集VLIW代碼轉(zhuǎn)譯X86的CPU企業(yè),集中于開(kāi)發(fā)減低電子設(shè)備功耗的運(yùn)算技術(shù),于1995年創(chuàng)立,至今為止共出產(chǎn)了兩款兼容X86架構(gòu)的CPU:Crusoe與Efficeon,該些處理器用于非常重視低功耗與散熱能力的超便攜式筆記本電腦、刀片服務(wù)器、平板電腦與臺(tái)式機(jī)上。
雖然性能并不出眾,但是全美達(dá)著力于低功耗設(shè)計(jì)的思路還是贏得了市場(chǎng)的認(rèn)可,也讓英特爾和AMD逐漸重視起低功耗市場(chǎng)。更為有趣的是,2006年10月11日全美達(dá)宣布對(duì)英特爾提出控訴因其侵犯了全美達(dá)的10項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利。最終該問(wèn)題上,英特爾選擇了和解、賠款。代價(jià)是全美達(dá)也同意向英特爾授權(quán)其部分專(zhuān)利并且轉(zhuǎn)讓少數(shù)專(zhuān)利給英特爾,同時(shí)全美達(dá)不再生產(chǎn)X86架構(gòu)兼容CPU。
Cyrix是1988年成立的一家CPU開(kāi)發(fā)公司,初始業(yè)務(wù)主要為80286和80386 CPU提供高性能的協(xié)處理器(FPU),Cyrix初次亮相于個(gè)人電腦市場(chǎng)的產(chǎn)品是1989年的80387兼容FPU:Cyrix FasMath 83D87和83S87。FasMath是當(dāng)時(shí)最快的80386協(xié)處理器,比英特爾的80387還要快上50%。
之后Cyrix在1995年發(fā)布了著名的Cyrix 6×86,也就是M1。這顆CPU延續(xù)了Cyrix一貫的優(yōu)點(diǎn),性能幾乎超越了英特爾同級(jí)產(chǎn)品。6×86處理器使用的是標(biāo)稱(chēng)頻率,如P166+意味著性能超越Pentium 166MHz CPU,但實(shí)際頻率遠(yuǎn)低于166MHz,不過(guò)它的浮點(diǎn)性能卻沒(méi)有繼承以往Cyrix的特點(diǎn),表現(xiàn)不及Pentium CPU。
有趣的是,Cyrix并非如AMD那樣獲得X86的授權(quán)許可,而是獨(dú)立開(kāi)發(fā)而來(lái)——這也引來(lái)了多次英特爾與Cyrix的專(zhuān)利訴訟。有兩次訴訟非常關(guān)鍵,第一次是英特爾訴訟Cyrix侵犯了其80486的專(zhuān)利,固然消耗了Cyrix大量精力和資金,但是結(jié)果卻出人意料——Cyrix和英特爾最終達(dá)成庭外和解,英特爾同意Cyrix有權(quán)在持有英特爾交叉許可的工廠生產(chǎn)自己的X86設(shè)計(jì),如Ti(德州儀器)、IBM和SGSThomson(后期被意法半導(dǎo)體收購(gòu))。注意,這里只是許可生產(chǎn),英特爾依舊認(rèn)為Cyrix沒(méi)有X86構(gòu)架的授權(quán)許可。到了1997年,Cyrix起訴了英特爾,原因是Cyrix認(rèn)為英特爾的Pentium Pro和Pentium Ⅱ侵犯了多項(xiàng)Cyrix專(zhuān)利,比較重要的是其中的電源管理和寄存器重命名技術(shù)。這一訴訟帶來(lái)最終的結(jié)果是:英特爾和Cyrix交叉專(zhuān)利授權(quán),Cyrix正式擁有了X86構(gòu)架專(zhuān)利。Cyrix的壽命其實(shí)并不長(zhǎng)遠(yuǎn),但是影響非常之深:它開(kāi)創(chuàng)了PR標(biāo)稱(chēng)方式標(biāo)稱(chēng)CPU性能,并在一段時(shí)間內(nèi),是CPU市場(chǎng)除英特爾外,唯一一個(gè)可與之抗衡的廠商。而且它的經(jīng)營(yíng)策略也影響了英特爾的商業(yè)行為——賽揚(yáng)CPU的誕生與此密不可分。
也是在Cyrix與英特爾的訴訟期間,Cyrix與美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體合并,后期CPU由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體生產(chǎn)。在之后,Cyrix被VIA(威盛)收購(gòu),VIA依托Cyrix之前收購(gòu)的Centaur(IDT旗下公司)依舊生產(chǎn)CPU(但是沿用Cyrix的名字),而后威盛又通過(guò)合資,將X86授權(quán)帶給了兆芯。
故事還有沒(méi)有結(jié)束,美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體出售Cyrix時(shí)保留了其一個(gè)項(xiàng)目MediaGX的設(shè)計(jì),并改名為Geode出售,最終的買(mǎi)家則是AMD。2006年6月AMD展示世界上最低功耗的X86 CPU,僅耗0.9瓦電能。這個(gè)CPU就是基于Geode核心,也是Cyrix的遺產(chǎn)之一。
兆芯是由上海兆芯集成電路有限公司所設(shè)計(jì)的X86 CPU,早先兆芯的CPU依托VIA的CPU設(shè)計(jì),并逐步實(shí)現(xiàn)自主開(kāi)發(fā),現(xiàn)在已經(jīng)擁有了多代CPU產(chǎn)品。不僅如此,兆芯還擁有自己的IO芯片、芯片組,顯卡核心開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力,是當(dāng)下極為罕見(jiàn)的X86 CPU企業(yè)。作為新生力量,兆芯已經(jīng)擁有了桌面PC的開(kāi)先系列和服務(wù)器用的開(kāi)勝系列,性能方面日正奮起直追。筆者覺(jué)得最為有趣的是其CPU的構(gòu)架代號(hào)充滿(mǎn)了濃郁的地方特色,例如“陸家嘴、五道口、張江”等等,倍感親切。
實(shí)際上,作為目前所剩無(wú)幾的CPU廠商,能夠站在同一起跑線(xiàn)上市極為艱難的。CPU領(lǐng)域是一個(gè)高投資慢回報(bào)、技術(shù)集中的領(lǐng)域,而且還有越來(lái)越嚴(yán)苛的專(zhuān)利壁壘,想要在這個(gè)領(lǐng)域生存下去需要莫大的勇氣、耐心、資金以及技術(shù)支持。本文所提及的X86 CPU生產(chǎn)商其實(shí)并非全部,還有很多企業(yè)也曾想進(jìn)入該領(lǐng)域,如果算上MIPS、ARM、Risc-V構(gòu)架,前仆后繼的CPU企業(yè)更是多入牛毛。筆者也整理了一份相對(duì)完整的名單,不妨各位讀者看看認(rèn)識(shí)其中幾個(gè)廠商吧!
(注:包含X86、MIPS、ARM、Risc-V)
AMD(超微)、Andes(晶心科技)、APPLE(蘋(píng)果)、ARM(安謀)、Broadcom Limited(博通)、Cirrus Logic(凌云邏輯)、Cyrix(賽瑞克斯)、龍芯、DEC(迪吉多)、DMP(瞻營(yíng)全科技)、Fairchild(仙童)、Fujitsu(富士通)、Harris(哈瑞斯)、Hewlett Packard(惠普)、Hitachi(日立)、IBM(國(guó)際商業(yè)機(jī)器)、IDT、Intel(英特爾)、Intersil、Maxwell(麥克斯韋)、MCST、MHS、Momalvo、Microsystems International、MIPS Technologies(美普思科技)、Mitsubishi(三菱)、MOS Technology、 Motorola(摩托羅拉)、NS(國(guó)家半導(dǎo)體)、NEC(日本電氣)、NexGen、OKI(沖電氣)、OPTi、Philips(飛利浦)、RCA(美國(guó)無(wú)線(xiàn)電)、Renesas(瑞薩)、Rise、Rockwell(洛克威爾)、SGS、Sharp、ST(意法半導(dǎo)體)、Siemens(西門(mén)子)、SIS(矽統(tǒng)科技)、Synertek、Sun(異陽(yáng))、Thompson(托馬森)、Thomson(湯姆遜半導(dǎo)體)、TI(德州儀器)、Toshiba(東芝)、Transmeta(全美達(dá))、UMC(聯(lián)電)、VIA(威盛)、Westem Design Center(西部設(shè)計(jì)中心)、Westem Electric(西部電氣)、ZiLOG、兆芯、鯤鵬、沸騰、海光、申威(以上排名不分先后)。
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