x86架构诞生30周年

 
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导读:本文讲述x86架构为什么能打败其他处理器架构.RISC架构和CISC架构之间的战争.

关键词:x86 处理器架构 RISC CISC

 
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  为什么x86能一直成功,击退甚至完全打败其他的处理器架构?从一开始来说,x86的诞生就是在一个很恰当的时间点。1978年的时候,计算从巨大、昂贵的中型计算机转变为小型、便宜的微型计算机已经有几年了。台式电脑成为变革的前沿。

  更重要的是,x86证明了戈登·摩尔在1965年提出的一个定律。戈登.摩尔在后来成为Intel的主席和CEO。摩尔说,在成本不变的前提下,微处理每过 2年其运算速度会翻一番。他的预言,后来被成为摩尔定律,被证实是正确的。x86的发展道路越走越宽。x86处理器也从数据处理中心走向办公室和千家万户。

  并且8086以及它的后续产品一直与电脑行业两个大名鼎鼎的名字紧紧联系在一起。在1972年,比尔·盖茨和保罗·艾伦就尝试用性能很弱的8008开发Basic编程语言,虽然后来失败了。但是他们最终在性能强劲一些的8080处理器上开发出了Basic语言,并在1975年把 Basic语言应用到Altair8800 PC。

  这成为Intel和微软亲密关系的开始。微软从那开始,创造了一个巨大的软件帝国,并推动了整个行业的发展。在x86架构成功的过程中,可能没有比RISC处理器的影响更巨大的了。

  RISC的风险

  在20 世纪80年代晚期和90年代早期,x86的一个巨大威胁产生了——RISC(精简指令集计算机)。采用RISC架构的处理器有SunSparc、IBM/苹果/摩托罗拉的PowerPC,以及MIPS处理器。RISC架构的核心思想是:处理器的指令集如果十分简单,一个时钟周期运行一个指令,那么处理器的速度会十分快。RISC的核心思想有别于以x86为代表的CISC(复杂指令集计算机),CISC的核心思想是采用复杂的多时钟周期指令。

  计算机专家们和Intel的竞争对手们曾经预言CISC会最终消亡。“那确实是一个十分艰难的时期”,Gelsinger承认。确实,Intel很快开始开发自己的RISC工作站处理器i860。但是860或者其他RISC处理器最终都没能改变x86的地位。

  根据领导了80486开发的Gelsinger的说法,原因是这样的:在486发布以前(1989年4月10日),已经有价值数百万美元的软件打算在486 平台上运行。虽然和RISC相比,x86(CISC)架构是有一点慢,但是当你花时间开发出适合RISC的软件的时候,已经开始出现更快的x86处理器。我们有巨大的经济优势,因为我们已经有了一个良好的基础,并且我们有庞大的开发团队。RISC电脑不可能赶上我们。

  具有讽刺意味的是,比80486和Pentium处理器性能更强的RISC处理器电脑由于缺少软件,最终消亡了,包括Intel自己的i860处理器和其他的RISC处理器。Intel后来承认打算推出RISC架构是一个错误。

  RISC 发明人之一,加州大学伯克利分校的计算机教授David Patterson说:“但是RISC激发了许多创新”。例如,电子设备集团的VAX架构也是随着RISC发展起来的,虽然最后也消亡了。但是 Intel能够吸收RISC的各种优秀想法,依靠他们雄厚的软件基础,改进旧有的架构。同时,Intel成功的另外一个原因是它的先进的制造技术。

  像RISC 一样让人痛彻心脾的危机,发生于1994年夏天的夏天,当时Intel的测试工程师发现了在新Pentium处理器的浮点电路中存在微小的错误。错误发生的几率很低,所以对于这些错误的影响,Intel仅仅对芯片修正后就重新进行生产,并且没有召回有瑕疵的芯片。

  但是几个月后,弗吉尼亚州林奇堡学院的一位数学教授,就发现了这个缺陷。他无法找到Intel的任何人听他申诉,因为Intel当时并不承认。所以他把他的发现公布在互联网上。没过多久,Intel就陷入了舆论风暴之中,并导致了巨大的公共关系危机,最终花费了4亿7500万美元召回这批芯片。

  “这是一次痛苦的经历,但是我们最终学会从消费者的角度出发”, 前Intel资深副总裁Albert Yu在他的著作《创造数字未来》中回忆说。

  兼容并包

  另外一个x86历史上的标志性的事件发生在1995年。卡内基梅隆大学计算机教授、Intel问题研究专家Todd Mowry这样说。当时Intel推出了革命性的Pentium Pro微处理器,能够预先考虑一串指令,并猜测那些需要不按照规则处理的指令。Pentium Pro还拥有一个全新的高速缓存,这一切保证了处理器能够获得大部分时间,并且在一些应用程序中表现出色。

  “事情完全出乎意料”,Mowry说,:“他们使用了RISC的优点,但并没有改变指令集。他们把x86指令翻译成更像RISC指令的微操作。所以你拥有的是x86电脑中的RISC电脑。并且这样的做法弥补了X86原有的性能差距。

  Mowry说Pentium Pro源于一个自上而下的设计处理。“他们先打算设计出一款高性能的电脑,再计算出怎样使得x86满足设计要求”,他说。

  寻找非x86架构的优点和缺点,这是x86取得进步的方法。Gelsinger说:“Pentium是一个巨大的架构进步,我们从微型机和中型机中寻找优秀的想法,并且把这些想法在实践中做得更好,因为我们有一个巨大画布让这些美丽的想法尽情挥洒——这个画布的名字叫做硅。”

  “中型机是把要处理的不同部分在机柜中的一个很广阔的空间内传递。与中型机不同,微处理器设计者们则把所有的信息单元放在在单独的、微小的、紧密集成的芯片上,这样设计会更加有弹性,设计的产品更出色。”他说。确实,这些年来,当由多种配件组成的电脑系统发展并不很快时,硅芯片取得了与摩尔定律所预测完全一致的惊人发展速度。

  Intel并没能够避免竞争,哪怕是在自家的x86架构领域。例如,1987年创建于硅谷的台湾威盛公司采用了x86的技术,销售主板芯片组。威盛目前生产很广的一系列产品,并且打算生产自己的x86架构低能耗移动处理器。

  AMD公司,世界第二大芯片制造商,自从2000年以来,它已经成为了Intel的强有力的竞争对手。在整个20世纪80年代和90年代,AMD已经成为一个 x86芯片的模仿者,并且几乎对Intel产生重大影响。(Mercury咨询:AMD仍然有占有15%的x86兼容台式机和移动电脑市场份额)。

  但是AMD出人意料的在2000年推出了64位的基于x86扩展指令集的处理器,并取得了良好的技术声誉和市场效果。作为一个扩展集,它意味着新的x86架构的64位处理器能够运行旧的32位软件。

  在那时,Intel的64位产品是安腾,由于Intel和HP开发,主要用于超标量执行。该处理器在一个大铁箱中,并且它不与x86架构的32位软件兼容。 Intel面对AMD的威胁,在2004年,推出了自己的64位x86指令扩展集,EM64T。事实表明,AMD已经在最重要的64位产品市场打败了 Intel。

  “这是一个用x86指令集的灵活性对抗Intel的例子”,Patterson说,“所以尽管Intel统治着这个市场,其他公司也能够改变x86的发展方向。”

  挑战极限

  今天,Intel的x86在计算的极限领域微不足道。在4月28日,Intel宣布它将与Cray电脑公司一起,发展基于x86架构的超级计算机芯片。(Cray已经使用了AMD的基于x86的64位皓龙处理器。)

  在4 月2日,上海举行的Intel全球发展论坛上,Intel宣布基于x86架构的Atom处理器,这是Intel目前的最小的处理器。它的能耗小于2.5 瓦,而一款典型的桌面处理器的能耗为35瓦。就在这周,Intel将为小型台式机和台式机发布两款新的Atom处理器。

  所以,x86 能够再生存并繁荣30年么?在竞争的格局中,将有许多力量从根本上改变微处理器的设计,甚至就会发生就在近期发生。但是几乎没有人预测令人尊敬的x86架构会消亡。卡内基梅隆大学的Mowry说道:“我们恐怕很难看到其他的指令集取代x86,因为有太多的有价值的软件运行在x86架构上。”

 
来源:Computerworld    
 
 
 
 
 

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