1978年6月,英特尔推出了著名的8086微处理器。30年后,数以千计的计算机处理器是否依旧安然运转?
8086微处理器推出之后的几十年间, 基于8086的基本架构形成了x86王朝,成为了技术领域中具有深远影响的神来之作。无论是个人PC机、服务器、笔记本电脑还是超级计算机,x86都使他们得到了发展。在这个过程中,它征服了许多其他架构和芯片制造商而独占鳌头。
x86架构运用了计算机语言编辑指令,以使英特尔和一些其他公司的中央处理器都可以执行。并且为芯片规定了语言词汇和使用规则。 x86架构的处理器由8086、80186、80286、80386、80486、奔腾系列,以及今天的多核芯片、移动产品芯片组成了成熟的x86系列,并且每一部分都是兼容的。
x86家谱
英特尔的第一块处理器是4位的4004,1971年,它被运用到了日本的计算器中,8位的8008紧接着出现。到1975年,8080问世,并成为第一款个人计算机Altair的大脑。8080的推出具有着划时代的意义,比尔•盖茨和保罗•艾伦因为它的出现创立了微软公司,销售他们为Altair8800编辑的BASIC语言。
3年后,16位8086推出,IBM选择了8086的升级版8088,20世纪80年代初期,这种芯片在PC机上的大量运用给了x86架构巨大的推动力,直到今天它依然是一个标志。
英特尔公司的执行副总裁、最初是电子工程师和芯片设计者的Patrick Gelsinger说,在1985年,32位80386处理器的应用使PC工业有了一次飞跃――尽管在那时它的应用并不是显而易见,并且还有许多地方需要改进。
“人们通常认为,32位处理器是用在小型电脑和大型机器中的。”他回忆道,“很多人嘲笑我们,并以为我们夸大其词。”但是大约在同一时间,运用80386作为芯片生产PC的康柏公司发出声明,指出80386使他们摆脱了IBM的控制,并使PC机有了重大突破。“我们从垂直的制造业转变成为了水平的制造业,而80386开辟了新的世界。”Gelsinger说,他同时也是386设计团队的成员之一。
然而那时IBM还在用16位的80286,它比386的速度要低3倍多。根据英特尔公司的记载,IBM拒绝386是因为那时候没有32位的软件来适应它。并且IBM也正在发展一个属于自己的16位操作系统OS/2。
成功的秘诀
为什么x86架构如此成功?首先,它出现在一个合适的时间。1978年开始,从巨大、昂贵的大型电脑到小而经济的微型计算机的转变过程历经数年,台式机也在此时应运而生。早在1965年,英特尔未来的董事长兼CEO Gordon Moore就已预测x86将拥有惊人的性能。他预言,未来微型处理器性能将以每两年翻倍的速度发展,成本却不会增加。他的预言已经得到了证实,x86已经成为从数据库到家庭电脑的主宰。
对于比尔•盖茨而言,英特尔来得正是时候,1972年他和艾伦竭尽全力,也没能使BASIC语言运用到8008中。 但是在功能更强大的8080上,他们成功了。1975年他们为Altair研制出了BASIC 语言,这标志着英特尔和微软合作伙伴关系的建立,从而奠定微软成为今天软件行业巨头的基础。在所有促使x86成功的因素中,微软是最重要的一个。
RISC的风险
在20世纪80年代末年到90年代初期,RISC(reduced instruction set computer,精简指令集计算机)给x86带来了严峻的考验,那时候它已经用在SUN公司的SPARC芯片,以及IBM、苹果、摩托罗拉的处理器和MIPS芯片上。当时的问题在于,对一个简单的指令,x86处理器也会盲目地快速运转。而在一个时钟周期执行完一条指令,比一个详尽复杂的运算过程要强得多。
专家、新闻界以及英特尔的竞争对手都在推测CISC将要过时,而英特尔公司也急于发展自己的RISC处理器i860。但是无论860还是任何一款RISC处理器,都无法脱离x86的根基。
时任80486处理器设计团队负责人的Gelsinger说: “在486问世以前(1989年4月10日)已经存在数十亿美元的软件等待运行在芯片上。虽然x86处理器现在有些慢,你也有时间开发RISC的软件,但未来我们可以让x86运转得更快,因为我们拥有势不可挡的经济优势,拥有一个好的基础以及庞大的团队在研究开发,这些RISC将永远赶不上。”
20世纪80年代RISC的革新者、加利福尼亚大学计算机教授David Parrerson却说,RISC带动了许多创新。“举个例子,DEC公司的VAX就是因为没有跟上RISC的步伐,几乎已经被淘汰了,英特尔则胜在能够在保持他们已有构架和强大软件的基础上吸收RISC所带来的理念,并与之有效地结合起来。”
浮点型惨败
x86曾在1994年的夏天出现一个了危机――英特尔的测试工程师们在新款奔腾处理器的电路浮点上发现了一个小缺陷,它如同RISC带来的噩梦一样痛苦。虽然英特尔及时修正了这个缺陷,但是因为它只是一个影响不大的小缺陷,并且不是时常发生,所以公司决定不公布这个消息,芯片也不召回。
但是几个月后,一个数学教授发现了这个缺陷,却没有一个英特尔的员工听他的投诉,所以他在互联网上公布了这一发现。没多久,英特尔公司就受到了巨大的批评,而不得不花费4.75亿美元召回了该芯片。
英特尔资深副总裁Albert Yu在他1998年出版的《创造数字的未来》一书中回应: “这是一个痛苦的过程,然而我们最终了解到,必须要做一个客户至上的公司。”
混合与协调
另一个决定性时刻是在1995年推出了Pentium Pro,一款经过全面改观的微处理器。它可以对一系列指令做出先知先觉的推断,将可能使用的程序提前调出来备用。“能够做到这一点,它的根本就在于运用了RISC的长处而并没有改变指令的模式。” 卡内基•梅隆大学的计算机高级教授、英特尔公司的咨询顾问Todd Mowry说:“他们减少了x86的微指令操作,这很像RISC。所以你拥有的是一个x86与RISC结合的处理器。Pentium Pro很快就显示出了它的优越性。”Mowry指出,Pentium Pro 产生自非常严密的设计流程,“他们着手设计一种快速的机器,然后揣摩如何使x86在上面运转。”
Gelsinger补充道: “我们汲取了迷你型和大型机的优点,然后让他们变得更好, 我们为它找到了一个超级完美的介质,就是硅。微处理器的设计师们与大型电脑设计者们不同,他们不是把各个处理部件摊开来组成一个箱子,而是把所有的东西放在一个小而轻的芯片上,使他更具灵活性,这一设计将更具实力。”
的确,硅芯片的使用毫无疑问遵循了摩尔定律,但是那时候系统的相关部件还没有得到完善。
尽管当时x86架构已经有很大的势力范围,但是英特尔并没有在竞争中获得豁免权。例如,1987年在硅谷建立的销售逻辑集成电路芯片的台湾VIA技术公司,就在母板和其他一些电子部件中采用了x86技术。VIA现在还在生产更多的产品,目标是开发x86处理器在低能量的移动产品和内建系统的市场。而世界排名第二的微处理机生产公司AMD 在2000年开始就成为了英特尔公司的竞争对手。
80到90年代,AMD都在跟随效仿x86来制造芯片,但这并没有引起英特尔公司的重视,根据Mercury Research公司的调查, AMD现在还有15%与x86兼容的移动与台式电脑的市场。但是在2000年AMD公司通过新推出的x84-64,在技术革新与品牌宣传方面取得了成功。作为一个新的型号,x86-64完全可以适应32位的软件。
当时,英特尔与惠普联合开发了英特尔64位安腾处理器,但它不能很好地适应32位处理器的软件。最后作为对AMD公司的回应,英特尔公司在2004年出品了自己的64位x86处理器EM64T,但是AMD 和新闻界早已证实了AMD已经大大地打击了英特尔64位的市场。这是一个利用x86的机动性对英特尔公司的反击,加州大学伯克利分校Patterson说: “所以,尽管英特尔公司在控制着市场,其他的公司还是可以改变x86的动向。”
今天,英特尔的x86正在此起彼伏的计算机高科技大战中绝地反击。4月28日,英特尔宣布,它会同Cray公司联合研发新的x86架构上的处理器(Cray已经在使用AMD公司的64位x86处理器)。4月2日,在上海召开的开发商研讨会上,英特尔展示了最小的x86架构的处理器 Atom――一台装有普通处理器的台式机耗电量为35瓦,而安装了Atom的台式机的耗电将节省至2.5瓦以下。
x86在未来的30年中,将依旧蓬勃发展还是仅能存活?目前,一种从根本上改变微处理器的设计正在大行其道,更有短期内将x86吞噬之势。但是没有人认为x86会消亡,卡内基•梅隆大学的Mowry说: “目前很难看出会有其他处理器来取代x86,因为有那么多宝贵的软件运行在其上。”