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英特尔:一家传奇IT企业的40年成长史
时间:2008-08-13 11:4:54 来源:中国计算机报 【有话说几句】【新闻投稿
 
  架构抉择

  1988年,时年27岁的基辛格接受了一项艰巨的任务——担纲开发下一代80486处理器。他不曾想到,这一处理器的成功居然成为英特尔超过NEC、跃居全球最大的半导体公司的标志。也正是80486的成功,让英特尔终于逐渐摆脱选择走CISC(复杂指令计算机)还是RISC(简单指令计算机)道路的摇摆,这场辩论已经持续了多年。

  Sun基于RISC架构的SPARC处理器攻势凌厉,英特尔丝毫不敢懈怠。此时,Sun将APARC架构开放授权给多家公司以壮声势,还举出了UNIX 王牌,希望复制“英特尔处理器+微软操作系统”奇迹的野心不言自明。质疑声一波紧一波地袭来,英特尔基于传统CISC架构的产品落后了吗?

  从技术特点上说,RISC的处理速度快,而CISC则更容易发展程序。斯坦福是RISC的诞生地,它的毕业生创办SUN公司推动了RISC风潮,后期还有一些毕业生组建MIPS公司,宣称以RISC处理器为主要业务,为RISC发展再次推波助澜。基辛格也来自斯坦福,他负责的80486基于CISC架构,但改变了处理器的内部设计,试图融合RISC的速度,又保持x86兼容设计的改良架构。设计要求是外部指令集架构保持不变,以后向兼容旧有系统。

  英特尔当然也不可能忽视RISC,它同样投入了很多精力在RISC架构上。与80486的同步研发的,还有基于RISC架构的处理器860,双方在英特尔内部展开了竞争。“双小组制”组织形式是英特尔开发内存时的传统,这在英特尔后期很多产品开发过程中都发挥了重要作用。同步设计让英特尔有足够的机会充分了解RISC和CISC的性能和技术细节,拥有基于调查的发言权。

  80486和860先后研发成功。客观地说,当年的英特尔对产品定位也有些犹豫,格鲁夫决定将860定位于工作站与HPC,迎战SPARC,80486则作为80386的下一代,成为面向个人计算机的主力。860 很快遭遇了困境,支持它的操作系统在哪儿?有多少应用软件?即便英特尔勉强解决了这个问题,市场规模还是太小。时任微软首席技术专家米佛德推动的 Windows NT与860组合的尝试也失败了,860退出了市场。英特尔决定全力提高80486的性能,在0.8微米的制造工艺上,英特尔将80486的处理频率从 25MHz、33MHz提高到50MHz,这在当时是看似不可思议的。80486还将协处理器及8KB缓存集成在一个芯片内,这在当时也是一项创举。

  此时,摩托罗拉也没有闲着,它在努力开发68040,屡次推迟计划后产品终于上市,但它并没有带来太多惊喜,无论功能和产量,68040都很难再撼动英特尔处理器的地位。在后来与Sun推出SPARC的较量中,摩托罗拉还几乎失去了所有工作站客户。在这一轮较量中,摩托罗拉摔了重重一跤。

  架构之争一直持续到英特尔推出奔腾Pro处理器及其乱序执行和集成二级缓存,基辛格回忆道,直到那时才终结了这场辩论。“我们证明了全面兼容现有软件的更高效CISC架构已经成为可能。” 如今,只有少数公司还在坚持SPARC业务。
 
  两极扩张

  英特尔逐渐扩大x86处理器的应用领域是从奔腾(Pentium)时代开始的,那是上世纪90年代,由此开始了更为快速的技术演进。时值今日,从冲击千万亿次的高端处理器芯片,一直到超低功耗的超移动处理器,英特尔正在囊括更多领域。

1993 年Pentium处理器发布时,RISC优势论还在盛行,Sun仍然是英特尔的主要对手。Pentium采用的超标量技术就是针对RISC,提升指令执行速度的一次架构创新;Sun也抱有同样想法,它也试图这样提高下一代SPARC的性能,只看谁能拔得头筹。这个架构创新是无法从大型机上参考设计的,一切都要从头摸索。

  300万个晶体管、全新的功能让Pentium设计困难重重。刚问世的Pentium处理器体积庞大,速度也仅为66MHz,后来经过改进,缩小了体积,同时运行速度也提升到了100 MHz。英特尔再次在与RISC的较量中占据了优势。可另一个可怕的敌人又出现了——IBM、摩托罗拉、苹果共同组建了POWER联盟,苹果在放弃摩托罗拉处理器后,采用了POWER处理器。然而,销量最终还是使胜利属于Pentium。在1994年的销量统计中,Pentium约为POWER的10倍。

  1995年,Pentium Pro问世,它革命性地采用了动态执行和独立双总线控制。更重要的是,这款处理器不仅用于个人PC,也开始用于伴随互联网兴起的工作站和服务器。后续产品上市使英特尔的业务具备了向新领域扩展的可能,后续的PentiumⅡ、PentiumⅢ、Pentium4都是如此。作为Pentium产品线的高端产品,至强品牌被引入,它被明确定位于面向中高端企业级服务器、工作站市场。

  在PC处理器薄利多销的同时,向赚钱的工作站和服务器市场提供高利润产品几乎是英特尔的必然选择。在1997年,摩托罗拉转产、IBM转型等一系列事件,也间接促进了英特尔在微处理器行业霸业初成,它占据了举足轻重的地位。在后续较量中,AMD也成为最令英特尔困扰的竞争对手。AMD推出的K6系列处理器目的就是狙击Pentium系列,尤其在AMD的K8 处理器在IBM帮助下“退烧”之后,AMD还曾一度抢走了x86桌面市场及服务器市场不小的份额。

  在2000年Pentium4面世时,摩尔定律主导的半导体创新已经发展到了4200万个晶体管,其NetBurst架构的设计目标是适应更高主频,此时的消费者习惯于以频率为唯一考量,高性能成为主题词,AMD也开始跟随英特尔共同创造主频神话。
 
  多核路转

  主频提升是提升单线程性能的最直接途径,然而竞相攀升的主频过快地耗尽了当时制造工艺的能力,Pentium的NetBurst架构在4GHz遇到了无法解决的升温问题,实现10GHz主频的预言已经无法实现了。

  为了遵循摩尔定律的持续创新,在持续追求更高主频路线走不通之后,AMD和英特尔都选择了绕过这一障碍。它们的竞争焦点似乎由主频转向了核数。2006 年,英特尔启用了由海尔法开发团队研发成功的酷睿架构,转向高能效以及多核路线,这样的技术路线也是Sun、IBM的共识。向多核转变,使得处理器在主频不快速提升的前提下,摩尔定律得到延续,能效表现继续攀升。基辛格坦言,在看到这个根本性转变时,英特尔已经落后了一代的时间,幸运的是,它很快重新开始重视高能效表现。

  从双核到四核,英特尔在时间上领先AMD,却无法摆脱它的一路紧随。深层次地说,英特尔与AMD实际上已进入“ 能效”的竞争阶段,核数只是一个途径而已。多核有效控制了能耗,英特尔也通过微架构调整,使得高能效表现在取代NetBurst的酷睿微架构深入人心,并即将再次调整至Nehalem架构。英特尔制造工艺的升级,已经使一块芯片上可以容纳8亿个晶体管。值得关注的是,当前的软件环境也开始注重向并行方面发展,以充分发挥多核潜力。

  如今,在最高端的面向高性能计算的至强,再到面向服务器的至强直到桌面端、移动端甚至超移动终端,英特尔的微架构和制造工艺都开始全面覆盖,除超移动终端处理器外,其他产品线都实现了多核。英特尔开始规划处理器的发展步调,这就是Tick-Tock战略。英特尔按照逐年的节奏调整制造工艺和微架构。x86处理器已经覆盖了IT设备的两极。而在对抗RISC的高端企业级产品线中,英特尔还布局了安腾处理器。按照发展路线图,安腾即将走向四核。

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