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这个时期,还有ZILOG公司的Z系列处理器:280、28000,MOS公司的6500系列处理器,但它们根本无法和英特尔以及摩托罗拉公司抗衡,在摩托罗拉失败后不久也完全从市场上消失。
这就是70-90年代的处理器历史,在这场群雄割据的大战中,苹果、摩托罗拉、ZILOG、MOS等公司先后被Wintel联盟所击败,纵观全程,我们不难发现,Wintel的成功并不是偶然,它的成功,来自最初时能够卧薪尝胆,默默地依靠IBM这棵大树;来自市场策略的成功,坚持强强联合,坚持以人为本,坚持开放式生产体系;来自走兼容性道路,不管是英特尔还是微软,它们的处理器和操作系统,都能够对新老程序进行良好的兼容支持,这是其竞争对手没有考虑到的。正是因为这些细节,成就了Wintel联盟的成功。
“开放式生产体系”是Wintel获得成功的最强大武器,也是苹果失败的最大原因。IBM因为提供了从软件到硬件以及维修甚至软件改版升级服务的经营方式尽管最初让人们感到“量身打造,购买量足”,但后期却让人们觉得失去自由,任人宰割,后来使得IBM放弃个人PC市场,开放其架构,让大家生产,依靠价格优势,这种克隆机尽管在性能上不如Apple,但价格上却极具优势,因此获得胜利。苹果坚持计算机从硬件的研发制造到操作系统的改进,甚至到应用软件的开发都又自己打包,但无法获得优势。它也曾试图向开放式系统前进,在全球寻找格式的合作伙伴,推出Mac兼容计算机,然而却因为PC这个开放式的系统已经占据绝对的市场份额,不得不宣布失败,从而开始另辟蹊径,走工艺品、艺术品的个性化道路。
三 三国鼎立时代——第二次CPU世界大战
90年代开始,X86系列处理器阵营中AMD和Cyrix公司开始崛起。这两家公司都是生产与X86系列兼容的处理器,而这个年代,个人处理器全面转变到了X86系列。在非X86系列个人处理器的阵营中,苹果仍然在苦苦支撑,但丝毫影响不了英特尔的霸主地位。
AMD和Cyrix公司是怎么崛起的呢?在X86系列普及的早期,这两家公司生产兼容X86的处理器,同样命名为386和486,但价格方面却比英特尔便宜不少,当时的人们也看重了这两家公司产品的价格优势,因此使得这两家公司得以生存。
英特尔因为市场受到AMD和Cyrix的蚕食而向联邦法院提出申诉,要求兼容其X86的处理器不得使用X86的名称,但联邦法院却判决X86芯片兼容的处理器厂商仍然可以在它们的产品上继续使用X86名称。此后的一段时间里,AMD和Cyrix生产的386和486处理器在数量上居然超过了英特尔,瓜分了不少的处理器市场份额,英特尔、AMD和Cyrix三足鼎立的局面终于形成。
1 实力超群的魏国:90年代的英特尔
为了和AMD、Cyrix两家公司竞争,英特尔在1993年推出的新一代处理器上,没有采用80586的名称,而是命名为Pentium[1],这种命名方式将它的产品与AMD、Cyrix区别开来,这个品牌的推出,也让人们开始重视处理器的品牌概念,Pentium也成为至今为止最为成功的IT品牌。
Pentium最初的主频只有50MHz,后来发布了55MHz、60MHz、65MHz、70MHz、75MHz,然后没有发布80MHz以及 85MHz的型号,直接跳转到了90MHz、100MHz、120MHz、133MHz,而133MHz的产品则是当时的旗舰,采用它的电脑可以不用解压卡直接完美播放VCD,这在当时来说的确是一个了不起的成就。后来也出现过150MHz、166MHz的Pentium处理器。不过产量较少。
Pentium处理器可以说是一个里程碑。它继承了310万个晶体管,每秒可以运行一亿条加法指令,尽管它仍然基于CISC指令集,但英特尔首次在这个系列处理器中部分采用了RISC(Reduced Instruction Set Computing,精简指令集)技术。
RISC最早是由IBM的设计师John Cocke于1975年提出的。当时他发现IBM370 CISC系统中占总指令集数仅20%的简单指令却在程序调用中占了80%,而占指令数的80%的复杂指令却只有20%的机会用到。针对这个缺点,John Cocke提出了RISC的概念。RISC最大特点是指令长度固定,指令格式种类少,寻址方式种类少,大多数是简单指令,而且都能在一个时钟周期内完成,这种指令集方便设计超标量与流水线,可以使大量操作在寄存器之间进行。
除此以外,Pentium处理器还具有超标量体系结构,采用了双流水线结构,具有指令执行单元和取指令两个处理单元,相对于80486的单流水线有所升级,使得这款处理器能够在一个时钟周期内执行两条指令。再次,Pentium处理器引入了分支预测技术,可以减少程序中分支指令的延迟。第三,Pentium处理器通过64位数据总线提高了内存与处理器之间数据传输的速度,在从内存读写时采用流水线突发模式,进一步提高数据传输速度。第四,它采用了两个独立的一级高速缓存,分别用于存储数据和指令,提高了程序执行速度。
就在这个时候,AMD和Cyrix公司也针对英特尔的Pentium处理器推出了与之竞争的5X86,它们让人感觉是可以与Pentium媲美的,80486的下一代产品。但实际上却只是486的增强版,从各个方面都无法达到Pentium处理器的性能。不过5X86却在低端市场上获得了成功,因为它的价格比Pentium便宜了不少,而且可以兼容原有的486主板。
然而,5X86毕竟是80486和Pentium的过渡产品,面对激烈的竞争市场,AMD和Cyrix两家公司开始不再复制英特尔的产品,将工作重心转移到芯片的原始设计上。1996年,AMD和Cyrix公司先后推出了K5和6X86处理器,它们以低价为武器,并且和Pentium主板完全兼容,引发了新一轮的处理器技术大战。
AMD公司的K5处理器具有5条流水线,它能够将解码和执行功能分开,具有6个功能单元:包括一个分支单元、两个加载/存储单元、一个浮点单元、两个算数逻辑单元。
Cyrix公司的6X86处理器有两条流水线,每条分为7级,与英特尔Pentium的两个5级流水线相比,它采用了多种措施改进流水线,6X86可以将指令结果同时提供给两个流水线以减少延时,它具有更好的分支预测和乱序执行功能。
面对AMD和Cyrix的挑战,英特尔在1995年底推出Pentium Pro[1]。这款处理器集成了550万个晶体管,在多方面进行了改进。在处理方面,Pentium Pro引入了新的指令执行方式,内部核心采用PISC处理器,执行速度更快。Pentium Pro具有3条流水线,每条流水线达到了14级,指令执行速度大大提高。Pentium Pro还采用将256K二级高速缓存封装在芯片内核与处理器同频运行解决了当时主板上的二级缓存只能与总线同步工作的瓶颈。最后,Pentium Pro可以在一个系统里安装4个处理器,以提高性能。正因为如此多的新改进,也造就了这款产品的成本及其高昂,因此它并不适合个人电脑,而是面向高性能服务器和工作站。
不过Pentium Pro存在的时间相当短,因为它只是一颗纯32位处理器,不兼容以前的16位的软件,这个错误和当年摩托罗拉相似。这颗处理器尽管没有在桌面市场上存在太长,但它的设计思路为以后英特尔进军服务器处理器市场奠定了基础。
1997年2月英特尔推出Pentium MMX。它在X86指令集的基础上增加了57条多媒体指令,这些指令专门用来处理视频、音频和图像数据,使处理器在多媒体操作上具有更加强大的优势。 Pentium MMX还具备多项新技术:但指令多数据流SIMD技术[2],它缩短了处理器在处理视频、音频、图形和动画时用于运算的时间。Pentium MMX的流水线从5级增加到了6级,一级缓存增加为16K,一个用于高速缓存,另一个用于指令高速缓存,另外,Pentium MMX还吸收了分支预测技术和返回堆栈技术。Pentium MMX可以在支持MMX的软件上把处理速度提高50%,让人们叹为观止。
1997年5月,英特尔推出了Pentium II处理器。它采用SLOT1架构,通过单边插接卡[1]与主板相连。SEC卡盒将处理器内核与二级高速缓存封装在一起,二级缓存工作的速度达到处理器内核工作速度的一半,处理器则采用了与Pentium Pro相同的动态执行技术,可以加速软件的执行,通过双重独立总线与系统总线相连,可以实现多重数据交换,提高系统性能。Pentium II也包含了MMX指令集。英特尔希望用SLOT1架构的专利将AMD击垮,但是它并没有料到AMD K6-2处理器获得了一个成功(最具特色的3D NOW!技术,后文将详细介绍)。从此英特尔开始频繁的强行制定自己的标准,企图达到迅速挤垮竞争对手的目的,但反而却因市场与用户对AMD、Cyrix 处理器的需要而使自己陷入被动和不利。
第一代Pentium II处理器采用了0.35微米工艺制造,工作外频为66MHz,主频分为233MHz、266MHz和300MHz。1998年,英特尔推出了采用 0.25微米工艺制造的第二代Pentium II,外频提升到了100MHz,主频有350MHz,400MHz和450MHz,同时推出了与之相搭配的主板芯片组i440BX,i440BX的寿命一直到Pentium II退出市场,是一代经典的主板芯片组,它不仅用于桌面平台,还在移动平台上有所建树。
随后,英特尔又推出了针对高端服务器和工作站的Pentium II产品:XEON[2]处理器,这款处理器仍然采用0.25微米工艺制造,主频分为400MHz、450MHz和500MHz,二级缓存有512KB、 1MB和2MB三种规格。它的二级缓存和Pentium Pro类似,可以说就是Pentium Pro的替代品,当然,XEON处理器的价格仍然非常昂贵,也是面向服务器市场。也就是从这个时候开始,英特尔每推出一代新的Pentium处理器,都会面向服务器市场和工作站推出相应的XEON处理器。
Pentium II处理器性能出众,完全占领了高端市场,但却将低端市场让给了竞争对手。为了挽回损失,英特尔推出了Celeron[3]处理器。Celeron处理器是将Pentium II的二级缓存完全取消,这样做节省了研发时间和成本,又避免了和高端市场的Pentium II冲击。早期的Celeron处理器同样采用0.25微米工艺制造,发热量控制出色,超频能力强大,不过没有了二级缓存令它的性能表现令人失望。 1998年8月,当Pentium II 450上市的时候,英特尔宣布推出新Celeron处理器,即Celeron 300A和Celeron 333,这两款处理器吸取了之前的教训,在处理器芯片内部集成了128KB二级缓存,虽然跟Pentium II的512K相比实在太少,但由于它的工作频率与Pentium II相同,极大的改善了处理器的整体性能。之后英特尔又推出了采用Socket 370接口的Celeron 366MHz、400MHz,大大的增强了在低端PC市场的竞争力。Celeron 300A也成为一代经典。
1999年2月,SLOT1架构的Pentium III处理器问世。首批产品的起始主频为450MHz,外频为100MHz,它使用了更加先进的动态分析技术和PSN序列号识别技术,最令人兴奋的是加入了SSE指令,SSE指令对3D及图形方面的帮助十分明显,在运行针对SSE优化过的图形软件时,速度比同主频的Pentium II快了50%。不过与此同时出产的i820芯片上RDRAM昂贵的价格和极低的产能为英特尔埋下祸根,导致Pentium III上市之初遭遇失败。
1999年下半年,英特尔推出了采用Socket 370 FC-PGA封装的Coppermine[1]核心Pentium III处理器,使用了更为先进的0.18微米工艺,前端总线达到133 MHz,性能大大提升,达到AMD K7处理器的水平。
2 稳扎稳打的蜀国:90年代的AMD
AMD方面,1995年它自行研发的X86处理器K5上市,姗姗来迟的它凭借着超低的售价与Pentium抗衡,不过K5与同档次的Pentium处理器相比还是显得不足,其整数运算能力不如Cyrix的6X86,浮点运算能力远远不如Pentium。AMD也发现了K5的性能弱点,后来收购了 NEXGEN公司,并利用该公司的先进技术将处理器成功的从CISC过渡到RISC,这一过渡击败了Cyrix、IBM、IDT、UMC、Rise等对手,使之成为在规格上、性能上能够与英特尔处理器抗衡,1997年4月,AMD推出了在NX686基础上研发的K6处理器,加入了MMX指令集,包含两个 32KB的以及缓存单元,除了浮点运算能力略低于Pentium MMX外,在其它性能上均强于Pentium MMX,十分接近Pentium II,并且在价格上具有绝对优势。
1998年3月,AMD又发布了K6-2处理器,它在K6的基础上新加入了21条指令,能够迅速第对3D图形进行辅助处理,同时,K6-2加入了对MMX 技术的支持,还拥有独家的3D NOW!,并且将3D NOW与MMX之间形成相辅相成的关系,用MMX来加强整数运算能力,用3D NOW!补充浮点运算能力的不足,这两项技术相结合,大大提高了多媒体应用能力,凭借着这一革新,AMD处理器第一次在浮点运算方面赶上英特尔。
1999年,AMD推出了K6-2的升级版K6-3和K6-2+,由于之前K6-2的二级缓存建立在主板上,以处理器主频的一半速度来用作,带来诸多不便,K6-3则将二级缓存封装在处理器内部,并全速运行,配合原有主板上的缓存,构成了三级缓存,尽管这样可以带来性能提升,但却令成本大大增加,良品率降低因此K6-3并不被普通消费者所接受。后来推出的K6-2+则是一款应对Celeron II推出的过渡性产品,同样采用了将二级缓存封装在处理器内部的做法。随后不久,新一代的K7诞生了。
K7处理器于1999年6月正式发布,核心代号为Pluto[1],这一代处理器成就了太多的辉煌。第一代K7处理器采用类似于Pentium II SLOT1接口的SLOT A接口,0.25微米工艺,使用EV6总线,第一次令内存成为处理器发挥性能的瓶颈,K7处理器的起始主频为500MHz,最高主频达到700MHz,它的浮点运算性能大幅度超越Pentium II,令英特尔最后的优势化为乌有,从此,AMD和英特尔展开齐头并进的竞争,AMD开始书写自己的神话。
K7处理器曾经过一次改良,采用了Orion核心,目的是应付英特尔推出的铜矿核心Pentium III,它采用了0.18微米工艺制造,性能方面略胜于铜矿Pentium III,但它的生命力却因英特尔对SLOT1的放弃而大大缩短。
3 虎视眈眈的东吴 90年代的Cyrix
进入90年代,能够和英特尔、AMD展开竞争的对手就只剩下Cyrix了,它的主要市场份额在低端,而且地位曾经一直不能被撼动。Cyrix在1994年推出了6X86,是当时市场上第一个与Pentium竞争的处理器。1997年6月,它又推出了6X86MX,在6X86的基础上加入了对MMX的支持,此后又过渡到0.25微米工艺。而后,Cyrix M2处理器诞生,它具备64KB的一级缓存,增加的57条MMX指令可以提高多媒体软件的运行速度,性能在Pentium MMX和Pentium II之间。
1997年11月,Cyrix被国家半导体收购,之后一段时间它曾选宣称GX系列处理器,GX系列处理器将声卡和显卡全部整合到处理器内部,类似于 “all in one”的功能,用户只需要购买G8系列显示器,再加上主板和内存就可以搭建一套平台。Cyrix宣称GX系列处理器内部集成的显示核心可以和 Voodoo2[1]媲美,这让当时的用户对这款神奇的显示器十分期待。不过这款处理器却多次跳票,并且正式发布后并没有达到宣称的效果,因此并未获得成功。
4 夹缝中的IDT公司
除了三国之外,90年代在处理器市场比较活跃的还有IDT公司。它推出的Winchip C6处理器以价格低廉著称,这种处理器采用单流水线,非超标量设计,由于流水线设计比较优秀,它可以达到Pentium级别处理器的性能。除此以外,Winchip C6处理器的功耗很低,因此得到低价台式机和笔记本电脑的亲睐。1998年5月,IDT公司推出了Winchip2 3D处理器,频率达到250MHz、266MHz和300MHz,拥有32K一级缓存,并且引入了K6-2处理器的3D NOW![2]技术,极大的提高了浮点运算能力,不过这些产品并不能改变它继续担当配角的状况。
5 90年代激烈的争夺——第二次处理器世界大战
经过90年代初期的发展,英特尔、AMD、Cyrix都得到了长足的进步,而英特尔方面也感受到了AMD和Cyrix带来的强大压力。AMD和Cyrix 也具备实力和英特尔争夺利润丰厚的高端市场。但起初的数年中,这几家公司一直处于拉锯战,并没有分出什么优劣,不过当英特尔推出Pentium和 Pentium MMX后,开始获得明显的领先优势。Pentium这个在无奈之中推出的品牌在竞争中起到了决定性的作用,品牌概念开始深入人心,英特尔显然也看到了这一点,放弃了当时的Pentium Pro全面推广Pentium II,迅速转变到SLOT1,希望借此建立霸主地位。
在英特尔的重拳出击下,Cyrix成为了第一个失败者,1997年它被国家半导体以5.5亿美元的价格收购,后来又被威盛(VIA)所并购,我们近两年所看到的威盛C7处理器,应该还有Cyrix的影子。
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