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忆往昔展未来 AMD能否建立不毁防线?

导读: 最近拜AMD“准时”推出Zen 微架构的Ryzen 桌上型处理器,与重返服务器战场的EPYC 产品线所赐,自从因AMD Bulldozer 微架构被Intel Sandy Bridge 打爆、至今一路死气沉沉的x86 处理器市场,终于再度人声鼎沸,热闹滚滚。

最近拜AMD“准时”推出Zen 微架构的Ryzen 桌上型处理器,与重返服务器战场的EPYC 产品线所赐,自从因AMD Bulldozer 微架构被Intel Sandy Bridge 打爆、至今一路死气沉沉的x86 处理器市场,终于再度人声鼎沸,热闹滚滚。

忆往昔展未来 AMD能否建立不毁防线?

但AMD 在x86 处理器的前景真的有值得乐观的理由吗?这就得好好回顾一下过去10 年发生的点点滴滴了。要了解这历史全貌,不需高深的电脑结构知识,更不需要携带水球、大锁和链条进入立法院,只要带着常识正常运转的大脑。

自K8 重大胜利后就青黄不接的AMD x86 微架构

20 多年来,从“产品单价极高,小厂只要有一点点占有率,即可把自己养得很滋润”,演变到今日实质只容得下两间x86 处理器供应商,对AMD 以及历史上诸多消失于市场洪流的x86 处理器厂商来说,要在Intel 的阴影下求生存,追求足以支撑营运的出货量及利润,需要达成的战略目标,依序如下:

·进入品牌电脑大厂的个人电脑供应链。

·进入品牌电脑大厂的商用个人电脑及工作站供应链。

·进入品牌电脑大厂的笔记型电脑供应链。

·进入品牌电脑大厂的商用笔记型电脑供应链。

·进入服务器市场。

·进入云端资料中心业者的机房。

其余应用,如手机、平板、游戏机、机上盒、嵌入式系统等,都是比较次要的事。

简而言之,长期重点还是在服务器与云端资料中心。

AMD 近代超纯量x86 处理器的发展(所以就不包含486 体系的Am5x86),大致可简述如下,技术细节就不谈了。

K5:大师手笔,却听说让Compaq 痴痴等不到

由“x86 指令集毫无道理可寻”留名于世的K5 总工程师Mike Johnson(他同时也是AMD 的Am29000 RISC 处理器总工程师,K5 有部分执行单元是直接“拷贝”自Am29000),其领军操刀的产品一再延宕,江湖传言搞到原本不打算采用Intel Pentium 硬要痴等K5 的Compaq(后来被HP 并购,成为HP x86 服务器与个人电脑的基石)也hold 不住,最后没有得到品牌电脑大厂的青睐,只能打零售街头游击战,仅在Windows 95 引爆个人电脑市场急速成长的美好年代,留下“价格实惠”与“较好超频”的残忆。

K6:购并而来,但打不过枝繁叶茂的Intel P6 家族

AMD K6 并非自家设计,而是透过购并NexGen 而来,为了相容于Intel Pentium 家族脚位,而移除L2 快取记忆体专用汇流排(类似Pentium Pro)的产物。

总之,产品推出时程还是太晚,还是以卵击石地一头撞上Intel P6 微架构的桌上型处理器家族,一直玩想掩盖时脉较低弱点的PR(Performance Rating,意指整数逻辑运算效能相当于同时期Intel 处理器的时脉)话术,套句当年PC Magazine Inside Track 专栏的毒舌评论:PR 只是让自己的产品看起来比较差,而不是比较好。既然竞争力比较差,售价当然不得不“经济实惠”,有没有那么好超频就见仁见智了。

有如二战后期德国和日本的主力战机家族,K6 家族的诸多衍生产品也是一路挨打,不敌Intel 的Pentium III,更遑论遥不可及的x86 服务器市场了,那时正是Intel 创建Xeon 品牌,开始跟着Windows NT 与Linux 体系服务器作业系统,四处攻城掠地、扫荡日暮西山的搭载RISC 处理器Unix 服务器家族的关键时刻,但AMD 却看得到吃不到。

K7:曙光乍现,x86 世界的Alpha 21264

真正让AMD 看到逆转战局曙光的,是曾担任DEC Alpha 21064 / 21264 架构师的Dirk Meyer 领导的K7──“x86 世界的Alpha 21264,还沿用相同的EV6 汇流排”──AMD 历史上首次在微架构复杂性与帐面上的制程技术超越同期Intel 产品,也是AMD 首款原生支援双处理器的微架构(搭配AMD 760MP 芯片组),更让AMD 创下单季营收10 亿美元的纪录。

比较不会有人注意的是,AMD 一反过去在K6 过度投资分支预测,即使指令管线变深,AMD 还是不太愿意在K7 的动态分支预测(以及后继的K8)上投资太多心力,扯远了。

不过,K7 后期也是被Intel NetBurst 微架构的Pentium 4 穷追猛打,因种种技术限制和商业因素,AMD 也未能实现成功进入服务器市场的悲愿。

直到AMD 的雷神之锤K8──也许可视为x86 世界的Alpha 21364(等同于整合记忆体控制器与新型汇流排的Alpha 21264)──直接往Intel 头顶狠狠尻下去为止。

K8:空前大胜,神也写不出来的剧本

综观整个电脑工业历史,论处理器市场的竞争,除了IBM 赌上身家“人类历史上除了太空梭以外投资最大的产品开发案”S/360,与相容IBM 全体RISC 指令集、历史上首款原生双核心处理器Power4,还真的找不到如此成功、刚好兼顾天时地利人和的巨大战略胜利(如果有请告诉我),让AMD 过了好几年爽日子,爽到一直生不出K8 的正统后继者,也就是真正的“K10”原始开发案,兼具深管线、高时脉、同时多执行绪与愿意在动态分支预测大力投资的先进微架构,也就是我们现在看到的Zen,又扯远了。

天时:Intel当时内部正陷于“64位元指令集”内乱,如果真的推出64位元的x86指令集Yamhill,那正统的IA-64(Itanium)该怎么办?这让AMD有了靠64位元x64指令集的回溯相容性,可为了当时容量水涨船高的记忆体容量,提供高性能平面定址的优势,横扫千军万马直取上将首级、夺取服务器市占率。

至于攸关营运成本的电力效率,AMD K8 的Opteron 表现更远胜Intel NetBurst 的Xeon,在高密度服务器如刀锋与砖块看似即将流行的21 世纪前几年,更突显AMD 这方面的优势。

但AMD x86-64 在扩张指令格式上并非良好的设计(如果跟后来Intel AVX 相比,或者有充分理由相信AVX 的VEX 本来就源自Yamhill 原案),这在后面让整个x86 处理器产业都付出了代价。

地利:K8并非砍掉重练的全新微架构,而是以为K7的基础的衍生设计,主要新增64位元指令集(当然,指令管线、执行单元和记忆体管理单元也需要相对应的调整)、让K8可以原生支援8处理器环境的HyperTransport汇流排与整合性记忆体控制器,而对多处理器/多核心平台事关重大的快取记忆体一致性协定,也早在K7时期就导入可大幅减轻频宽负载的MOESI,意谓AMD可以更快完成产品的设计与验证,尽快让Opterton进入市场跟Xeon一决雌雄。

人和:当时微软姿态摆得很明,相较于万丈高楼平地起还要先打地基的IA-64,64位元x86指令集比较便于他们建立软体生态圈,也不愿意同时支援两套不同的64位元x86指令集,这也是逼迫Intel不得不在Prescott加入x86-64(还不是原本Intel自己的Yamhill)最后一根稻草。

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