一代CPU王者的發(fā)展簡史：從技壓英特爾的x86-64位技術(shù)到全新的 Ryzen 架構(gòu)

　　今年，眾所期待的 AMD Ryzen CPU 終于上市了。從 2012 年開始研發(fā)，背負著帶領(lǐng) AMD 重返榮耀的 CPU，一上市便造成轟動。極高的性價比以及低功耗，為筆電以及桌機的 CPU 市場，注入了活水。

　　64 位處理器的興起

　　在 32 位 CPU 中，如果單純以 CPU 做存儲器定址時，4GiB 為其極限。多余的空間，則需額外的軟硬件支持。在早期的超級電腦中，這一類的需求可以靠錢解決。然而，隨著存儲器技術(shù)的發(fā)展，在一般商業(yè)甚至是一般消費性市場中，4G 以上的存儲器將越來越常見。如果有一款 CPU 可以直接定址大量的存儲器，將帶來相當大的優(yōu)勢。

　　因此，從 90 年代起，眾多的 CPU 制造商開始研發(fā)制造 64 位的 CPU。其中，PC 市場的領(lǐng)頭羊，Intel 便從 1994 年開始，和 HP 共同發(fā)展新的 64 位指令集架構(gòu)以及 CPU，以因應(yīng)接下來的 CPU 市場競爭。然而，Intel 所提出的 64 位 CPU，其指令集架構(gòu)和舊有的 x86 截然不同，將導(dǎo)致原有的程序會無法在新的 Intel CPU 上執(zhí)行。

　　1999 年時，AMD 則發(fā)布和 Intel 截然不同的方法。AMD 決定將既有的 x86 指令集架構(gòu)，擴增成 64 位的指令集。采用這個方法意味著原有的程序，將得以執(zhí)行在新的 AMD 64 位的 CPU 上，大大減低后續(xù)重新編寫程序的需求。指令集架構(gòu)的差異，替 AMD 立下勝利的基石。

　　64 位指令集架構(gòu)之戰(zhàn)，AMD 大獲全勝

　　在 2001 年，Intel 終于發(fā)布其第一款的 64 位 CPU──Itanium。然而，這一款 CPU 在市場的接受度卻沒有如同其所預(yù)期般，迅速的被采用。最主要的原因，莫過于軟件的數(shù)量不足、以及和其他 64 位處理器相比的弱勢效能。

　　其中，軟件數(shù)量不足的關(guān)鍵，就在于指令集架構(gòu)的差異。在高速計算里面，為了讓程序得以執(zhí)行的更快，大多數(shù)的工程師會修改或直接編寫組合語言，以期讓程序能更符合硬件的執(zhí)行模式。如果更換不同的指令集架構(gòu)，將需要耗費大量的時間修改組合語言，甚至重新開發(fā)整個程序。

　　此外，沒有明顯優(yōu)勢的 CPU 效能，也讓開發(fā)商不愿投入更多的資源在 Intel 的 Itanium 上。因此，Intel 只能加速下一款 CPU 的開發(fā)，以期待能滿足市場的需求。

　　2003 年，震撼市場的消息發(fā)出。AMD 發(fā)布了第一款 x86-64 的 CPU──Opteron 以及 Athlon 64。光是讓既有的 32 位 CPU 運行于其上，就已經(jīng)為 AMD 添增光彩。更不用說新的 CPU 所采用的硬件架構(gòu) K8 是何等的強悍。

　　扭轉(zhuǎn)頹勢，Intel 版 x86-64 現(xiàn)身

為了避免商用以及高速科學計算領(lǐng)域的市占率下滑，Intel 于 2004 年時緊急推出新的 Xeon CPU。此外，在桌機市場，Athlon 64 的優(yōu)秀效能，讓 Intel 不得不以既有的 Pentium 4 為基礎(chǔ)將指令集架構(gòu)擴展至 64 位。

　　然而，即使 Intel 推出新了的 CPU，其 CPU 硬件架構(gòu)效能提升卻不足，導(dǎo)致新的 CPU 效能稍微落后采用 K8 架構(gòu)的 Opteron 以及 Athlon 64。K8 架構(gòu)成了傳說，為 AMD 帶來榮耀。同時，其主要硬件架構(gòu)師 Jim Keller 也逐漸為人所知。

　　邁向多核心之路，黃金交叉將出現(xiàn)?

　　在 2005 年 5 月時，AMD 以及 Intel 皆發(fā)布了消費者市場的雙核心 CPU，分別為 AMD Athlon 64 X2 以及 Intel Pentium D。第一款消費市場的雙核心 CPU，揭開了嶄新的時代序幕。多的核心便意味著作業(yè)系統(tǒng)中的多執(zhí)行緒，可以同時運行在一顆 CPU 中，大幅降低執(zhí)行緒所需等待的時間。

　　比較這兩款 x86-64 雙核心 CPU 的效能時，這一次，AMD 持續(xù)維持著其領(lǐng)先的姿態(tài)，Athlon 64 X2 的效能大幅超越 Pentium D。AMD CPU 的市占率一舉攀升，就在黃金交叉將要出現(xiàn)之時。Intel 展開逆襲，2006 年 8 月，Intel 推出了下一代的 CPU──Core 2 系列。

　　▲ 由 CPU Benchmarks 所統(tǒng)計的資料，該資料是統(tǒng)計全球使用該款 benchmarks 的 CPU 廠牌。雖然不是實際的 CPU 出貨量，但是足以當做參考。(Source：CPU Benchmarks)

　　新系列的 Intel CPU，斷開和 Pentium 4 的關(guān)聯(lián)，以 Pentium III 的 CPU 硬件架構(gòu)為基礎(chǔ)重新設(shè)計，并采用 AMD 所發(fā)展的 64 位指令集架構(gòu)。這一次，Intel 以過往成功的產(chǎn)品為基礎(chǔ)并重新設(shè)計，以 Core 為名重新出發(fā)。這一次，Intel 結(jié)束產(chǎn)品線的混亂以及產(chǎn)品效能低落的數(shù)年。