憶往昔展未來 AMD能否建立不毀防線？

　　最近拜AMD“準(zhǔn)時(shí)”推出Zen 微架構(gòu)的Ryzen 桌上型處理器，與重返服務(wù)器戰(zhàn)場的EPYC 產(chǎn)品線所賜，自從因AMD Bulldozer 微架構(gòu)被Intel Sandy Bridge 打爆、至今一路死氣沉沉的x86 處理器市場，終于再度人聲鼎沸，熱鬧滾滾。

　　但AMD 在x86 處理器的前景真的有值得樂觀的理由嗎?這就得好好回顧一下過去10 年發(fā)生的點(diǎn)點(diǎn)滴滴了。要了解這歷史全貌，不需高深的電腦結(jié)構(gòu)知識(shí)，更不需要攜帶水球、大鎖和鏈條進(jìn)入立法院，只要帶著常識(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的大腦。

　　自K8 重大勝利后就青黃不接的AMD x86 微架構(gòu)

　　20 多年來，從“產(chǎn)品單價(jià)極高，小廠只要有一點(diǎn)點(diǎn)占有率，即可把自己養(yǎng)得很滋潤”，演變到今日實(shí)質(zhì)只容得下兩間x86 處理器供應(yīng)商，對(duì)AMD 以及歷史上諸多消失于市場洪流的x86 處理器廠商來說，要在Intel 的陰影下求生存，追求足以支撐營運(yùn)的出貨量及利潤，需要達(dá)成的戰(zhàn)略目標(biāo)，依序如下：

　　·進(jìn)入品牌電腦大廠的個(gè)人電腦供應(yīng)鏈。

　　·進(jìn)入品牌電腦大廠的商用個(gè)人電腦及工作站供應(yīng)鏈。

　　·進(jìn)入品牌電腦大廠的筆記型電腦供應(yīng)鏈。

　　·進(jìn)入品牌電腦大廠的商用筆記型電腦供應(yīng)鏈。

　　·進(jìn)入服務(wù)器市場。

　　·進(jìn)入云端資料中心業(yè)者的機(jī)房。

　　其余應(yīng)用，如手機(jī)、平板、游戲機(jī)、機(jī)上盒、嵌入式系統(tǒng)等，都是比較次要的事。

　　簡而言之，長期重點(diǎn)還是在服務(wù)器與云端資料中心。

　　AMD 近代超純量x86 處理器的發(fā)展(所以就不包含486 體系的Am5x86)，大致可簡述如下，技術(shù)細(xì)節(jié)就不談了。

　　K5：大師手筆，卻聽說讓Compaq 癡癡等不到

　　由“x86 指令集毫無道理可尋”留名于世的K5 總工程師Mike Johnson(他同時(shí)也是AMD 的Am29000 RISC 處理器總工程師，K5 有部分執(zhí)行單元是直接“拷貝”自Am29000)，其領(lǐng)軍操刀的產(chǎn)品一再延宕，江湖傳言搞到原本不打算采用Intel Pentium 硬要癡等K5 的Compaq(后來被HP 并購，成為HP x86 服務(wù)器與個(gè)人電腦的基石)也hold 不住，最后沒有得到品牌電腦大廠的青睞，只能打零售街頭游擊戰(zhàn)，僅在Windows 95 引爆個(gè)人電腦市場急速成長的美好年代，留下“價(jià)格實(shí)惠”與“較好超頻”的殘憶。

　　K6：購并而來，但打不過枝繁葉茂的Intel P6 家族

　　AMD K6 并非自家設(shè)計(jì)，而是透過購并NexGen 而來，為了相容于Intel Pentium 家族腳位，而移除L2 快取記憶體專用匯流排(類似Pentium Pro)的產(chǎn)物。

　　總之，產(chǎn)品推出時(shí)程還是太晚，還是以卵擊石地一頭撞上Intel P6 微架構(gòu)的桌上型處理器家族，一直玩想掩蓋時(shí)脈較低弱點(diǎn)的PR(Performance Rating，意指整數(shù)邏輯運(yùn)算效能相當(dāng)于同時(shí)期Intel 處理器的時(shí)脈)話術(shù)，套句當(dāng)年P(guān)C Magazine Inside Track 專欄的毒舌評(píng)論：PR 只是讓自己的產(chǎn)品看起來比較差，而不是比較好。既然競爭力比較差，售價(jià)當(dāng)然不得不“經(jīng)濟(jì)實(shí)惠”，有沒有那么好超頻就見仁見智了。

　　有如二戰(zhàn)后期德國和日本的主力戰(zhàn)機(jī)家族，K6 家族的諸多衍生產(chǎn)品也是一路挨打，不敵Intel 的Pentium III，更遑論遙不可及的x86 服務(wù)器市場了，那時(shí)正是Intel 創(chuàng)建Xeon 品牌，開始跟著Windows NT 與Linux 體系服務(wù)器作業(yè)系統(tǒng)，四處攻城掠地、掃蕩日暮西山的搭載RISC 處理器Unix 服務(wù)器家族的關(guān)鍵時(shí)刻，但AMD 卻看得到吃不到。

　　K7：曙光乍現(xiàn)，x86 世界的Alpha 21264

　　真正讓AMD 看到逆轉(zhuǎn)戰(zhàn)局曙光的，是曾擔(dān)任DEC Alpha 21064 / 21264 架構(gòu)師的Dirk Meyer 領(lǐng)導(dǎo)的K7──“x86 世界的Alpha 21264，還沿用相同的EV6 匯流排”──AMD 歷史上首次在微架構(gòu)復(fù)雜性與帳面上的制程技術(shù)超越同期Intel 產(chǎn)品，也是AMD 首款原生支援雙處理器的微架構(gòu)(搭配AMD 760MP 芯片組)，更讓AMD 創(chuàng)下單季營收10 億美元的紀(jì)錄。

　　比較不會(huì)有人注意的是，AMD 一反過去在K6 過度投資分支預(yù)測，即使指令管線變深，AMD 還是不太愿意在K7 的動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(以及后繼的K8)上投資太多心力，扯遠(yuǎn)了。

　　不過，K7 后期也是被Intel NetBurst 微架構(gòu)的Pentium 4 窮追猛打，因種種技術(shù)限制和商業(yè)因素，AMD 也未能實(shí)現(xiàn)成功進(jìn)入服務(wù)器市場的悲愿。

　　直到AMD 的雷神之錘K8──也許可視為x86 世界的Alpha 21364(等同于整合記憶體控制器與新型匯流排的Alpha 21264)──直接往Intel 頭頂狠狠尻下去為止。

　　K8：空前大勝，神也寫不出來的劇本

　　綜觀整個(gè)電腦工業(yè)歷史，論處理器市場的競爭，除了IBM 賭上身家“人類歷史上除了太空梭以外投資最大的產(chǎn)品開發(fā)案”S/360，與相容IBM 全體RISC 指令集、歷史上首款原生雙核心處理器Power4，還真的找不到如此成功、剛好兼顧天時(shí)地利人和的巨大戰(zhàn)略勝利(如果有請(qǐng)告訴我)，讓AMD 過了好幾年爽日子，爽到一直生不出K8 的正統(tǒng)后繼者，也就是真正的“K10”原始開發(fā)案，兼具深管線、高時(shí)脈、同時(shí)多執(zhí)行緒與愿意在動(dòng)態(tài)分支預(yù)測大力投資的先進(jìn)微架構(gòu)，也就是我們現(xiàn)在看到的Zen，又扯遠(yuǎn)了。

　　天時(shí)：Intel當(dāng)時(shí)內(nèi)部正陷于“64位元指令集”內(nèi)亂，如果真的推出64位元的x86指令集Yamhill，那正統(tǒng)的IA-64(Itanium)該怎么辦?這讓AMD有了靠64位元x64指令集的回溯相容性，可為了當(dāng)時(shí)容量水漲船高的記憶體容量，提供高性能平面定址的優(yōu)勢，橫掃千軍萬馬直取上將首級(jí)、奪取服務(wù)器市占率。

　　至于攸關(guān)營運(yùn)成本的電力效率，AMD K8 的Opteron 表現(xiàn)更遠(yuǎn)勝Intel NetBurst 的Xeon，在高密度服務(wù)器如刀鋒與磚塊看似即將流行的21 世紀(jì)前幾年，更突顯AMD 這方面的優(yōu)勢。

　　但AMD x86-64 在擴(kuò)張指令格式上并非良好的設(shè)計(jì)(如果跟后來Intel AVX 相比，或者有充分理由相信AVX 的VEX 本來就源自Yamhill 原案)，這在后面讓整個(gè)x86 處理器產(chǎn)業(yè)都付出了代價(jià)。

　　地利：K8并非砍掉重練的全新微架構(gòu)，而是以為K7的基礎(chǔ)的衍生設(shè)計(jì)，主要新增64位元指令集(當(dāng)然，指令管線、執(zhí)行單元和記憶體管理單元也需要相對(duì)應(yīng)的調(diào)整)、讓K8可以原生支援8處理器環(huán)境的HyperTransport匯流排與整合性記憶體控制器，而對(duì)多處理器/多核心平臺(tái)事關(guān)重大的快取記憶體一致性協(xié)定，也早在K7時(shí)期就導(dǎo)入可大幅減輕頻寬負(fù)載的MOESI，意謂AMD可以更快完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，盡快讓Opterton進(jìn)入市場跟Xeon一決雌雄。

　　人和：當(dāng)時(shí)微軟姿態(tài)擺得很明，相較于萬丈高樓平地起還要先打地基的IA-64，64位元x86指令集比較便于他們建立軟體生態(tài)圈，也不愿意同時(shí)支援兩套不同的64位元x86指令集，這也是逼迫Intel不得不在Prescott加入x86-64(還不是原本Intel自己的Yamhill)最后一根稻草。