芯片破壁者(十八):CPU战争三十年

芯片的硝烟,从未散去过

20世纪八十年代初,半导体行业看似稳定,却在酝酿一场前所未有的变化。

当时,政府与军事订单中的大型机依旧是市场主流,日本公司凭借存储器如日中天。芯片的日子似乎一片平静。但在太平洋东岸的硅谷,有一些人却在准备把半导体行业整张桌子掀掉。

如果从最终的市场结果来看,这场行动可以被简单定义为微型计算机兴起,大型计算机衰落。但在PC进入千家万户的巨变最终达成前,各路人马还需要做很多准备。比如微型存储、操作系统、显示设备、软件开发等等。

而在芯片领域,最关键的准备就是微型处理器——也就是今天人尽皆知,每家都有,并且成为国际科技博弈核心的——CPU。

CPU这个如今被认为是芯片产业珠穆朗玛的存在,当然不是一朝建成的。在它的崛起与成型中,有相当多的技术与产业必然性,也充满了商场上兵不厌诈的征伐。回看CPU与家用计算机的历史纷争,对于理解今天的芯片产业规则至关重要。

而这一切,要从IBM筹划进入微型计算机市场说起。

如今IBM已经退出了PC市场,但长期以来人们在谈论PC时,会认为是IBM奠定了它的基本形态与产业规律。与苹果的封闭战略不同,80年代初的IBM破天荒地打算用开放生态与产业合作的方式完成PC生产。而当时硅谷能够提供微型处理器的最佳选择,就是诺伊斯、摩尔、格鲁夫从仙童出走后创立的英特尔。

早在1971年,英特尔就制造了第一款4位处理器4004,随后不断进化,到1978年已经发布了16位处理器8086。1981年,蓝色巨人IBM选择将8086衍生出的8088作为自身产品的处理器,这在后来被称为“英特尔有史以来最伟大的胜利”。

芯片破壁者(十八):CPU战争三十年

当时参与这个选择的所有人可能都不会想到,一个行业标准就此诞生,一场美国反超日本的半导体战争宣告打响,一个PC和互联网支撑的时代随之到来。

英特尔和AMD的CPU,支撑了整个信息化革命,支撑了我们每个人对电脑和网络的认知,改变了人类的工作效率和信息获取方式。

也随着那个选择,英特尔和AMD两家公司开始了30年的征战。

“文泰来”传奇

在2016年,中国科技界曾经热议一个名叫“文泰来”联盟的东西。这名字听上去像一家南方老字号或者一位广东武术家,但其实是两家硅谷老字号——也就是微软的Windows操作系统+英特尔CPU组成的Wintel联盟。

联盟的起因,还是IBM在80年代初准备进军微型机市场。当时苹果已经与摩托罗拉的CPU合作,取得了先发优势。IBM想要后发先至,就必须拿出点出人意料的东西。IBM的选择是利用生态合作的力量,让自身的微型机产业充分开放,各家公司都可以拿出自身擅长的东西加入这个市场,以联盟的方式抢占苹果的市场份额。

芯片破壁者(十八):CPU战争三十年

这个举措之下,两家公司马上开始了表演。首先是坐拥当时微处理器最前沿与核心技术的英特尔,终于在8086时代找到了IBM这个商业化大靠山。并且由于IBM的支持和开放态度,大量软硬件企业都来兼容适配英特尔的架构,这也导致英特尔在此后一举成为行业龙头。

差不多同一时间,IBM选择了微软来为微型机提供操作系统。如果说英特尔的中选有充沛的技术必然性,那么微软的上位在当时还颇有侥幸。IBM原本打算自己开发系统,但被微软方面巧妙说服了。由于开发时间紧迫,微软还购买了另一个操作系统QDOS的使用权来加速开发,最终给IBM带来了Microsoft DOS。这段历史也成为微软发展的最大转折点。

说回到英特尔的CPU。之所以英特尔能不断取得成功,与当时IBM-英特尔-微软合作架构有重要关系。首先IBM的开放策略真的非常开放,只提标准需求,不向下游合作方要求技术捆绑。这导致英特尔的CPU和计算架构变成了行业标准,但IBM却仅仅是一家主机厂商。虽然IBM也进行了一系列自主研发,但在底层技术中的突破始终不太顺利。最终结果是IBM的选择培养起了“文泰来”联盟两大怪兽,但其PC市场却率先衰落了。

芯片破壁者(十八):CPU战争三十年

再一个就是“文泰来”联盟本身的价值。英特尔与微软,一个在硬件一个在软件,看似各自为政,但却从南北两侧卡死了整个PC产业。从最开始同为IBM供应商,到后来两家内部达成了惊人的默契。比如英特尔的CPU更贵,微软就把Windows降价促销搞捆绑销售;微软不断推出更加消耗内存的操作系统与软件,英特尔就把内存加大适配系统。两家的策略就是高度互补,让消费者和PC厂商选择一家的同时也必须选择另一家,最终导致80、90年代PC崛起中出现了“双寡头”格局,一度占据PC市场90%以上的份额。

文泰来联盟的意义是多方面且富有历史争议的,有人说其扼杀了PC市场的竞争,有人说他们联手才把PC推向全世界。但不管怎么说,“文泰来”联盟给PC行业快速打造了一个标准化底座,各个软硬件厂商与开发者得以无障碍进入这一新兴市场。

在英特尔的核心技术与文泰来联盟的商业手腕双加持下,CPU很快成为了芯片产业的核心。而它影响最深远的副产品,就是x86架构。

x86,统治与纷争

美国对中国不断加码科技封锁之后,到底哪个影响最严重?如果这个问题在街头访问,受访者大概率会脱口而出是手机芯片,但如果问科技业内人士,回答很可能是x86。

英特尔获得IBM订单,结成文泰来联盟,给芯片产业内带来的最大影响是英特尔的x86架构开始成为行业默认的标准。

而这件事其实并不完全靠英特尔的推动。事实上,IBM在发放处理器订单时,已经开始提防英特尔会趁机做大,携CPU以自重。于是标准动作是找到第二供应商,于是同样从仙童走出来的AMD就成为了一个很好的选择。

与英特尔是诺伊斯、摩尔这些“八叛逆”核心人物创建不同,AMD的创始人桑德斯是仙童销售部出身。核心技术和产业洞察在当时不是AMD的强项,但灵活的市场手段和获取订单的决心,让AMD的基因里携带着灵活与韧性。

作为IBM-PC的CPU第二供应商,AMD深知与第一供应商英特尔的关系非常微妙。如果真的不断推出竞争产品,只会以弱攻强,并且造成供应商之间的内耗。于是在IBM推动下,AMD也开始兼容英特尔的x86架构,推出了大量作为英特尔追随与候补的产品。

而这个决定,也让英特尔从8086时代开始使用的x86架构不再是英特尔自己的技术,而变成了行业标准。由x86架构确定的CPU使用范畴与升级方法,也不断向后兼容,吸引更多软硬件厂商加入生态,最终成为整个信息时代的底层计算架构。

今天绝大多数的PC、服务器、数据中心、超级计算机都沿用x86架构,支撑着国家与社会的计算。这也是为什么美国一旦发起芯片封锁,x86是最严重的问题之一。

8086发布时,英特尔的广告语是:“开启了一个时代”。事实上大量科技产品都会用类似的表达,非常套路。然而8086虽然很快过去,但其使用的x86架构,却如实开启了一个统治力无比强大的时代。

但是x86的开放性和生态性是一把双刃剑,其好处在于让英特尔立于不败之地,可以一次次碾压妄图发起的挑战;但另一方面x86也容纳了众多公司进入其内部,引发了x86体系内无穷的竞争。围绕CPU这个利益制高点,英特尔和AMD随后展开了x86架构内长达三十年的近身肉搏,这可能也是x86诞生之初万没想到的。

芯片破壁者(十八):CPU战争三十年

英特尔并未能避免竞争,哪怕是在自家的x86架构领域。比如被x86培养起来的AMD,很快就变成了英特尔的“大麻烦”。

祸出386

从某种意义上来说,我们可以把80到90年代初的英特尔和AMD,想象成不情愿被抄作业的学霸,与班主任指明可以抄的第二名。

为了拿下IBM的大订单,英特尔在早期无奈对AMD以及其他CPU厂商公开了技术秘密,但心里显然是不舒服的。这种矛盾在1986年爆发,就是芯片历史上著名的一场官司:386争夺案。

英特尔1985年推出的386,可能是中国人最早了解的一代CPU。它在当时属实强悍的性能,直接把PC带入了32位时代。后来英特尔认为386的推出,是PC行业发展中的革命性转折点。

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这么好的东西一出,AMD等以模仿见长的“友商”当然要选择跟上。但在286时代AMD的份额已经开始让英特尔忧心,386再来一次显然不能忍。于是发布同一年,英特尔断然中止了履行五年的技术合作协议,废止了AMD生产386的权利,独家生产最新的CPU。

这一招“过河拆桥”直接把AMD打懵了,被逼无奈之下只能诉诸法律。随后这在芯片官司众多的80年代里,演变成了激烈程度、复杂程度都远超想象的巨型司法事件。几百名证人、几千件证物的轮番轰炸下,历时三年AMD终于胜诉。但英特尔也开始了芯片官司败诉方的传统艺能——拖下去。

又足足拖了五年,直到1994年英特尔才把AMD的386生产许可还回去。但此时的386已经成为了一种古董。

经此一役,英特尔成功摆脱了自IBM订单时代就贴身上来的竞争者,成功在产业升级中一马当先。但英特尔可能没想到,AMD的反击才刚刚开始。

AMD的反扑时代

在长达八年官司中吃尽了苦头,直接损失数千万美金,市场损失难以估量的AMD,最终认清了这样一个道理:亦步亦趋的模仿没有出路,随时被人釜底抽薪。只有自主设计研发才有未来可言——这个道理今天国人应该也已经明白了。

1995年,AMD发布了K5处理器,与英特尔的Pentium展开直接竞争,这是AMD的第一款自主设计CPU;第二年,AMD收购了另一家CPU制造商NexGen,极大提升了研发能力,并且获得了一系列新的x86兼容协议,以此开启了与英特尔的进一步竞争。同时,AMD还不断在美国本土与欧洲布局大型晶圆厂,从研发到制造全线加码。

1997年,被认为是英特尔与AMD常年竞争的一个分水岭。这一年,英特尔突然宣布放弃自身打造已经相对成熟的Super7架构,推出Slot1架构以进军100MHz外频的全新市场。

英特尔的这一举措非常激进,形如放弃了经营成熟的土地,另找地方拓荒。归根结底,英特尔已经厌倦了自己开拓新架构,然后AMD等公司亦步亦趋跟上来的局面,打算以新架构一举铲除隐患。

芯片破壁者(十八):CPU战争三十年

但是新架构本身可能才是隐患。

芯片产业就是如此,往往一步走错满盘皆输。英特尔的体量当然不至于溃败,但一个冒进的选择,马上就被竞争对手抓住了机会。看到英特尔放弃Super7架构,AMD的判断是不去跟随,继续深耕Super7,继而发布了广受好评的K6芯片,实现了与英特尔主力产品正面竞争不落下风。

一个关键节点的变化之后就是一通连环操作。1998年,AMD宣布与摩托罗拉合作开发全新的半导体制造技术,为此后的工艺升级做出了准备。1999年,AMD发布了K7 芯片,率先跨过了1GHz的大关,实现了性能上超越英特尔。

从几年前还在打能不能兼容对方架构的官司,到一举成为行业领先,AMD的反扑印证了半导体格局往往看似严密,但变化也就发生在瞬息之间。

进入21世纪,英特尔自身的麻烦不断,新产品也陷入了与AMD的拉锯战中。双方在2004年还上演过“真假双核”的世纪难题。而另一个关键变局,是2003年AMD发布了K8芯片,这是CPU历史上首次实现了64位处理器运行,标志着AMD在与英特尔的30年战争中完成了历史意义的领先。

芯片破壁者(十八):CPU战争三十年

在今天,AMD和英特尔的CPU哪个更好,已经变成了甜粽子咸粽子一样的难题。起因或许就是K8的划时代意义,让AMD不再被视为模仿者和追赶者。

但是AMD并没有在CPU的宝座上稳坐多久,因为另一场战役开始了。

钟摆战役

不久之前,美国封杀抖音的海外版TikTok引发了科技界的热议。而在十几年之前,这个类似钟表“滴答”声的词已经在科技圈广为传颂,那就是英特尔在2006年对AMD开启的Tick-Tock反击战。

进入21世纪,多核CPU成为了英特尔与AMD竞争的核心。围绕如何实现多核并联,AMD和英特尔选择了不同的软硬件路线,这导致双方旗舰产品往往会展现出相当程度的差异化。而以核心技术起家的英特尔,在多线程的差异化竞争上展现出了更强的控制力。

2006年,英特尔推出了著名的酷睿2处理器,实现了40%的效能增长,并且极大降低功耗。这一技术实力的突破,让AMD在性能上的优势荡然无存,甚至出现了酷睿2上市,AMD的X2一夜暴降的“惨剧”。

芯片破壁者(十八):CPU战争三十年

更令人惊叹的是,酷睿2仅仅是英特尔“钟摆计划”的开始。根据这个计划,英特尔将每两年一次定时完成性能、功耗与工艺上的进步。这样消费者、硬件厂商与供应链可以准确预判英特尔的产品走向,从而极大提升整个产业链的效率。

在芯片产业,精准的迭代升级可以被理解为带着枷锁跳舞,这让英特尔的对手不得不跟随,也都走向了快速升级的道路。然而自身研发与制造能力可能无法适应这种高速运转,于是又纷纷在疲于奔命中走上了不归路。

时至如今,“钟摆模式”依旧是芯片产业内饱受争议的现状。一方面它让芯片产业高速升级,疯狂运转;同时为了维持这种高速,产业界无暇喘息,艰难应付。很多体量与综合实力不足,但具有特色的半导体公司被淘汰,全球产业链分工进一步碎片化和流程化,芯片变成了一个不能有短板的残酷竞争。

回到CPU之战,钟摆战役成功把AMD逼退回第二位置,让英特尔的市场占有率遥遥领先。但失去了充分竞争的CPU战场,就与饱和了的PC市场一样,走进了另一种意义上的黄昏。

莫测的未来

进入2010年之后,智能移动终端开始崛起。英特尔的判断失误和布局问题,导致其错失了这个时代变迁。ARM架构的崛起让x86无法延伸到移动端,高通、苹果、华为最终走到了4G时代的移动芯片三强。

与此同时,CPU市场营收伴随PC的饱和而滑落,数据中心和物联网成为新的变数。在这个阶段,微软正在越来越多拥抱云与AI,与英特尔的“文泰来”联盟出现了种种割裂的迹象。而AMD与英特尔的竞争,也开始不被业界重视——可能让两家体量极大公司数十年战争最终和解的方式,就是争夺的利益最终变成了寂寞。

但是另一方面来看,变革的声音正在加剧,但英特尔的核心技术优势依旧岿然不动,以至于变成了一种底层资源,一种计算的规则。

这里面很大原因在于,英特尔和AMD你来我往数十年的产业纷争,带动了各行业容纳到x86的产业体系里。竞争愈发激烈,x86的可用性就越强,活力就越充足。规则逐渐清晰,生态涓滴而聚。用一代人的时间凝聚下的产业份额、技术优势和生态规则,不可能在朝夕间被推翻。

CPU之战的另一面,是在双方的各自胜负里,外界看到了大量芯片战场上的“兵法”。比如如何寄居于开放生态完成从弱到强,如何最大化将技术势力变成商业武器。

芯片破壁者(十八):CPU战争三十年

不下牌桌,等待机会,突破技术上限,拥抱产业变化,可能是赢得一场芯片之战的四个核心要素。在今天,PC、手机、服务器、物联网市场开始面临一系列全新变局,AI带来了智能化的计算任务变革。芯片产业竞争逐渐出现产业多变化、国家干涉等复杂局面,摩尔定律的物理极限逐渐清晰。风云变幻,似乎一触即发。

图灵奖得主大卫·帕特森与约翰·汉尼斯认为,接下来将是计算架构更新的黄金十年。

芯片的硝烟,从未散去过。

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