硬科技：20世紀(jì)末的x86神風(fēng)特攻隊(duì)Cyrix(上)

by 癡漢水球

2020.05.26 04:55PM

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在1990年代末期，特別是1999年6月23日，AMD的K7成為x86歷史上，首次足以和Intel正面對(duì)抗效能的微架構(gòu)，隨即爆發(fā)的1GHz時(shí)脈爭奪戰(zhàn)，又以AMD的勝利作收，加上AMD再以64位元x86指令集和K8，一度奪取好幾年的戰(zhàn)略主導(dǎo)權(quán)，奠定了Intel和AMD幾乎共同壟斷x86處理器市場(chǎng)的局面。

無獨(dú)有偶的，那時(shí)也差不多確立繪圖晶片市場(chǎng)將由NVIDIA與ATi一同主導(dǎo)的格局。

在這之前，特別是AMD是到了1995年，才宣佈放棄其自家RISC處理器29000系列的發(fā)展，並以8億5000萬美元併購NexGen取得Nex686設(shè)計(jì)(後來的K6)，確定集中資源在x86處理器市場(chǎng)，也才有後來的老二地位。

• 神風(fēng)特攻隊(duì)駕駛員：Cyrix

• 公司成立時(shí)間：1988年

• 公司消失時(shí)間：1997年(被國家半導(dǎo)體併購)

• 員工人數(shù)：300人

• 最具象徵性產(chǎn)品：6x86(M1)

• 由盛而衰的轉(zhuǎn)折：6x86MX(M2)

• 未能實(shí)現(xiàn)之遺憾：7x86(M3 “Jalapeno”)

值得一提的是，AMD K5的浮點(diǎn)運(yùn)算器，大多數(shù)還是沿用Am29050的設(shè)計(jì)(最大差別是將精度延伸到80x87的80位元)。此外，AMD曾經(jīng)擁有過非常成功的快閃記憶體事業(yè)，也是為了專注於x86處理器，在2003年將其切割出去，與Fujitsu合資組成Spansion。

換言之，從1982年AMD跟Intel簽署合約，成為IBM第二個(gè)8086和8088處理器的第二供貨來源，到1999年一鎚定音的K7，這段期間，AMD只是在歷史上有如過江之鯽的「Intel腳位相容處理器」小廠中的其中一家。

1995年問世的Windows 95作業(yè)系統(tǒng)，引爆了前所未見的個(gè)人電腦市場(chǎng)爆發(fā)性成長，其激增的效能需求，也吸引了眾多的有志之士，企圖從Intel的身上，啃到一小塊利潤豐厚的肥肉。

從1995年到2000年，按照登上歷史舞臺(tái)的時(shí)間，除了AMD，依序是AMD K6起源的NexGen(Nx586/587、Nx686)、設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)僅30人的Cyrix(6x86、6x86MX、M-II)、追求「簡單、迅速、便宜」臺(tái)式風(fēng)格的Centaur(WinChip系列)、背後充滿臺(tái)灣資金的Rise(mP6)、曾聘用Linus Torvalds開發(fā)軟體相容x86指令集手段的Transmeta(Crusoe)，以及源自於前蘇聯(lián)超級(jí)電腦的Elbrus(E2K)，可謂x86處理器的戰(zhàn)國時(shí)代。

但這些廠商之中，唯一能在效能競爭與零售市場(chǎng)對(duì)Intel與AMD造成實(shí)質(zhì)威脅者，說到底也只有Cyrix這家。

1988年成立於美國德州的Cyrix，以80387相容浮點(diǎn)輔助運(yùn)算處理器起家，1989年上市的FasMath 83D87比Intel自家產(chǎn)品來快上50%，也在1991年推出80287腳位版本的FasMath 83S87。從1992年到1995年，Cyrix進(jìn)一步提供「386腳位上的486」和「486腳位上的586」，在舊世代的Intel平臺(tái)，提供接近新世代產(chǎn)品的運(yùn)算效能。

相信不少有點(diǎn)年紀(jì)的科科，或多或少記得，在Pentium和高階486還貴的要死的年代，預(yù)算極度有限的窮學(xué)生，購入Cyrix 5x86(或AMD Am5x86)升級(jí)486電腦的場(chǎng)景，只為了跑得動(dòng)Windows 95(雖然還是很慢)。Pentium的價(jià)格到可以讓學(xué)生勉強(qiáng)接受，也是1996年寒假以後的事情了。

不過在1996年2月5日，原先預(yù)計(jì)1995年第三季就該登場(chǎng)，因?yàn)檠渝匆丫?，被Intel Pentium Pro(1995年11月1日)後發(fā)先至，而痛失「x86處理器世上首款非循序指令執(zhí)行能力」頭銜的6x86(代號(hào)M1)，卻成為「整數(shù)優(yōu)異，浮點(diǎn)兩光，更熱更燙」的Pentium替代方案，也帶來了讓人摸不著頭緒的PR值(P-Rating)效能基準(zhǔn)。

至於延期更久的AMD K5，則是3月27日才現(xiàn)身於市場(chǎng)，而且還是動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)功能被閹割的瑕疵品(SSA/5)。在當(dāng)時(shí)，根本難以像像AMD日後會(huì)成為Intel最強(qiáng)競爭者的那天。

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硬科技： 20世紀(jì)末的x86神風(fēng)特攻隊(duì)Cyrix(中)

by 癡漢水球

2020.05.27 06:00PM

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先不論真實(shí)性，Cyrix 6x86號(hào)稱「可在第五代的平臺(tái)，提供第六代的效能」，究竟是怎麼做到的？不外乎「相較於殘廢的Pentium，6x86具備2條功能完整的指令管線」和「非循序指令執(zhí)行能力」。

當(dāng)然，貨真價(jià)實(shí)的第六世代產(chǎn)品Intel Pentium Pro，除了動(dòng)用節(jié)區(qū)記憶體定址的16位元程式碼效率不彰，依舊牢牢掌握著各方面的優(yōu)勢(shì)。

6x86的弱點(diǎn)也很明顯：較落伍的製程，封印了其利於提昇時(shí)脈的深度管線；因缺乏Intel的技術(shù)授權(quán)，指令集相容性僅有486的水準(zhǔn)，Pentium的新增指令(如知名的CPUID和RDTSC)均無緣躬逢其盛，也造成軟體相容性問題；並未整合先進(jìn)可程式化中斷控制器，導(dǎo)致難以支援多處理器組態(tài)；落後的指令資料共用式第一階快取記憶體，成為潛在的效能瓶頸；以及最重要的，缺乏管線化的浮點(diǎn)運(yùn)算器，使其浮點(diǎn)效能不彰，限制即將蓬勃發(fā)展的3D遊戲應(yīng)用。

Cyrix在1997年5月30日的6x86MX(PR166-PR266，133MHz-233MHz)和1998年4月14日的M-II(PR300-PR433，225MHz-300MHz)，設(shè)法修正前代產(chǎn)品的缺陷，像4倍容量的第一階快取記憶體、支援MMX指令集、自行擴(kuò)充EMMI指令集、改進(jìn)x86指令集相容、強(qiáng)化動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)與記憶體位址轉(zhuǎn)換效率等，但浮點(diǎn)運(yùn)算不佳的宿疾，依舊存在。

講的更白一點(diǎn)，唯一有立竿見影之效的，只有拉高外頻(75MHz、83MHz、95MHz、100MHz)這檔事。

更糟的是，Intel在1997年5月7日發(fā)表Pentium II，讓尚無敵手的P6核心搶灘桌機(jī)市場(chǎng)(諸多科科應(yīng)該記得那些「Slot 1大彈夾」)，同年4月2日，AMD K6也登場(chǎng)了。

由AMD、Cyrix、以及曾代工6x86的IBM與SGS-Thomson等4家廠商，加上發(fā)行微處理器報(bào)導(dǎo)的Micro Design Resource所驗(yàn)證的PR值(Performance Rating)，更是變相承認(rèn)「我的產(chǎn)品時(shí)脈跟不上Intel，只能透過這種讓自己產(chǎn)品看起來一樣好的技倆，讓自己的產(chǎn)品可以標(biāo)上比較高的價(jià)格」，而讓「自己的產(chǎn)品在消費(fèi)者眼中，其實(shí)怎麼看都比Intel差」。

同樣引進(jìn)PR值的AMD，卻又是另一個(gè)截然不同的故事。的確AMD曾在K5/K6搞笑過，但因?yàn)獒醽淼腁MD K7和K8都是整數(shù)浮點(diǎn)兼?zhèn)涞母咝芗軜?gòu)，對(duì)於同期Intel的產(chǎn)品的確擁有「下剋上」的實(shí)力，讓PR值「看起來比較像真的」。

種種因素，使得6x86難以標(biāo)上比同等級(jí)Pentium更高的價(jià)格，也難以得到品牌電腦大廠的青睞，只能困在零售市場(chǎng)打游擊戰(zhàn)(反觀Compaq還曾經(jīng)癡癡的等待AMD K5，甚至不惜延宕採用Pentium的產(chǎn)品)。當(dāng)Intel的眼光盯上低價(jià)零售市場(chǎng)的商機(jī)，就意謂Cyrix的死期已經(jīng)不遠(yuǎn)。

1999年6月30日，國家半導(dǎo)體之所以宣佈出售Cyrix給VIA，導(dǎo)火線無非Intel在1998年底發(fā)動(dòng)的高時(shí)脈Celeron大攻勢(shì)(AMD K6-2亦共襄盛舉，反正K7也快上市了，索性降價(jià)搶市場(chǎng))，一口氣把Cyrix在美國零售通路的佔(zhàn)有率，從22%一口氣打到不到5%。至於稍晚同樣被VIA從IDT收購的Centaur，搞不好1年的WinChip銷售量，還不如Cyrix最低潮的一季。

值得一提的是，那時(shí)美國「1000美元以下低價(jià)電腦市場(chǎng)」，AMD K6-2的佔(zhàn)有率高達(dá)五成，超過Intel，不難想像Cyrix被夾殺的程度。今日各位科科耳孰能詳?shù)摹竫86雙雄」共同壟斷市場(chǎng)的局面，就是在這時(shí)確立的。

硬科技：20世紀(jì)末的x86神風(fēng)特攻隊(duì)Centaur WinChip (下)

by 癡漢水球

2020.08.20 03:00PM

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在21世紀(jì)初期，VIA的x86處理器有個(gè)知名的「亮點(diǎn)」：浮點(diǎn)運(yùn)算器的時(shí)脈只有主頻的一半。其實(shí)這並非「為了提昇產(chǎn)品良率(畢竟Centaur體系浮點(diǎn)運(yùn)算器的規(guī)格也沒比別人家暴力)」，而是創(chuàng)辦人Glenn Henry的名言「謀略優(yōu)於電晶體("Tricks are better than transistors.")」的必然後果。

Centaur在1998年底公開WinChip 4(C4)技術(shù)細(xì)節(jié)時(shí)，宣稱他們希望可以激增處理器時(shí)脈到超過500MHz的水準(zhǔn)(那時(shí)AMD剛展示500MHz的K7樣品)，也為此激增指令管線深度到11階。但問題來了，堅(jiān)持「簡單、迅速、便宜」的Centaur並不願(yuàn)意重新設(shè)計(jì)深度管線的全新浮點(diǎn)運(yùn)算器，使其跟的上倍增的目標(biāo)時(shí)脈，那該怎麼辦？

Centaur索性採取便宜行事的「鋸箭大法」，一切成本至上，WinChip 4原封不動(dòng)的沿用WinChip 3的浮點(diǎn)運(yùn)算器，但時(shí)脈只跑主頻一半，一切皆大歡喜，接著就是好幾年來，VIA x86處理器的浮點(diǎn)效能就被Intel AMD按著頭在地上反覆摩擦，到了後期VIA C3(C5XL)才有點(diǎn)起色。真的是好偉大的「謀略」，厲害到讓人想科科笑都笑不出來了。

VIA在1999年先後併購Cyrix和Centaur，前者延宕已久的Cyrix Cayenne核心，歷經(jīng)兩次改名，成為Socket 370腳位、代號(hào)「Joshua(約書亞)」的VIA Cyrix III處理器，總算在2000年2月22日成為市場(chǎng)上的真實(shí)產(chǎn)品。

嚴(yán)格說來，Cayenne是Cyrix M2微架構(gòu)的完全體，擁有管線化的浮點(diǎn)運(yùn)算與MMX執(zhí)行單元，也支援Cyrix獨(dú)創(chuàng)的MMX-FP指令集，足以和同時(shí)脈Intel Pentium II一較長短，但因?yàn)檎娴耐涎犹昧?，?dāng)堂堂登場(chǎng)時(shí)，早已落後設(shè)定的Intel對(duì)手整整3年，時(shí)不我與。但往好處想，最起碼，這還是顆像樣的超純量非循序執(zhí)行處理器，不是「高科技版本的80486」。

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不過Cyrix III卻在6月6日被鳩佔(zhàn)鵲巢，由Centaur內(nèi)部代號(hào)C5A、VIA以聖經(jīng)角色Samuel命名的新核心取而代之?；丁负唵?、迅速、便宜」的偉大理念，C5A核心Cyrix III並未完整繼承WinChip 4的全部特色，從外界盼望已久的超純量、非循序指令執(zhí)行到動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)規(guī)格通通偷工減料，依舊是顆「超級(jí)純量」x86處理器。

雖然「VIA Cyrix」品牌仍存在，但名存實(shí)亡，到了進(jìn)入21世紀(jì)的2001年，Cyrix連品牌都徹底消失。VIA這決策背後的動(dòng)機(jī)，除了Cyrix的東西較熱較貴、「簡單、迅速、便宜，又有超越電晶體的謀略」的Centaur比較符合VIA高層的品味，Cyrix III殺青後，VIA留不住人，既有Cyrix研發(fā)團(tuán)隊(duì)形同解散，恐怕才是真正的主因。也因此，VIA的x86處理器就帶著半速浮點(diǎn)運(yùn)算器邁入21世紀(jì)，直到2003年1月22日的後期型VIA C3 (C5XL核心)才「解除封印」。

順便一題，在2019年2月1日，AMD宣佈終止起源於Cyrix MediaGX的Geode產(chǎn)品線，也意謂著Cyrix技術(shù)血脈就此徹底斷絕。

靠著「簡單、迅速、便宜」和「優(yōu)於電晶體的謀略」獲得重大勝利—即使並不是發(fā)生在市場(chǎng)上。這真的太讓人感到科科了。經(jīng)過了20年，Centaur還能夠在VIA旗下繼續(xù)走多遠(yuǎn)，就請(qǐng)各位科科拭目以待。

最後，請(qǐng)各位科科用力回想著VIA x86處理器的存在感，再跟著喊次：簡單！迅速！便宜！謀略優(yōu)於電晶體！

硬科技：幻之處理器系列 VIA/Centaur的首款超純量處理器C5X(2001年)

by 癡漢水球

2023.01.26 03:53PM

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時(shí)代背景：臺(tái)灣的VIA (威盛電子) 在1999年6月30日與8月5日，先後宣布購併Cyrix和Centaur，進(jìn)入這塊因x86處理器雙雄在低價(jià)市場(chǎng)大打出手而越來越血腥的市場(chǎng)。但因?yàn)閬碜造禖yrix的人才大量流失，導(dǎo)致信奉「簡單 (Simple)、迅速 (Fast)、便宜 (Cheap)」的Centaur，主導(dǎo)了VIA後來所有x86處理器的技術(shù)發(fā)展方向。在2000年的微處理器論壇，VIA的產(chǎn)品時(shí)程表首度出現(xiàn)了Centaur首款超純量管線 (Superscalar) 的C5X，一次最多可同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)指令。只不過，C5X最後仍死在Centaur自己的手上，後面代號(hào)”Isaiah (以賽亞)” 的Nano (CN)，已經(jīng)是2008年的產(chǎn)物了。

Centaur的創(chuàng)辦人Glenn Henry，出身於IBM院士，對(duì)於「最低成本」有著很堅(jiān)定的執(zhí)著，不僅創(chuàng)造了「簡單、迅速、便宜」的信條，自信「謀略重於電晶體 (在WinChip 4沿用WinChip 2的浮點(diǎn)運(yùn)算器而搞出半速浮點(diǎn)運(yùn)算器的傳奇故事)」，更將超純量管線與非循序指令執(zhí)行等先進(jìn)技術(shù)視為毒蛇猛獸 (微處理器報(bào)導(dǎo)戲稱Centaur做的是「超級(jí)純量 (Super Scalar)」處理器)。

硬科技：20世紀(jì)末的x86神風(fēng)特攻隊(duì)Centaur WinChip (上)

硬科技：20世紀(jì)末的x86神風(fēng)特攻隊(duì)Centaur WinChip (中)

硬科技：20世紀(jì)末的x86神風(fēng)特攻隊(duì)Centaur WinChip (下)

只不過，研發(fā)出來的產(chǎn)品便宜歸便宜，Centaur終究得面對(duì)效能競爭力遠(yuǎn)不如x86雙雄的事實(shí)，也因此展開C5X計(jì)畫，不僅是貨真價(jià)實(shí)的超純量管線x86處理器，支援SSE指令集，擁有強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)機(jī)制、倍增的內(nèi)部執(zhí)行單元數(shù)量與更深的指令管線。

值得注意的是，因x86指令集的編碼長度並不固定，C5X如同AMD和NexGen的作風(fēng)，為了確保每個(gè)時(shí)脈週期，都可從第一階指令快取記憶體擷取兩個(gè)指令，導(dǎo)入可提前在快取記憶體內(nèi)標(biāo)定指令邊界的預(yù)先解碼 (Pre-Decode) 位元，所以讓實(shí)際所需要的容量激增了40%。

硬科技：20世紀(jì)末的x86神風(fēng)特攻隊(duì)NexGen Nx586/Nx686 (上)

硬科技：20世紀(jì)末的x86神風(fēng)特攻隊(duì)NexGen Nx586/Nx686 (下)

Centaur原先預(yù)估C5X的晶粒面積是55 mm2，看起來不大，但各位科科就太過小看VIA和Centaur對(duì)低價(jià)信仰的「虔誠度」了。

在2001年，VIA的產(chǎn)品時(shí)程表冒出了C5X的「對(duì)半砍版本」C5XL “Nehemiah (尼西米)”，幾乎所有規(guī)格就只有C5X的一半。只不過這時(shí)候的C5X晶粒面積膨脹到78 mm2，唯有C5XL可維持54 mm2 (後來再縮小到52 mm2)，隱隱約約的讓人感受到，這踩到「某個(gè)人」心中的那條「紅線」。

就Centaur當(dāng)時(shí)的立場(chǎng)，相較於完全體的C5X，C5XL「只」付出了10%整數(shù)與20%多媒體效能的代價(jià)，順便擺脫了半速浮點(diǎn)算器，新增了一個(gè)亂數(shù)產(chǎn)生器，卻可減少30%晶粒面積，並利於降低耗電且提昇時(shí)脈。簡而言之，C5XL「證實(shí)Centaur對(duì)簡單微架構(gòu)的執(zhí)著是正確的 (This verifies our belief in simple architectures)」，實(shí)現(xiàn)最高的經(jīng)濟(jì)效益，充分滿足了Glenn Henry的信念，真是好棒棒。

但各位科科腦中絕對(duì)會(huì)浮出「本末倒置」這個(gè)成語。喂，說好的超純量管線呢？是擺明只顧成本不顧效能就對(duì)了？做出這樣的東西究竟鎖定的客戶是哪些人？Centaur和VIA通通隻字不提，繼續(xù)拼命把簡報(bào)改來改去，造就混亂異常的產(chǎn)品時(shí)程表。

總之，Centaur歷史上第一個(gè)超純量管線處理器就這樣默默的消失了。C5XL則變成VIA C3 (桌機(jī))、Antaur (筆電) 和 Eden (嵌入式) 產(chǎn)品線的核心，後面再一步一步的發(fā)展成C5J “Esther (以斯帖)”，晶粒面積進(jìn)一步縮減到31.7 mm2 (IBM 0.09μm製程)，僅為WinChip 2 (95 mm2) 的三分之一。Glenn Henry這個(gè)人和他領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，對(duì)壓低成本的執(zhí)念之深，實(shí)在讓人感到不寒而慄，也許這就是他們「工作成就感」的來源。

只不過，做出自己看得很爽的東西是一回事，市場(chǎng)是否願(yuàn)意買單那又是另一回事。這些年來，過去曾在產(chǎn)品開發(fā)上常跟VIA打交道的筆者，一直很納悶一件事：VIA和Centaur的「策略」到底是什麼？難不成天真的相信「只要東西夠便宜，就一定會(huì)有人掏錢」？滿滿的工程師思維？

假若要走出一條和Intel AMD截然不同的路，例如鎖定低價(jià)電腦或工控市場(chǎng)，原先計(jì)畫中整合北橋晶片組與S3繪圖的 “Mattew (馬太)” 才是屬於VIA的「福音」(類似Cyrix MediaGX)，但卻很快的消失在VIA那充滿聖經(jīng)人名的產(chǎn)品時(shí)程表，不知是技術(shù)困難度太高還是商業(yè)層面的考量。但各位科科要知道，VIA足足砸了3.23億美元買下S3，這金額遠(yuǎn)高於併購Cyrix (1.67億美元) 和Centaur (5100萬美元)，VIA不全力進(jìn)攻單晶片解決方案，才是讓筆者感到詭異的地方。

最後，VIA已出售處理器與晶片組智財(cái)權(quán)給上海兆芯 (2.57億美元)，也脫手Centaur部份員工與設(shè)備給Intel (1.2億美元)，以後大概也無緣看到「彷彿上帝顯靈」的產(chǎn)品時(shí)程表，但Centaur能夠在x86處理器的戰(zhàn)場(chǎng)存活這麼久，再想想那麼多的「先烈」，也真的算是他們的本事了。