憶往昔展未來 AMD能否建立不毀防線？

　　最近拜AMD“準(zhǔn)時”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)生的點點滴滴了。要了解這歷史全貌，不需高深的電腦結(jié)構(gòu)知識，更不需要攜帶水球、大鎖和鏈條進(jìn)入立法院，只要帶著常識正常運轉(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)品單價極高，小廠只要有一點點占有率，即可把自己養(yǎng)得很滋潤”，演變到今日實質(zhì)只容得下兩間x86 處理器供應(yīng)商，對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人電腦供應(yīng)鏈。

　　·進(jìn)入品牌電腦大廠的商用個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)者的機房。

　　其余應(yīng)用，如手機、平板、游戲機、機上盒、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 引爆個人電腦市場急速成長的美好年代，留下“價格實惠”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，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，一直玩想掩蓋時脈較低弱點的PR(Performance Rating，意指整數(shù)邏輯運算效能相當(dāng)于同時期Intel 處理器的時脈)話術(shù)，套句當(dāng)年P(guān)C Magazine Inside Track 專欄的毒舌評論：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，售價當(dāng)然不得不“經(jīng)濟實惠”，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、剛好兼顧天時地利人和的巨大戰(zhàn)略勝利(如果有請告訴我)，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、高時脈、同時多執(zhí)行緒與愿意在動態(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：Intel當(dāng)時內(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、奪取服務(wù)器市占率。

　　至于攸關(guān)營運成本的電力效率，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 在擴張指令格式上并非良好的設(shè)計(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x86 處理器產(chǎn)業(yè)都付出了代價。

　　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，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，而對多處理器/多核心平臺事關(guān)重大的快取記憶體一致性協(xié)定，也早在K7時期就導(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)計與驗證，盡快讓Opterton進(jìn)入市場跟Xeon一決雌雄。

　　人和：當(dāng)時微軟姿態(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。