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芯片设计日新月异 x86老而弥坚 |
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| http://cn.newmaker.com
4/4/2007 11:41:00 AM
佳工机电网
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很少有诞生于1970年代末的计算技术能够“坚持”到今天，但有一种技术例外：世界上绝大多数计算机的指令集。
目前世界上超过90%的PC和服务器使用的x86指令集是于1978年作为英特尔8086芯片的一部分问世的。因此，当全球的英特尔开发商于本月晚些时候在北京开会时，它们将用大量时间讨论x86指令集。
当然还有其它指令集━━IBM的Power、Sun的Sparc、英特尔的EPIC，但很少被人提及。但x86在继续迅速发展，而且没有可与之相媲美的竞争对手，因为它提供了“足够好的”性能，以及在近30年中为它编写的大量软件。
麻省理工学院的计算机科学和技术专业的教授阿温德说，纵观计算技术的发展历史，发生重大事件的原因是市场上出现了新需求或重大变化。但是，每次发生重大事件━━无论是浏览器的发明还是以淘汰PC为目的的网络计算机，x86芯片的工程师总是能够找到使它适应市场变化的方法。
真的没有什么问题？批评者表示，x86“背负”着大量支持过时的功能和软件的负担，节能和软件开发方面的改进都因此受到了影响。
x86指令集于1978年随同英特尔的8086处理器问世。Mercury Research分析师迪安说，由于寻址方式的原因，即使在当时，也没有被认为是市场上最好的技术。IBM为其新PC选择了一个略微不同的版本━━8088处理器，x86架构开始引起了人们的关注。
AMD技术总监菲尔说，它最初被认为是一款运行电子表格的8位芯片。当然了，最初的设计缺乏现代计算时代所需要的恰当数量的通用寄存器。通用寄存器既能够存储地址，也能够存储地址。
随着使用由IBM或所谓兼容机厂商生产的PC的用户越来越多，x86成为了PC市场上不可替代的中心。在1990年代末，英特尔携x86芯片进入服务器市场更进一步巩固了ISA的优势地位。目前，世界上超过90%的服务器使用了AMD或英特尔的芯片。
英特尔和AMD也通过不断地扩展ISA使x86芯片“与时俱进”，例如英特尔在1990年代末推出的MMX和SSE指令集就提高了x86芯片的图形性能，AMD的64位扩展技术解决了寄存器问题。微软负责研究部门的高级副总裁里克表示，我们在指令集水平上看到了大量变化，而我们仍然将它称作x86芯片。
但是，随着每次对x86 ISA的扩展，x86芯片越来越复杂了，对旧功能的支持确保了软件兼容性。XenSource技术总监克洛斯比说，英特尔架构如此复杂是没有任何道理的，没有理由不去掉芯片上60%的晶体管，都是为了兼容过去的模式。
他表示，如果一家芯片厂商声称它的芯片只能运行过去某一时间之后的软件，例如1990年或1995年，芯片的成本和能耗将大幅度降低。问题是，Windows“深处”是借鉴自1980年代早期的MS-DOS操作系统，在启动时它会寻找一些指令。
这也是英特尔和惠普的EPIC项目的部分动机：不再支持许多陈旧的x86技术“清白历史”设计，为未来20年的计算世界提供一个现代基础。但是，EPIC成为了指令集方面的反面教材。
软件开发人员不愿意学习新的计算语言，早期的产品发布问题使得英特尔和惠普丧失了为安腾芯片创建一个大市场的机会。AMD的x86-64芯片的受追捧对于安腾芯片是致命一击，安腾芯片也被逼到了高端服务器市场上。
与其它大多数事物一样，这主要与钱有关。业界在x86软件上的投资已经达到了数以十亿美元计，即使是英特尔━━高科技产业最有影响的公司之一，也不能说服软件厂商放弃过去的投资。
去年，英特尔技术总监贾斯廷表示，英特尔在可预期的未来没有开发新的ISA的计划。里克说，他的部门没有任何与其它指令集相关的计划。微软在1999年推出Windows NT 4.0时曾支持数种不同的指令集。
那么，什么会改变这场游戏呢？性能总是令软件开发人员关注的一个问题。菲尔说，任何所谓的“历史清白”设计在性能或能耗上都不可能比现代的x86 ISA高出10%。
英特尔数字企业集团高级副总裁兼总经理基辛格说，小幅度的性能提高不足以说服业界大规模地放弃x86，利用现有的设计，我们产品的性能每年都实现了2位数的提高。
芯片产业在芯片上集成更多晶体管的能力意味着用于保持软件兼容性的晶体管比例越来越低了。基辛格说，兼容性是一个实实在在的要求，但兼容性的价值超过了它的成本。
可能成为黑马的一项技术改进是多内核芯片。芯片厂商已经将在芯片上集成多个低速内核作为解决芯片能耗问题的一种途径，但是，目前每个内核需要使用相同的指令集。
一些人认为，混合型未来是可能的。阿温德说，可以利用其它ISA在现有的x86芯片上集成更小、更节能的内核，用于处理其它专门的任务，例如视频处理。
IBM在Cell芯片上就采用了这种方法。Cell芯片中的PowerPC内核的优先权高于其它8个独立的处理单元。芯片厂商可以保持一个基本的x86内核维持后向兼容性，而使用专用硬件处理新一代的复杂任务。
迪安表示，最早的这种转型可能是AMD的Fusion项目，计划在PC芯片上集成一个图形处理器。在本世纪的下一个十年前，芯片上可能集成使用不同ISA的内核。但是，不要对此寄予厚望。他说，x86是一个不断发展的架构，当出现问题时它也会出现相应的变化。
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