Categories
程式開發

芯片破壁者(十八):CPU戰爭三十年


20世紀八十年代初,半導體行業看似穩定,卻在醞釀一場前所未有的變化。

當時,政府與軍事訂單中的大型機依舊是市場主流,日本公司憑藉存儲器如日中天。芯片的日子似乎一片平靜。但在太平洋東岸的矽谷,有一些人卻在準備把半導體行業整張桌子掀掉。

如果從最終的市場結果來看,這場行動可以被簡單定義為微型計算機興起,大型計算機衰落。但在PC進入千家萬戶的巨變最終達成前,各路人馬還需要做很多準備。比如微型存儲、操作系統、顯示設備、軟件開發等等。

而在芯片領域,最關鍵的準備就是微型處理器——也就是今天人盡皆知,每家都有,並且成為國際科技博弈核心的——CPU。

CPU這個如今被認為是芯片產業珠穆朗瑪的存在,當然不是一朝建成的。在它的崛起與成型中,有相當多的技術與產業必然性,也充滿了商場上兵不厭詐的征伐。回看CPU與家用計算機的歷史紛爭,對於理解今天的芯片產業規則至關重要。

而這一切,要從IBM籌劃進入微型計算機市場說起。

如今IBM已經退出了PC市場,但長期以來人們在談論PC時,會認為是IBM奠定了它的基本形態與產業規律。與蘋果的封閉戰略不同,80年代初的IBM破天荒地打算用開放生態與產業合作的方式完成PC生產。而當時矽谷能夠提供微型處理器的最佳選擇,就是諾伊斯、摩爾、格魯夫從仙童出走後創立的英特爾。

早在1971年,英特爾就製造了第一款4位處理器4004,隨後不斷進化,到1978年已經發布了16位處理器8086。1981年,藍色巨人IBM選擇將8086衍生出的8088作為自身產品的處理器,這在後來被稱為“英特爾有史以來最偉大的勝利”。

芯片破壁者(十八):CPU戰爭三十年 1

當時參與這個選擇的所有人可能都不會想到,一個行業標準就此誕生,一場美國反超日本的半導體戰爭宣告打響,一個PC和互聯網支撐的時代隨之到來。

英特爾和AMD的CPU,支撐了整個信息化革命,支撐了我們每個人對電腦和網絡的認知,改變了人類的工作效率和信息獲取方式。

也隨著那個選擇,英特爾和AMD兩家公司開始了30年的征戰。

“文泰來”傳奇

在2016年,中國科技界曾經熱議一個名叫“文泰來”聯盟的東西。這名字聽上去像一家南方老字號或者一位廣東武術家,但其實是兩家矽谷老字號——也就是微軟的Windows操作系統+英特爾CPU組成的Wintel聯盟。

聯盟的起因,還是IBM在80年代初準備進軍微型機市場。當時蘋果已經與摩托羅拉的CPU合作,取得了先發優勢。 IBM想要後發先至,就必須拿出點出人意料的東西。 IBM的選擇是利用生態合作的力量,讓自身的微型機產業充分開放,各家公司都可以拿出自身擅長的東西加入這個市場,以聯盟的方式搶占蘋果的市場份額。

芯片破壁者(十八):CPU戰爭三十年 2

這個舉措之下,兩家公司馬上開始了表演。首先是坐擁當時微處理器最前沿與核心技術的英特爾,終於在8086時代找到了IBM這個商業化大靠山。並且由於IBM的支持和開放態度,大量軟硬件企業都來兼容適配英特爾的架構,這也導致英特爾在此後一舉成為行業龍頭。

差不多同一時間,IBM選擇了微軟來為微型機提供操作系統。如果說英特爾的中選有充沛的技術必然性,那麼微軟的上位在當時還頗有僥倖。 IBM原本打算自己開發系統,但被微軟方面巧妙說服了。由於開發時間緊迫,微軟還購買了另一個操作系統QDOS的使用權來加速開發,最終給IBM帶來了Microsoft DOS。這段歷史也成為微軟發展的最大轉折點。

說回到英特爾的CPU。之所以英特爾能不斷取得成功,與當時IBM-英特爾-微軟合作架構有重要關係。首先IBM的開放策略真的非常開放,只提標準需求,不向下游合作方要求技術捆綁。這導致英特爾的CPU和計算架構變成了行業標準,但IBM卻僅僅是一家主機廠商。雖然IBM也進行了一系列自主研發,但在底層技術中的突破始終不太順利。最終結果是IBM的選擇培養起了“文泰來”聯盟兩大怪獸,但其PC市場卻率先衰落了。

芯片破壁者(十八):CPU戰爭三十年 3

再一個就是“文泰來”聯盟本身的價值。英特爾與微軟,一個在硬件一個在軟件,看似各自為政,但卻從南北兩側卡死了整個PC產業。從最開始同為IBM供應商,到後來兩家內部達成了驚人的默契。比如英特爾的CPU更貴,微軟就把Windows降價促銷搞捆綁銷售;微軟不斷推出更加消耗內存的操作系統與軟件,英特爾就把內存加大適配系統。兩家的策略就是高度互補,讓消費者和PC廠商選擇一家的同時也必須選擇另一家,最終導致80、90年代PC崛起中出現了“雙寡頭”格局,一度佔據PC市場90%以上的份額。

文泰來聯盟的意義是多方面且富有歷史爭議的,有人說其扼殺了PC市場的競爭,有人說他們聯手才把PC推向全世界。但不管怎麼說,“文泰來”聯盟給PC行業快速打造了一個標準化底座,各個軟硬件廠商與開發者得以無障礙進入這一新興市場。

在英特爾的核心技術與文泰來聯盟的商業手腕雙加持下,CPU很快成為了芯片產業的核心。而它影響最深遠的副產品,就是x86架構。

x86,統治與紛爭

美國對中國不斷加碼科技封鎖之後,到底哪個影響最嚴重?如果這個問題在街頭訪問,受訪者大概率會脫口而出是手機芯片,但如果問科技業內人士,回答很可能是x86。

英特爾獲得IBM訂單,結成文泰來聯盟,給芯片產業內帶來的最大影響是英特爾的x86架構開始成為行業默認的標準。

而這件事其實並不完全靠英特爾的推動。事實上,IBM在發放處理器訂單時,已經開始提防英特爾會趁機做大,攜CPU以自重。於是標準動作是找到第二供應商,於是同樣從仙童走出來的AMD就成為了一個很好的選擇。

與英特爾是諾伊斯、摩爾這些“八叛逆”核心人物創建不同,AMD的創始人桑德斯是仙童銷售部出身。核心技術和產業洞察在當時不是AMD的強項,但靈活的市場手段和獲取訂單的決心,讓AMD的基因裡攜帶著靈活與韌性。

作為IBM-PC的CPU第二供應商,AMD深知與第一供應商英特爾的關係非常微妙。如果真的不斷推出競爭產品,只會以弱攻強,並且造成供應商之間的內耗。於是在IBM推動下,AMD也開始兼容英特爾的x86架構,推出了大量作為英特爾追隨與候補的產品。

而這個決定,也讓英特爾從8086時代開始使用的x86架構不再是英特爾自己的技術,而變成了行業標準。由x86架構確定的CPU使用範疇與升級方法,也不斷向後兼容,吸引更多軟硬件廠商加入生態,最終成為整個信息時代的底層計算架構。

今天絕大多數的PC、服務器、數據中心、超級計算機都沿用x86架構,支撐著國家與社會的計算。這也是為什麼美國一旦發起芯片封鎖,x86是最嚴重的問題之一。

8086發佈時,英特爾的廣告語是:“開啟了一個時代”。事實上大量科技產品都會用類似的表達,非常套路。然而8086雖然很快過去,但其使用的x86架構,卻如實開啟了一個統治力無比強大的時代。

但是x86的開放性和生態性是一把雙刃劍,其好處在於讓英特爾立於不敗之地,可以一次次碾壓妄圖發起的挑戰;但另一方面x86也容納了眾多公司進入其內部,引發了x86體系內無窮的競爭。圍繞CPU這個利益制高點,英特爾和AMD隨後展開了x86架構內長達三十年的近身肉搏,這可能也是x86誕生之初萬沒想到的。

芯片破壁者(十八):CPU戰爭三十年 4

英特爾並未能避免競爭,哪怕是在自家的x86架構領域。比如被x86培養起來的AMD,很快就變成了英特爾的“大麻煩”。

禍出386

從某種意義上來說,我們可以把80到90年代初的英特爾和AMD,想像成不情願被抄作業的學霸,與班主任指明可以抄的第二名。

為了拿下IBM的大訂單,英特爾在早期無奈對AMD以及其他CPU廠商公開了技術秘密,但心裡顯然是不舒服的。這種矛盾在1986年爆發,就是芯片歷史上著名的一場官司:386爭奪案。

英特爾1985年推出的386,可能是中國人最早了解的一代CPU。它在當時屬實強悍的性能,直接把PC帶入了32位時代。後來英特爾認為386的推出,是PC行業發展中的革命性轉折點。

芯片破壁者(十八):CPU戰爭三十年 5

這麼好的東西一出,AMD等以模仿見長的“友商”當然要選擇跟上。但在286時代AMD的份額已經開始讓英特爾憂心,386再來一次顯然不能忍。於是發布同一年,英特爾斷然中止了履行五年的技術合作協議,廢止了AMD生產386的權利,獨家生產最新的CPU。

這一招“過河拆橋”直接把AMD打懵了,被逼無奈之下只能訴諸法律。隨後這在芯片官司眾多的80年代裡,演變成了激烈程度、複雜程度都遠超想像的巨型司法事件。幾百名證人、幾千件證物的輪番轟炸下,歷時三年AMD終於勝訴。但英特爾也開始了芯片官司敗訴方的傳統藝能——拖下去。

又足足拖了五年,直到1994年英特爾才把AMD的386生產許可還回去。但此時的386已經成為了一種古董。

經此一役,英特爾成功擺脫了自IBM訂單時代就貼身上來的競爭者,成功在產業升級中一馬當先。但英特爾可能沒想到,AMD的反擊才剛剛開始。

AMD的反撲時代

在長達八年官司中吃盡了苦頭,直接損失數千萬美金,市場損失難以估量的AMD,最終認清了這樣一個道理:亦步亦趨的模仿沒有出路,隨時被人釜底抽薪。只有自主設計研發才有未來可言——這個道理今天國人應該也已經明白了。

1995年,AMD發布了K5處理器,與英特爾的Pentium展開直接競爭,這是AMD的第一款自主設計CPU;第二年,AMD收購了另一家CPU製造商NexGen,極大提升了研發能力,並且獲得了一系列新的x86兼容協議,以此開啟了與英特爾的進一步競爭。同時,AMD還不斷在美國本土與歐洲佈局大型晶圓廠,從研發到製造全線加碼。

1997年,被認為是英特爾與AMD常年競爭的一個分水嶺。這一年,英特爾突然宣布放棄自身打造已經相對成熟的Super7架構,推出Slot1架構以進軍100MHz外頻的全新市場。

英特爾的這一舉措非常激進,形如放棄了經營成熟的土地,另找地方拓荒。歸根結底,英特爾已經厭倦了自己開拓新架構,然後AMD等公司亦步亦趨跟上來的局面,打算以新架構一舉剷除隱患。

芯片破壁者(十八):CPU戰爭三十年 6

但是新架構本身可能才是隱患。

芯片產業就是如此,往往一步走錯滿盤皆輸。英特爾的體量當然不至於潰敗,但一個冒進的選擇,馬上就被競爭對手抓住了機會。看到英特爾放棄Super7架構,AMD的判斷是不去跟隨,繼續深耕Super7,繼而發布了廣受好評的K6芯片,實現了與英特爾主力產品正面競爭不落下風。

一個關鍵節點的變化之後就是一通連環操作。 1998年,AMD宣布與摩托羅拉合作開發全新的半導體製造技術,為此後的工藝升級做出了準備。 1999年,AMD發布了K7 芯片,率先跨過了1GHz的大關,實現了性能上超越英特爾。

從幾年前還在打能不能兼容對方架構的官司,到一舉成為行業領先,AMD的反撲印證了半導體格局往往看似嚴密,但變化也就發生在瞬息之間。

進入21世紀,英特爾自身的麻煩不斷,新產品也陷入了與AMD的拉鋸戰中。雙方在2004年還上演過“真假雙核”的世紀難題。而另一個關鍵變局,是2003年AMD發布了K8芯片,這是CPU歷史上首次實現了64位處理器運行,標誌著AMD在與英特爾的30年戰爭中完成了歷史意義的領先。

芯片破壁者(十八):CPU戰爭三十年 7

在今天,AMD和英特爾的CPU哪個更好,已經變成了甜粽子咸粽子一樣的難題。起因或許就是K8的劃時代意義,讓AMD不再被視為模仿者和追趕者。

但是AMD並沒有在CPU的寶座上穩坐多久,因為另一場戰役開始了。

鐘擺戰役

不久之前,美國封殺抖音的海外版TikTok引發了科技界的熱議。而在十幾年之前,這個類似鐘錶“滴答”聲的詞已經在科技圈廣為傳頌,那就是英特爾在2006年對AMD開啟的Tick-Tock反擊戰。

進入21世紀,多核CPU成為了英特爾與AMD競爭的核心。圍繞如何實現多核並聯,AMD和英特爾選擇了不同的軟硬件路線,這導致雙方旗艦產品往往會展現出相當程度的差異化。而以核心技術起家的英特爾,在多線程的差異化競爭上展現出了更強的控制力。

2006年,英特爾推出了著名的酷睿2處理器,實現了40%的效能增長,並且極大降低功耗。這一技術實力的突破,讓AMD在性能上的優勢蕩然無存,甚至出現了酷睿2上市,AMD的X2一夜暴降的“慘劇”。

芯片破壁者(十八):CPU戰爭三十年 8

更令人驚嘆的是,酷睿2僅僅是英特爾“鐘擺計劃”的開始。根據這個計劃,英特爾將每兩年一次定時完成性能、功耗與工藝上的進步。這樣消費者、硬件廠商與供應鏈可以準確預判英特爾的產品走向,從而極大提升整個產業鏈的效率。

在芯片產業,精準的迭代升級可以被理解為帶著枷鎖跳舞,這讓英特爾的對手不得不跟隨,也都走向了快速升級的道路。然而自身研發與製造能力可能無法適應這種高速運轉,於是又紛紛在疲於奔命中走上了不歸路。

時至如今,“鐘擺模式”依舊是芯片產業內飽受爭議的現狀。一方面它讓芯片產業高速升級,瘋狂運轉;同時為了維持這種高速,產業界無暇喘息,艱難應付。很多體量與綜合實力不足,但具有特色的半導體公司被淘汰,全球產業鏈分工進一步碎片化和流程化,芯片變成了一個不能有短板的殘酷競爭。

回到CPU之戰,鐘擺戰役成功把AMD逼退回第二位置,讓英特爾的市場佔有率遙遙領先。但失去了充分競爭的CPU戰場,就與飽和了的PC市場一樣,走進了另一種意義上的黃昏。

莫測的未來

進入2010年之後,智能移動終端開始崛起。英特爾的判斷失誤和佈局問題,導致其錯失了這個時代變遷。 ARM架構的崛起讓x86無法延伸到移動端,高通、蘋果、華為最終走到了4G時代的移動芯片三強。

與此同時,CPU市場營收伴隨PC的飽和而滑落,數據中心和物聯網成為新的變數。在這個階段,微軟正在越來越多擁抱雲與AI,與英特爾的“文泰來”聯盟出現了種種割裂的跡象。而AMD與英特爾的競爭,也開始不被業界重視——可能讓兩家體量極大公司數十年戰爭最終和解的方式,就是爭奪的利益最終變成了寂寞。

但是另一方面來看,變革的聲音正在加劇,但英特爾的核心技術優勢依舊巋然不動,以至於變成了一種底層資源,一種計算的規則。

這裡面很大原因在於,英特爾和AMD你來我往數十年的產業紛爭,帶動了各行業容納到x86的產業體系裡。競爭愈發激烈,x86的可用性就越強,活力就越充足。規則逐漸清晰,生態涓滴而聚。用一代人的時間凝聚下的產業份額、技術優勢和生態規則,不可能在朝夕間被推翻。

CPU之戰的另一面,是在雙方的各自勝負裡,外界看到了大量芯片戰場上的“兵法”。比如如何寄居於開放生態完成從弱到強,如何最大化將技術勢力變成商業武器。

芯片破壁者(十八):CPU戰爭三十年 9

不下牌桌,等待機會,突破技術上限,擁抱產業變化,可能是贏得一場芯片之戰的四個核心要素。在今天,PC、手機、服務器、物聯網市場開始面臨一系列全新變局,AI帶來了智能化的計算任務變革。芯片產業競爭逐漸出現產業多變化、國家干涉等複雜局面,摩爾定律的物理極限逐漸清晰。風雲變幻,似乎一觸即發。

圖靈獎得主大衛·帕特森與約翰·漢尼斯認為,接下來將是計算架構更新的黃金十年。

芯片的硝煙,從未散去過。