见证"芯"路 30年CPU架构发展史(二)

在《见证"芯"路 30年CPU架构发展史(一) 》一文中，我们谈的是英特尔过去三十年间的发展史，这一篇我们谈的是一直充当英特尔竞争对手的AMD。这家公司奇特的地方就在于屡败屡战，同时屡有出格的夸张宣传。不过如果你了解AMD的创建者，硅谷里大名鼎鼎的杰瑞·桑德斯，一定会对AMD的这种文化抱以深度理解—在英特尔孤独地垄断市场的那些岁月，正是AMD让我们看到了变革的希望，即便你是英特尔的铁杆支持者，也不得不承认AMD的存在总是让英特尔不得不保持前进，同时也让它在某些时候不得不打降价牌。如果单从市值来看，AMD只是英特尔的零头，比如在它意气风发的2002年，英特尔公司市场价值2050亿美元，AMD刚好是它的零头：50亿美元。英特尔每年都盈利几十亿美元，而AMD三天两头都在亏损，不过这家奇怪的公司不仅生存下来，而且又重新变得非常强大。

创业传奇：屡败屡战植入AMD血脉

AMD的创建者杰瑞. 桑德斯（Jerry Sanders），同英特尔创始人安迪·格罗夫、戈登·摩尔、罗伯特·诺伊斯都曾在仙童半导体就职。杰瑞·桑德斯是一位富有传奇色彩的营销大师，它对市场的把握能力甚至曾经连乔布斯也不敢争锋，不过换个角度说就是杰瑞·桑德斯是技术的外行，但这并不妨碍它成为创业团队信赖的领导，也不妨碍AMD的成功。

和许多传奇人物一样，桑德斯有一个坎坷的童年，他出生在好莱坞，母亲生他时年仅15岁，父亲是交通路灯修理工。小桑德斯在不到五岁时，父母就离异，他不得不和母亲过着颠沛流离的生活。后来，母亲也离开了他，桑德斯就投奔了祖父母。学生时代的桑德斯成绩出众，但常常卷入打架斗殴。“我经常卷入争斗，是因为我经常失败。”桑德斯回忆说。桑德斯的斗争精神在过去34年来一直为人们津津乐道。富有传奇色彩的故事是他曾经在芝加哥街头与人混战，被打得头破血流，不省人事，连牧师都准备帮他举行默祷超渡时，他却又奇迹般地活了过来——当你看到这里，便会知道AMD的屡败屡战事出有因，这种顽强更多只是一种生活习惯，渗透进AMD的文化基因里。

图1 AMD创始人杰瑞·桑德斯

成年后的桑德斯曾在道格拉斯飞机公司当过空调系统设计师。但是这个打工仔一天到晚做白日梦：他希望能拥有自己的别墅，开着豪华的汽车，拿到丰厚的薪金。他很快就发现干营销比工程师赚钱要快得多，于是他大胆地跑去摩托罗拉应聘当销售经理，结果一流的口才让他被顺利录取。事实证明，桑德斯绝对是硅谷六七十年代一等一的推销高手，没多久他被挖进了仙童公司。

到上世纪60年代末，仙童公司发生了内部分裂，IT业界出现了三家对后来半导体发展举足轻重的公司：国家半导体、英特尔和AMD。其中，国家半导体由查理·史波克和皮埃尔·罗蒙德组建，高层精明而实际；英特尔则拥有诺依斯、摩尔和格鲁夫三大技术干将，讲究团体智慧；而AMD的创业则充满了磨难、奋斗以及与生俱来的坚韧。因为AMD早的总部是设在一个创业者的家中，所以AMD的企业文化也被人叫做“客厅文化”。

AMD的创立更多是一种无奈，当时桑德斯被突然解雇，他一下子陷入经济困境，直到有一天，与桑德斯境况相似的约翰·凯里主动找到他，两个人合计要成立一家半导体企业。首要的事情就是去筹集资金，结果他东奔西跑只筹集到5万美元，同英特尔500万美元的起步资金完全无法比拟。当初极其坚韧的桑德斯便是在这样的困境之下起步，一个天才的销售人员，进入了他不擅长的半导体领域。

在创办初期，AMD的主要业务是为其它公司重新设计产品，提高它们的速度和效率，并以“第二供应商”的方式向市场提供这些产品，他们大的优势就是在于能够让自己的产品比竞争对手更加可靠。任何一个产品的检测都是根据军方MIL-STD-883标准进行的，他们提供了业内前所未有的品质保证，并且不会加收任何费用。凭借可靠性的特长，AMD也在半导体市场站稳了脚跟，并开始进入正轨。在AMD创立五周年时，AMD已经拥有1500名员工，生产200多种不同的产品。其中很多都是AMD自行开发的，年销售额将近2650万美元。1979年，AMD公司股票在纽约证券交易所上市，此时的AMD已经拥有多个半导体工厂，年销售超过1亿美元。

AMD后来的历程广为人知，它进入了x86处理器市场，并且开始与英特尔长达30年的缠斗。在这30年间，AMD占据上风的时间几乎寥寥无几，但它始终没有退缩过。对于AMD的故事，土生土长的硅谷人迈克尔·马龙的评价或许为恰当：“在所有的高科技故事中，AMD的故事是可怕，也是英勇的。它年复一年，代复一代，顽强地挑战某个星球上成功、具竞争力的公司。”

从Am386到K6-3：向x86的转身

AMD进入x86处理器行业同样纯属偶然，当年IBM将订单交给英特尔，但英特尔自身的产能根本无法满足需要。而英特尔高层和AMD高层都是仙童的老相识，英特尔很自然地找到AMD请求帮忙，并且答应给AMD新的CPU资料，换句话说，AMD这个强硬对手其实是英特尔的无心之作。

为了说服AMD，英特尔干脆与AMD签署x86系列微处理器的技术交换协议，显然这是一份慷慨的永久性授权——当然那时的x86处理器根本就是无足轻重的小角色，英特尔自身都没有想过有一天它居然能够击败RISC占据主导地位。这份协议的内容是：AMD为英特尔生产既定数量的微处理器，英特尔除了支付报酬外，还向对方分享微处理器的资料。就这样，AMD在随后的几年为英特尔生产了大量的286处理器（代号为AM286），AMD也因此拥有英特尔x86处理器的全部秘密。

然而，这个协议在履行几年之后就宣告中断，英特尔忌惮AMD进入这个市场，成为自己强有力的竞争对手，所以不再将x86处理器的资料交给AMD，而AMD也因此不再为英特尔生产微处理器。终双方闹上法庭，这场官司从1987年开始，直到1992年才结束，AMD终获得生产和销售386系列芯片的权力——这个诉讼案的胜利也就是AMD今天能够自由生产x86处理器，不会像VIA、NVIDIA一样总是被英特尔以x86专利进行威胁的原因。

1985年，AMD进入《财富》杂志500强，此时距离桑德斯创立公司已经过去了16年光阴，但这16年只能算是AMD的起步阶段，它的辉煌其实刚刚开始。也是在这一年，英特尔推出风光无匹的80386处理器，引发PC厂商的热烈追随，在随后的几年，英特尔就一举取代IBM，成为PC业真正的领袖。此时此刻，AMD终于坐不住了，桑德斯决定进入386市场，从英特尔手中分得一杯羹。1991年，AMD的Am386处理器正式发布，英特尔垄断局面被证实打破，就在推出的当年，AMD就销售出超过百万片Am386芯片，这对桑德斯是个巨大的鼓舞。

图2 Am486处理器

Am386在架构上是英特尔80386的克隆版本，也就是二者基本完全相同。1993年，AMD的Am486处理器诞生，它的特点就是高性价比——在提供相同性能的条件下，Am486具有20%的价格优势，这让它赢来大量的客户，康柏公司就在1994年与AMD达成长期战略联盟，在康柏电脑中大量搭载AMD的处理器，让英特尔吃了一记闷拳。

Am486的频率从25MHz开始，高到120MHz，此时其性能甚至接近英特尔早期的Pentium处理器。1995年，AMD接着推出AM5x86处理器，它其实只是Am486的高频版本，主频达到133MHz。Am5x86的制作工艺为0.35微米，拥有16KB的L1 Cahce，整体延续了性价比竞争的路线。

真正能与Pent ium同级的处理器便是K5。K5早在1994年的微处理器论坛中亮相，它也是AMD第一款真正完全由自身设计和生产的x86处理器，显然AMD在K5开发中吃尽了苦头，导致其直到1996年才得以发布，比英特尔Pent ium晚了许多。K5的性能非常一般，整数运算能力不如Cyrix的6x86，虽然比Penitum还算略强，但浮点性能就远远比不上Pentium。更糟的是，K5的良品率较低，工作主频高只能到116MHz，PR(实际性能标称)值为166，而Pentium可是货真价值能跑到200MHz。总体而言，K5是一款实力非常平庸的产品，它仍然只是依靠低价格来吸引消费者。

相对于K5，AMD在1997年推出的K6处理器水平就要高出一截，K6也是AMD后一款采用英特尔兼容总线的产品，它集成了930万个晶体管，拥有64KB一级缓存（32KB指令集和32KB数据），流水线长度为6级，工作主频在150MHz～400MHz，接口方式为Socket 7。K6的实际性能令人满意，它的整数性能超过当时的Pentium-MMX，不过浮点性能仍然仅为同频率英特尔处理器的一半左右。

K6初期采用的是0.35微米制造工艺，后期改用了0.25微米，K6家族真正迎来辉煌还是著名的K6-2处理器。K6-2的设计目的是作为Pentium Ⅱ的竞争对手，为此它增强了浮点性能，并引入AMD第一套浮点单指令多数据指令集，也就是著名的3DNow！这套指令集获得很大的反响，并成功地提升了K6-2处理器在运行3D渲染时的性能表现。

几乎所有K6-2都是在100MHz前端总线的Super 7平台上开发，它的主频从300MHz起步，后来陆续推出400MHz、450MHz和500MHz的版本。这其中K6-2 300MHz的受欢迎度高，并在零售市场获得热卖，AMD的市场影响力也是从K6-2时代开始的。K6-2 300的竞争对手是著名的Celeron 300A，后者通过削减缓存容量降低了成本，但它具有卓越的浮点性能。这两者凭借强大的超频能力，当时在市场中都极受欢迎，共同原因都是具有一流的性价比——当时的Pentium Ⅱ尽管性能更加出色，但它的价格却要高出不少。

图3 著名的K6-2处理器，为AMD立下汗马功劳。

当英特尔带来Pent ium Ⅲ的时候，K6-2已经明显力不从心，当时Athlon仍在开发阶段，为了抵御对手AMD对K6进行新一轮的升级，推出了K6-3。K6-3在K6-2基础上增加了256KB的二级缓存，原先内建于主板的缓存则自动变为三级缓存，此举显著提升了K6-3的整数性能表现，但对其浮点性能并没有多少帮助。K6-3的市场寿命较短，当Athlon出现之后，K6-3就迅速退出市场。

Am386到K6-3，AMD从一个x86微处理器领域的跟随者，成长为一家独立的处理器设计厂商，尤其是在K6-2时代的优良业绩让AMD获得了良好的市场基础和财政稳定性，为日后发布Athlon做好了充分的准备。