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。
K7出世：AMD崭露头角
AMD不再被人称为逆向工程专家，始于K7时代。在这个时代中，AMD实现了性能上的全面超越，给竞争对手带来巨大的威胁；同时也将市场拓展到高端的双路服务器、主流台式机PC、低端的廉价PC以及笔记本电脑市场。芯片组方面，AMD也获得来自VIA、NVIDIA和ATI的支持，初步具备与英特尔全面对抗的实力。
1998年，AMD正式发布代号为K7的Athlon处理器（中文名为“速龙”），这在AMD史上称得上是一个里程碑。领导K7开发团队的就是AMD的前任CEO Dirk Meyer（德克·梅耶尔），此人曾是DEC ALPHA处理器的首席设计师，所以Athlon在很多程度上继承了ALPHA的血统，尽管它仍然是x86处理器。德克·梅耶尔1995年加入AMD，并在2008年成为AMD的CEO，但在2011年1月即引咎离职，原因在于他在任期间忽视了平板电脑、智能手机等移动市场，当然这是后话。
我们先来看看K7的体系结构：第一，它拥有3个并行的x86指令解码器，可以同时发射3条指令，这一点同Pentium Ⅲ是一致的。其次，K7拥有9个独立的超标量执行管线，分别为3个整数、3个地址和3个浮点，其中整数流水线为10级，浮点流水线为15级，较长的流水线对于提升主频相当有帮助；第三，K7的一级缓存容量多达128KB（64KB指令+64KB数据），支持512KB～8MB的二级缓存，两级缓存的数据并不重叠。第四，K7支持扩展的3DNow！指令集，主要改进在于新增了5条新的指令，用于增强其在DSP方面的性能，并且让K7系列处理器能够模拟SSE，对SSE指令集进行解码。
图4 Slot A封装的第一代Athlon处理器。
K7的前端总线设计也明显优于Pentium Ⅲ，后者采用的是GTL+系统总线协议，而K7采用了DEC公司的的Alpha系统总线协议EV6。EV6总线可支持点对点布局，有着更优秀的构造；其次，EV6总线可以工作在200MHz频率下，而Pentium Ⅲ当时的外频只有100MHz，更高的外频意味着更大的内存吞吐量，终使得K7成为第一个从DDR内存中受益的处理器。
第一代经典型Athlon处理器采用插槽式的Slot A接口，板载二级缓存，它表现出强劲的整数性能和浮点性能，第一次可以在速度上战胜对手。同时，Athlon保有良好的性价比优势，在它发布之后立刻成为市场的焦点。不过，第一代Athlon仍然不够完善，比如CPU的发热量较大，缺乏成熟的芯片组支持也是致命伤，而在这一领域，VIA给过AMD大量的支持，当然VIA自身也受益匪浅。制造工艺方面，Athlon首先采用0.25微米，包括500MHz、650MHz和700MHz三个版本，都拥有半速256KB二级缓存；等到750MHz版本之后，AMD就升级至0.18微米工艺，而由于缺乏高达350MHz～400MHz的缓存，AMD不得不降低缓存的速度。750MHz、800 MHz、850 MHz的Athlon有一个2/5的缓存分配器—必须提到的是，AMD在2000年推出850MHz的Athlon，第一次在主频方面领先对手，这对它说也是个巨大的胜利。当AMD想再一次提高Athlon的速度时，他们又遇到了同样的问题，即缓存速度太低，于是他们再次将缓存速度降低到原来的1/3——经典版Athlon 900MHz、Athlon 950MHz和1GHz用的都是1/3缓存分配器。这种折衷措施让AMD第一次赢得频率大战，Athlon也成为第一款主频突破1GHz大关的CPU，当时的Pentium 3 Coppermine 866MHz根本无法与Athlon 1GHz对抗，Athlon就成为当时市场上速度快的处理器，这是英特尔第一次遭遇败绩。
面对这种情况，英特尔感到相当的恐慌，于是它们将二级缓存加到了Pent ium Ⅲ内部电路板中以加快缓存的速度，并抛弃了Slot 1接口改为Socket 370，这也就是著名的Pentium Ⅲ Coppermine处理器。Coppermine终于在主频上赶上AMD的脚步，性能也获得微幅的领先。不过英特尔来不及松口气，因为AMD专门对付Coppermine的“Thunderbird”K7内核也接着出现了。
2000年6月，代号为“Thunderbird（雷鸟）”的新一代K7处理器发布，这是第二代Athlon。Thunderbird Athlon改用插座式的Socket A接口，CPU则是采用陶瓷封装—在接口方面，AMD还是一直追随竞争对手的脚步，直到现在依然如此。与Pentium Ⅲ Coppermine类似，Thunderbird将二级缓存直接集成于芯片上，容量仍为256KB，二级缓存得以全速运行，性能提升非常显著。同时，Thunderbird也具有Athlon家族具有的强大超频能力，这一点让它饱受发烧友追捧。同时，为了与低端的Celeron处理器对抗，AMD也推出缓存减半的Duron（毒龙）处理器，它同样在性能方面取得优势。
Thunderbird也主要依赖VIA的芯片组支持，但该平台在成熟度上不及英特尔，关键的磁盘性能一直都相对落后，并且缺乏温控功能，CPU可能出现烧毁事件。PC业界自然对这样的产品不太放心，所以Thunderbird时代的Athlon主要活跃在零售市场，规模更大的OEM领域一直为英特尔所把持。Thunderbird Athlon的主频从650MHz开始，高截至1.4GHz，随后它被新一代内核“Palomino”所取代。
图5 代号“Thunderbird”的第二代Athlon处理器
Palomino内核发布于2001年10月，它采用0.18微米制造工艺，核心电压为1.75V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz。该内核的处理器也从“Athlon”更名为“Athlon XP”，这个模仿“Windows XP”的命名方式一向都是营销高手桑德斯的爱。Palomino核心Athlon XP的目标已经是Pentium 4处理器，它启用了PR标识，以扭转频率低在宣传上的劣势。Palomino在架构上仍然承袭Thunderbird，仅仅作了一些改良设计比如：增加温度监控电路、降低功耗和功率、支持SSE指令集、改良数据预取技术、提高缓存TLB的数据命中率等，处理器的封装也该为有机塑料的OPGA。这一代处理器的PR从1500+到2100+，之后被0.13微米的Thoroughbred所取代，后者由于使用新工艺，发热量更低，超频能力更强，但架构上没有什么革新。
图6 Barton核心的Athlon XP处理器，见证了K7时代的巅峰。
著名的“Bar ton”是后一代K7核心，它发布于2002年秋，Bar ton的改进就是将二级缓存提升到512KB，外频有166MHz和200MHz两种，PR在2500+到3200+之间。Barton Athlon XP拥有强悍的性能，超频能力也十分杰出，但遗憾的是容易烧毁和核心缺乏保护的缺点依然存在，另外它的性能已经落后于英特尔同时代的Pentium 4了—显然，AMD推出新一代架构的时间到了。值得一提的是，在Barton时代，NVIDIA的nForce2芯片组成为当红大热，加上原有的VIA芯片组，AMD已经拥有成熟的芯片组平台支持。
也是在2002年，年迈的桑德斯辞去首席执行官的职务，AMD结束了一个时代，海克特·鲁毅智接替桑德斯成为新的CEO。
K8降临：实现由弱至强的华丽转身
2003年9月，AMD传说已久的K8架构正式出炉，这也是AMD第八代x86处理器—K8完全贯彻了AMD自主的开发思想，支持64位x86指令，集成内存控制器的大胆设计意味着AMD成为技术风潮的领导者。K8时代一直延续至今，AMD完成了从英特尔的二流对手到能够与它完全分庭抗礼的地位。在这期间，AMD处理器从台式机PC拓展到高性能计算机、服务器、笔记本电脑等领域，同英特尔进行针锋相对的对等竞争，这一点在后来人所共知。
1.K8架构的特点
K8架构有许多独创性，其中关键点集中在64位x86指令、整合内存控制器与HyperTransport总线三个方面。我们知道，32位x86是英特尔在386时代创下的，但此后英特尔一直没有将x86扩展到64位的想法，英特尔甚至顽固地认为64位应该只给服务器市场，比如它的Itanium平台；32位用于PC，两者壁垒分明。在当时，只有高端的RISC处理器才有64位的设计，但AMD的开发团队认为64位x86是一种趋势，赶在竞争对手之前推出也可以在宣传上占据制高点。另一方面，64位指令系统不仅效能更高，而且可以管理超过4GB容量的内存——在当时4GB内存看起来大得不可思议，但今天我们回过头来，足以感受到AMD的确富有远见。
内存控制器原本是北桥芯片的功能，它主要负责内存的管理。在RISC系统中，内存控制器往往被直接整合入CPU内，这样做的好处是可以将内存响应延迟降低一半，从而显著提升系统的整体性能，缺点是失去了搭配的灵活性。在当时，内存与CPU是彼此不同的系统，芯片组厂商才是决定者，用户也更喜欢灵活搭配的法则。AMD这一次同样作风大胆，将内存控制器整合于K8内核中，这项设计也令K8架构拥有极出色的指令效能，终也迫使英特尔不得不追随。
图7 AMD64架构将x86处理器推向新的高度，AMD也由此获得与英特尔分庭抗礼的地位。
K7使用的是EV6总线技术作为前端总线，但在K8系统中，用于CPU-内存传输的前端总线已经不复存在，CPU和内存能够直接沟通，但此外CPU需要另外一种方式同芯片组以及其他的处理器相连—HyperTransport就是专为此目的开发的总线。它采用点对点串行设计，并以DDR方式工作，比如800MHz频率、16位的HyperTranspor t总线，就能提供高达6.4GB/s的带宽，并且极具拓展空间。HyperTransport总线对于AMD的服务器平台业务居功至伟，在它的帮助下，AMD可以方便地建立起任意多路Opteron系统，令Opteron在后来得以进入超级计算机市场。
除了这三项根本性的改进，K8在微架构方面也有明显提升，它依然采用三发射设计，不过其整数流水线长度提升到12级，浮点流水线则提高到17级，均比K7提高了两级，为进一步的频率提升打下基础，又保证了指令性能。其次，K8拥有128KB一级缓存和1MB二级缓存，二级缓存容量比之前的Barton增加了一倍。此外，K8可以支持增强3DNow！、SSE、SSE2指令集。至于K7易烧毁、易损坏的问题也获得完满解决：K8的封装在CPU芯片上增加了金属保护盖，内部增加温控电路，另外还增加了Cool ‘n’ Queit节能技术。
K8架构衍生出台式机的Athlon 64、服务器的Opteron和移动版的Athlon 64-M，经过多次升级和名称变动，但更多只是制造工艺、二级缓存等规格的调整，架构本身并未作多少改动——总之，在单核心时代中，K8系列同样击败同时期的Pentium 4，这个市场优势一直延续到2006年底Core微架构的出现。
图8 Athlon 64 X2处理器，两个CPU内核可以直接交换数据，无须绕道经过内存。
K8时代的双核处理器Athlon 64 X2诞生于2005年5月，当时AMD掀起了“真双核”的论战，寓意指对手的Pentium D是拼凑的货色，结果英特尔愚蠢地进行回应使口水战升级，AMD接着大张旗鼓邀请英特尔参加“双核决斗”，并找了一堆评测机构。英特尔终无奈表示希望事情终结，结果这场口水战看起来就是AMD销售人员出题，英特尔工程师老实回答的游戏。但就技术层面而言，Athlon 64 X2采用RISC处理器的做法，让两个核心分享一套内存控制器，多核协作高效进行；而Pentium D的双核沟通效率低下，加上自身效能不济，就被对手打得灰头土脸。
在K8时代，AMD平台芯片组差的弊病彻底成为历史，NVIDIA为它制造了强大的nForce家族，这一度令英特尔感到胆寒。AMD和NVIDIA有着共同的敌人，英特尔则与ATI走得很近，两者联姻呼声甚高。然而世事无常，AMD终因为财力的因素而选择并购ATI，这是发生在2006年7月的事情。AMD为此耗费54亿美金，其中的25亿美金还是贷款。在此之后，AMD元气大伤，多次面临资金用尽的困窘，后来它将沉重的半导体制造业务剥离出售，变为无工厂的IC设计商，这在后来也被证明是明智之举。
2.K10：只是一次改进式的升级
K8时代的辉煌被英特尔Cor e微架构彻底终结，后者在指令效能方面占据压倒性的优势，整体性能也遥遥领先。迫使AMD推出新一代K10内核应对—时间已经是2007年10月份。
然而，K10并不是我们想象中的全新架构，只不过是K8的深度改良。K10的技术特性主要包括以下几点：原生四核设计、引入共享的三级缓存、CPU独立的供电设计和更灵活的节能机制、HyperTransport 3.0总线技术和支持DDR2内存、SSE执行单元宽度加倍到128bit和支持AMD-V虚拟化技术。这些改良措施的确显著提升了处理器的性能，但它仍然无法与英特尔当时的Core系列产品相对抗。
K10时代AMD逐渐弱化了Athlon的品牌，启用Phenom来代替它，接口方式改为Socket AM2+（后期为AM3）。尽管没有在性能上压倒对手，但并不妨碍AMD继续提升市场份额，因为Phenom平台具有一流的性价比，AMD同时还提供三核心的Phenom，这让它在面对双核Core系列处理器时颇具物理核心的优势。另外在移动领域，AMD的Turion 64 X2获得一定的应用，但受限于电池续航力的不足，AMD在笔记本电脑仅仅是小有斩获。
在这一阶段，NVIDIA无奈退出芯片组市场，因为AMD通过并购ATI获得的芯片组业务也成熟起来，并结合ATI的显卡技术，打造强有力的3A平台，这在营销上为AMD增色不少。然而，保证性价比优势也让AMD付出惨重代价，它在并购ATI之后就连续亏损两个财年，基本属于勉强撑起CPU、图形、半导体制造共进的大局。
转机出现在2008年10月，AMD成功地完成拆分，将旗下半导体工厂出售给阿联酋阿布扎比政府，并获得84亿美元的强势注入。作个简单的计算，AMD相当于用半导体工厂换取一个ATI，还剩余出30亿美金，无论从哪个角度看，这都是个非常划算的买卖。
2008年11月，AMD高调发布代号为“Shanghai”的新一代处理器家族，主要改进在于采用45纳米SOI工艺，同时三级缓存加大到6MB，但除此之外，K10.5的内在改进委实不多，它的优点在于弹性极好，衍生出双核、三核、四核以及六核处理器，给用户丰富的选择。
图9 K10架构的Phenom处理器，籍由架构的改进，指令性能获得显著的提升，但依然落后于对手。
在K10.5的时代，AMD的芯片组和图形技术都蒸蒸日上，一改往日连续亏损的阴霾，虽然它的处理器不如对手，但图形性能却占据显著的优势，而在日常应用中，处理器性能过剩是不争的事实了，图形系统备受重视，这样整体来看，AMD平台在很多时候都更具吸引力。在2009年度，AMD获得2.93亿美元的净利润，2010年度则进一步提升至4.71亿美元，AMD终于摆脱了困境，而APU的诞生更是为它的未来发展注入澎湃动力。
融合才是未来：高瞻远瞩的APU
AMD收购ATI不久，就对外公布了Fusion混合处理器的开发计划，。在计划中，未来的CPU与GPU将被集成在一枚芯片上，两者共同分享高速缓存和内存系统，CPU和GPU之间高效地协作。
在2007年，提出这样的理念是相当前卫的——CPU与GPU处理的任务并不相同，二者的整合是否有意义？在接下来的几年，AMD不断地展示这种思路，但迟迟不见相关的产品出现，加上当时AMD境况糟糕，外界对于Fusion混合处理器也就不以为然。
2009年，英特尔抢先推出带有G P U 芯片的处理器，这便是Westmere，不过英特尔的简单做法更像是一种打击图形厂商的商业谋略，即便是现在的Sandy Bridge将CPU和GPU集成在一起，但性能与内部协助都不够出彩。
2011年3月，AMD终于发布代号为“Bobcat”(山猫)的第一款Fusion APU平台，CPU部分为精简的x86核心，GPU则基于AMD的Di rectX 11 Radeon平台，它所针对的是超轻薄笔记本电脑、上网本等市场，竞争对手是英特尔的Atom。6月，代号为Llano的主流级APU正式发布，这才是AMD真正的重头戏！Llano APU的处理器为K10.5架构， CPU均支持Turbo Core动态加速技术；集成的GPU则为Radeon HD 6500——它拥有多达400个SP单元，同HD 6570显卡相当接近。Llano APU采用32纳米SOI工艺制造，芯片集成的晶体管数量高达14亿5千万个，比英特尔Sandy Bridge四核心的9亿9500万颗晶体管多出近50%，这其中主要体现了GPU的差距。
图10 Liano APU核心结构示意，CPU与GPU高度耦合在一起，并在异构计算应用中发挥巨大威力。
针对不同的市场，Llano APU分别有A8（四核心）、A6（四核心）和A4（双核心）系列等多种配置，并且都有台式机版和移动版本。在实际测试中，台式机版本的Llano APU不负众望，它的图形性能非常抢眼，以压倒性的优势战胜英特尔Sandy Bridge核心的Core 2系列产品，弥补了CPU性能弱势的不足。
图11 AMD视异构计算为未来大的机遇，并为此调整了处理器的开发思想，步入真正意义上的融合阶段。
Llano APU一经发布，即获得市场的热烈追捧，相当出色的图形性能，一流的性价比，让消费者趋之若鹜。而Llano APU的移动版也受到笔记本电脑厂商的青睐，该芯片被大规模用于注重娱乐性的消费级笔记本电脑中。受此拉动，AMD在2011年二季度的市场份额强劲，其中台式机市场提升至28.9%，笔记本电脑市场则提升至15.2%，提升幅度为1.8%。但是在性能敏感的服务器市场，Opteron已经无昔日荣光，市场份额仅剩下5.5%。
对AMD来说，APU大的杀伤力并不是在于图形性能方面的优势，而是未来OpenCL异构计算的整合。所谓异构计算，即CPU和GPU联手共同处理计算任务，CPU更多完成整数运算，高密集度的浮点运算交给GPU负责—后者在密集计算中对于CPU有不对称的性能优势。一旦应用程序能够支持异构计算，APU平台将能够在整体性能上获得全面的领先。
对于异构计算的前瞻也直接影响到AMD新一代“Bulldozer（推土机）”微架构的开发中。“Bulldozer”值得期待的改进就是实现了四发射，这意味着AMD有机会在指令效能方面赶上对手，但“推土机”的浮点模块实际上被人为削减，AMD认为未来的浮点计算任务更多会由GPU来完成，AMD本身也有意识地推进异构应用程序的开发。由此节省出的资源则被用于整数计算模块以及GPU部分。这也意味着AMD开始以全局的视野来构建新一代处理器，而不再局限于x86或GPU自身的限制，这对于微处理器工业而言不吝是新时代的开启。
“芯”路未来
在三十余年的演进中，x86处理器迎来了发展史上真正意义的转折点：PC不再是唯一的计算终端，各种移动设备登台亮相，云计算让PC的重要性大大削弱，ARM架构开始对x86造成威胁，微软公司也放弃了多年以来的Wintel联盟，开始谋求建立自己的Win-ARM新帝国。然而，尽管面对这样的转折，但x86在未来的十年，恐怕都还是重要的架构。x86固然有着CISC指令系统低效的缺憾，可是x86的进化始终在进行：更高效的微架构、更先进的半导体工艺总是第一时间引入，英特尔与AMD的强大研发实力有目共睹，我们也期待x86在强敌出现时有惊人的表现。
