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我的计算机收藏之旅(7):CPU——中国缺芯之觞

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1904年、1947年和1958年,英国人和美国人分别发明了电子管、晶体管和半导体集成电路(IC),人类从此步入芯片时代。

英特尔

1957年10月,从诺贝尔奖获得者威廉·肖克利(William Shockley)门下走出了“八叛逆”,他们联合创办了曾经是世界最大、最具创新精神的半导体企业——仙童半导体公司。11年后,被誉为“硅谷之父”,也是“八叛逆”领头羊的罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)和戈登·摩尔(Gordon Moore)一起离开仙童新开了一个公司,即英特尔(Intel)。

1971年11月,英特尔为一家日本公司开发了一套芯片,把运算器、控制器和寄存器等集成为一个芯片,Intel 4004就这样无心插柳地诞生了。不过,4004并不是世界上第一个CPU,只能被称为第一款商用微处理器。Intel 4001—4004四个芯片即可组成一个微型计算机系统(见图1)。

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英特尔向CPU带头大哥迈进的道路并不平坦。

首战齐洛格

1972年,英特尔推出该公司第一款8位CPU 8008,两年后推出改进型8080。这时CPU行情看长,至少有六十多家半导体公司杀了进来,其中摩托罗拉(Motorola)对它威胁最大。英特尔和摩托罗拉苦斗不休,两家的后院相继失火:摩托罗拉部分工程师从公司出走;英特尔的研发骨干费金(Faggin)辞职,成立了齐洛格(Zilog)公司,推出功能更强劲的Z80。

1978年以后,英特尔推出8086和它的简化版8088。齐洛格针锋相对,用3年时间开发出16位的Z8000,希望给英特尔以重创,但它犯了一个致命错误:不能向下完全兼容Z80。齐洛格从此奠定了出局的命运,英特尔在此役中不战而胜。

再败摩托罗拉

与齐洛格推出Z8000同时,摩托罗拉也推出了16位的MC68000,其综合性能甚至超过英特尔的8086。

面对咄咄逼人的摩托罗拉,英特尔正面硬抗不行,转而来了一招虚的:推出100多页的《未来产品目录》,给客户画了一张大饼,成功地将客户的兴趣转移到未来产品上,巩固了客户资源。性能有时并不是决定性因素,习惯、用户体验等也很重要。

1986年9月,使用英特尔处理器的康柏(Compaq)率先推出第一台386电脑。其他公司纷纷跟进,英特尔一跃成为市场标准的制订者。后来摩托罗拉虽然推出68030,但市场越来越小,已无法对英特尔构成威胁。

力挫群雄

1985—1987年,英特尔一直处在围追堵截中,日子并不好过。一是和IBM分道扬镳。二是精简指令集(RISC)出现了,它被认为是CPU的主流架构,使用复杂指令集(CISC)架构的英特尔受到挑战。三是要继续授权给“第二供应商”生产386芯片。

英特尔见招拆招。既然IBM对386不感兴趣,那么英特尔就和另一个新崛起的PC巨头康柏联姻。面对RISC架构,英特尔兵分两路:两个开发队伍分别开始研制全新RISC架构的860处理器和X86架构改进型的80486处理器。

在授权给“第二供应商”这件事情上,英特尔的对策就是一个字——“拖”。从1987年到1994年,等起诉它的美国超微半导体公司(AMD)等赢得官司,英特尔的586芯片Pentium已经上市。英特尔把绝大多数对手都拖垮了,只有AMD坚持了下来。

1989年,英特尔的80486保持了一贯的兼容性,但在内部大胆地采用了RISC技术,英特尔从此超过日本电气(NEC),跃居为全球最大的半导体公司。

英特尔的下一个对手,是一直与它缠斗不休、系出同门的麻烦制造者——AMD。

AMD

AMD于1969年5月成立,主要创始人是杰里·桑德斯(Jerry Sanders)。若干年后,当初与英特尔对抗的德州仪器等公司要么消失,要么认输,唯有实力最弱的AMD存活下来,成为硅谷的又一个传奇。

企业有基因。桑德斯是推销员出身,家世、性格等和性情平和的诺伊斯有巨大的反差,所以AMD经常剑走偏锋、机变百出、噱头不断,但又坚韧不拔。

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山寨

AMD刚成立时规模很小,团队里推销员远多于技术人才,不可能走技术驱动的路子,桑德斯的规划是先成为一家“第二供应商”,实际就是山寨。

AMD从模仿英特尔的8080开始了自己的CPU之旅,直到80386止步,有时还仿得不老实、不厚道,也遇到过麻烦,是诺伊斯帮了它的忙。到1985年,AMD进入《财富》500强。

AMD的生存和发展,依靠英特尔完成了原始积累和技术积淀,又和英特尔不休不止地缠斗到今天。

缠斗

英特尔与AMD的缠斗大约可分为三个阶段。

(1)1993—1996年:英特尔推出Pentium和Pentium Pro,AMD还以5X86和K5,比拼的领域主要是主频,结果是英特尔胜。(2)1997—2005年:英特尔陆续推出Pentium MMX、P2-P4、Itanium等,AMD以K6、K6-3系列、Athlon XP、K8和双核Athlon 64 X2等还击,比拼的领域是多媒体性能、超频、64位、双核和多核。其中英特尔贡献了“超频王”Celeron 300A、“一代神U”图拉丁等经典,也出现了“胶水双核”“矿渣”等“昏U”。AMD的经典更多,如K6-2和龙系列的速龙(Athlon)、毒龙(Duron)、闪龙(Sempron)等。结果,无论高端还是低端,AMD都从持平到胜出,实现了历史飞跃。2000年和2005年达到顶点,AMD甚至登报公开叫阵,要与英特尔在新加坡举办双核比武。(3)2006—2015年:英特尔以雄厚的实力推出P6架构的酷睿(Core),以及Core i系列,AMD瞬间被打回原形。AMD虽然竭尽全力,推出三大“杀器”,但最终都以失败告终。

回顾AMD公司50年的历史,前半生是山寨、寄生,后半生是抗争、传奇,不失为一个让人尊敬的孤独的斗士形象。英特尔则绝大部分时间都是领跑者,很多时候可以收购或者终结AMD。但如果没有了AMD,英特尔会遭到反垄断诉讼,被迫拆分或公开技术授权,因此它需要一个对手。


中国芯路

差距

通过几个简单的事实来说明中国与最先进技术在发明时间上的差距:1957年,中国研制出锗单晶,差距为10年;1966年底,上海元件五厂的TTL电路产品通过鉴定,差距为8年;1994年,沈阳东北微电子所研制出中国第一个X86处理器,差距为16年。

追赶

其实我国早已认识到集成电路的重要性,更急于改变当时的落后面貌,但采用的是运动、会战或突击的方式,幻想以市场换技术。如早在1974年,国家就组织了大规模集成电路会战。1982年国务院成立“电子计算机和大规模集成电路领导小组”。之后国家制定“863计划”“531战略”等。

由于追赶的方法不对,以行政命令代替市场规律,以引进代替自我研制,最终的结果是资金漫撒、效率低下;技术没换来,市场失去了;时间过去了,差距拉大了。总之是弊大于利。

现状

进入21世纪,中国的努力已结出一些硕果。如北京大学程旭课题组的微处理器,星光一号、方舟一号、龙芯一号、银河飞腾FT-1500A等研制成功,上海兆芯拿到威盛的技术,比特大陆奠定挖矿“霸主”地位,中芯国际挖来世界顶尖大师等。大批人才回国,大批民企成立,中国进入海归创业和民企崛起的新时代。

在大势向好的同时也是充满坎坷,泥沙俱下。如2006年中芯第一次认输赔款,陈进“汉芯”事件,2018年红芯浏览器造假等。

缺芯之殇

中国在军事、国防等领域基本能够满足自身需要,在封闭测试环节已具有一定水平。通用芯片已形成神威等系列,嵌入式芯片形成星光等系列。

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所谓中国缺芯之殇,缺的是世界最顶级的芯片。差距主要在民用领域,如电脑芯片和应用量很大的手机芯片等。在这个变数丛生的时代,中国芯片行业暗流涌动,已经孕育着走向成功的诸多因素。

也许我们已处在巨变的前夜,中国芯特别有望在细分领域先行突破。从时间上看,5年当有小变,10年将有大成。 ■

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作者介绍
  • 中国铁路上海局集团公司徐州职工培训基地科长、工程师。

  • 历史爱好者。将中国计算机的历史以实物的形式呈现在大家面前,为保存濒临灭绝的科技文明、计算机文化尽一份绵薄之力。

  • zk1962195@163.com


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