X86的王朝何時會走向終結?

X86架構的長壽可謂是迄今為止信息領域最讓人驚嘆的一大科技成就。沒有人，甚至包括X86的創造者Intel，都沒有預料到X86能取得今天如此輝煌的地位。現在，經過25年的發展，本來屬於

歷史造就了X86的王者地位

    而且，在過去的十年裡，伴隨著集群計算（cluster computing）的興起，X86還正在吞噬HPC（高性能計算）市場。許多RISC/UNIX伺服器不斷地被X86/LINUX系統所取代。同時，隨著去年Apple從PowerPC轉向Intel，非X86個人電腦領域的最後一個堡壘也最終被從桌面級市場的版圖上抹去了。試想一下，假如當年IBM能夠早一點預料到桌面平台在業界的重要作用和關鍵地位，從而率先啟動PowerPC晶元在PC上的普及，或許整個計算歷史會被重寫。

    然而，歷史終究是無法被重寫的。在上世紀八十年代，當RISC陣營還沒完全反應過來的時候，Wintel平台已經吸引了大量的應用軟體，從而奠定了堅實的產業基礎。早期的軟體積累，特別是編譯器/ runtime工具軟體和系統軟體，為推動X86迅猛發展帶來了原始的動力。今天，隨著成千上萬的應用軟體跑在X86平台上，許多用戶已經無法承受遷移平台後因軟體不兼容所導致的損失。這或許就是經濟學中“富者愈富，貧者愈貧”定律在科技領域的翻版吧！X86架構的市場份額越大，就會吸引更多的軟體開發者，反過來又會促進X86份額的提升。

X86逃不出“生老病死”的輪迴

    然而，我們仍然還會碰到這樣一個問題：X86架構未來會失去它的統治地位嗎？如果是，又是如何失去的呢？業界認為，到2020年，我們就會用到基於X86 工業標準架構，使用后CMOS技術，計算規模達萬億次的處理器（和超大規模的超級計算機）。不過，“X86將死”的預言也早就存在了。因為所有的技術都有生命周期，X86也不會例外，只不過時間遲早而已。或許X86架構會在萬億次級處理器（terascale processors）時代走向消亡。

    為什麼這麼說呢？我們看到的一個現象是：摩爾定律正在失效。在採用非硅材料製造的處理器技術成熟和商業化之前——如複合半導體（compound semiconductor）、納米碳管（carbon nanotube）、納米線（nanowire）、分子電子（molecular electronic）、三維晶體管（three-dimensional transistor）設計和自旋電子（spintronic）技術等，32納米（sub-32nm）製程技術的物理特性會限制晶元上集成的晶體管數目。

    我們當然有理由相信32納米技術的一些問題最終會得到解決，但絕大多數分析家認為，基於CMOS的硅設備將在2015-2020年間某個時候走到盡頭。晶元上晶體管間隙將成為非常重要的限制因素，使得效率更高的非X86處理器架構獲得極大的優勢。

Intel和AMD的對策：改良還是拋棄？

    當然，在這種情況發生之前，Intel和AMD也一定會對X86架構進行改良和創新。比如，當前的電耗和散熱問題已經促使晶元廠商開發多核處理器和進行CPU內部結構的重新設計。不過，Intel和AMD在提升性能功耗比方面能否一直跟上市場的需求，也還值得懷疑。

    在併購了ATI之後，AMD開始進行CPU/GPU混合型晶元的開發，從理論上說，這已經開始偏離純X86兼容架構的軌道。在通用處理器中加入GPU核心，在某種程度上預示著處理器正在走向異構整合之路，其實CELL晶元是一個更早一些的例子。就X86而言，AMD還沒有宣布開發8核以上處理器的計劃。當然，如果主要客戶需要更多核心的X86方案，AMD仍然會改變方向。

    而Intel，其歷史上也有兩次試圖顛覆X86路線（不包括i432晶元）的創新，一次是i860/i960晶元，最近的一次則是安騰處理器。但i860 的失敗和安騰的前途未卜表明，即使是Intel本身也會成為X86成功現狀的犧牲品。不過，Intel還在努力。2006年，Intel展示了一塊完全非 X86架構，具有80核心的萬億次處理器的原型晶元，預計5年後才會實行商業化。下個月，在美國舊金山即將舉行的International Solid-State Circuits Conference 會議上，Intel還會展示該處理器的新一代原型。據Intel表示，“這個基於65 nm製程和採用10億晶體管的晶元，設計目標是達到每秒運行1萬億次（1 teraflops），而功耗只有98瓦。”

非X86處理器變革帶來的啟示

    另一方面，非X86處理器的最新發展或許能為X86帶來一些新的啟示：走專用處理器之路。

    Sun公司在2005年底推出了UltraSPARC T1(Niagara)晶元，並業已證明，簡化設計的專用處理器比一般通用處理器能獲得大得多的吞吐量。Sun UltraSPARC T1處理器擁有8個4路多線程核心（共32個線程），而功耗只有72瓦。該處理器在浮點計算能力方面較弱，使其並不適於科學計算，但卻非常適合於WEB伺服器和其他大量企業級應用。

    與之相反，HPC集群的倡導者之一SiCortex公司開發了一個非X86架構處理器，卻是完全針對高性能科學計算領域。

    SiCortex基於MIPS的晶元包括6個64位CPU、緩存、2個交叉存取的內存控制器、互連和交換組件、一個DMA（直接存儲器存取）引擎和一個PCI Express介面。跟典型的X86系統相比，MIPS架構的簡化特性可以獲得集成度更高、更緊密的方案，而且具有更高的性能功耗比。這種設計帶來的好處是：SiCortex公司可以將5.8萬億次和8萬億次的集群系統裝進一個機箱中，空間大大節省，電耗也只有20千瓦。該系統依靠專為MIPS設計的 GNU和PathScale編譯器以及開源Linux。

    從市場的角度來看，MIPS CPU，象許多RISC晶元一樣，也是一種高端處理器，主要針對嵌入式市場。嵌入式市場更具多樣化，比桌面/筆記本和伺服器市場要廣泛得多，如PDA、激光印表機、機頂盒、網路交換機、自動診斷控制器以及遊戲機等等。這種應用的多樣性也催生了多樣化的處理器類型，包括PowerPC、MIPS、ARM、68K、SPARC，甚至是x86，都在嵌入式設備中有大量應用。而且，由於這一市場的變化很快，因此，還沒有某一種處理器可以一統天下。

    但是，隨著非嵌入式領域對功耗、散熱和空間要求越來越高，簡化設計的嵌入式RISC處理器也越來越活躍，受到了更多關注。由於RISC架構指令相對簡單，設計簡化，因此，可以實現更多核心和更多線程的設計。這一優勢對於HPC應用來說尤其重要，因為在HPC中，并行吞吐量通常要比單線程性能更為關鍵。IBM在藍色基因超級計算機中使用更節能的PowerPC處理器就是這一策略的絕好證明。可見，x86要想在嵌入式市場有較大作為仍然面臨巨大挑戰。

    綜上所述，X86處理器統治IT通用計算領域有著歷史的必然，但走向終結也會是一種必然。因為每種技術都逃不出生命周期的輪迴，電耗、散熱、製造工藝、市場需求和競爭等因素已經向X86提出了挑戰。或許X86架構會在十年之後的萬億次級處理器（terascale processors）時代走向消亡。Intel和AMD也正在用各自的方法改良和革新各自的X86架構晶元，或走異構整合之路，或試圖摒棄X86路線。 Sun UltraSPARC T1、SiCortex、CELL等非X86處理器的策略則給X86帶來了啟示：從通用走向專用，進入市場尚未集中化的嵌入式領域。當然，一切還有待時間驗證！

IT168 洪釗峰