硬科技:x86在伺服器的地位是怎么来的 技术篇

这张照片应该是Dell的PowerEdge系列伺服器,如果猜错了各位科科也请不要打我。经过超过25年的努力,Intel和AMD携手建立了x86指令集相容处理器,在今日资料中心与伺服器的主宰地位,也成为各位科科习以为常的基本常识,更成为x86

这张照片应该是Dell的PowerEdge系列伺服器,如果猜错了各位科科也请不要打我。

经过超过25年的努力,Intel和AMD携手建立了x86指令集相容处理器,在今日资料中心与伺服器的主宰地位,也成为各位科科习以为常的基本常识,更成为x86双雄最重视的长期获利来源。但昔日难登大雅之堂、只能屈居个人电脑的吴下阿蒙,突破众多「RISC诸神 (MIPS, SPARC, PA-RISC, Power, Alpha)」建立的马奇诺防线,并让「诸神的黄昏」成为众多计算机组机结构正统教义派和RISC十字军不愿面对的现实,背后的因素一点都不简单。笔者就分别以「技术」和「商业」的角度,剖析为何x86可以走到这一步,然后未来又将面对哪些挑战。

x86处理器在伺服器市场最重要的一天?

1995年11月1日,Intel发表P6微架构的Pentium Pro。如同第五世代战斗机追求的4S:匿蹤 (Stealth)、超机动性 (Super Maneuverability)、超音速巡航 (Supercruise)、超战场感知力 (Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness),在1990年开始萌芽的当代高效能处理器微架构,也同样有4S:超纯量 (Superscalar)、超管线 (Superpipeline)、多处理器延展性 (Scalability)、系统管理能力 (System Management)。以4S角度与「优先权」去评析1990年代所有x86处理器的设计,是非常有趣的主题,但笔者不保证何时写出来就是了。

Pentium Pro是当时x86处理器中,唯一兼顾4S者,同期的Cyrix与AMD均望其项背,而且Pentium Pro的整数运算效能,足以跟同期高阶RISC处理器分庭抗礼 。至于浮点运算全面性超车RISC,严格说来,是SSE2指令集诞生后的事情了。

硬科技:浅谈x86的SIMD指令扩张史(上):MMX到SSE
硬科技:浅谈x86的SIMD指令扩张史(中):SSE2到SSE4
硬科技:浅谈x86的SIMD指令扩张史(下):AVX到AVX-512

讲的明确一点,Pentium Pro到底厉害在哪里?

结合高效率系统汇流排、改良后的内建式可程式化中断控制器 (APIC)、丝毫不会浪费系统汇流排频宽的独立第二阶快取记忆体,与处理器核心具备非循序记忆体存取能力,Pentium Pro替x86敲开了伺服器天堂的大门,图中描绘的P6系统架构,让Intel爽了近7年,直到被宿敌AMD用「K8大榔头(Hammer)」狠狠敲昏为止。

照片中提到了CPU O、CPU 1 * CPU 2、CPU 3,包含了游戏、线、字形、图、数

奠定x86处理器在伺服器市场不动地位又是那一天?

在1998年6月29日问世的Xeon品牌,从此成为x86伺服器的象徵,以及Intel最重要的现金母牛 (Cash Cow)。

硬科技:做为x86伺服器象徵的Intel Xeon处理器:酝酿期(1995-1998)
硬科技:做为x86伺服器象徵的Intel Xeon处理器:草创期(1998-2001)
硬科技:做为x86伺服器象徵的Intel Xeon处理器:扩张期(2001-2004)
硬科技:做为x86伺服器象徵的Intel Xeon处理器:混乱期(2004-2006)
硬科技:做为x86伺服器象徵的Intel Xeon处理器:转型期(2006-2008)
硬科技:做为x86伺服器象徵的Intel Xeon处理器:反击期(2008-2011)
硬科技:做为x86伺服器象徵的Intel Xeon处理器:暴走期(2010-2018)
硬科技:做为x86伺服器象徵的Intel Xeon处理器:钟摆期(2011-2017)
硬科技:做为x86伺服器象徵的Intel Xeon处理器:牙膏期(2017-2020)
硬科技:做为x86伺服器象徵的Intel Xeon处理器:振作期(Since 2020)

Intel在1990年代的既定战略,伺服器的大旗应由Itanium一肩扛起,那为何失败了呢?

因为Intel一连串的策略失误,加上缺乏对高阶伺服器市场的基本认知 (即使理论上有HP的丰富经验加持),让「真命天子」IA-64指令集和Itanium处理器,不得不消失在历史的洪流,也结束了Intel企图消灭80×86的野心。现在看来这「历史使命」似乎落在ARM阵营的肩上了?

回顾消失在历史洪流的Intel旗舰处理器Itanium(上)
回顾消失在历史洪流的Intel旗舰处理器Itanium(中)
回顾消失在历史洪流的Intel旗舰处理器Itanium(下)

那AMD又是如何踏入伺服器市场的?

在2002年4月24日被发布的Opteron品牌,「刚刚好」微软也在同一天宣布即将推出x86-64版本的Windows作业系统,一切都是「套招」套好的。

硬科技:做为AMD全盛时期象徵的Opteron处理器:全盛期(2003-2007)
硬科技:做为AMD全盛时期象徵的Opteron处理器:逆转期(2007-2010)
硬科技:做为AMD全盛时期象徵的Opteron处理器:崩溃期(2010-2017)
硬科技:回顾AMD Zen微架构和EPYC (上)
硬科技:回顾AMD Zen微架构和EPYC (中)
硬科技:回顾AMD Zen微架构和EPYC (下)

AMD又厉害在哪些地方?

讲白了,AMD K8从内到外的每个环节,都比照高阶RISC系统办理,假若把K7看成「x86世界的Alpha 21264」,那K8就是「穷人版的Alpha 21364」。

AMD K8微架构与Opteron的Hyper-Transport点对点系统汇流排、处理器整合记忆体控制器、更先进的MOSEI快取资料一致性协定、直奔双核心版本、强大的RAS、与诸多节能特色等优势,为x86伺服器带来前所未有的多处理器及多核心延展能力,毋须价高量少的特殊伺服器晶片组,任何一家伺服器厂商都可轻鬆打造「八处理器的x86伺服器」,这在过去,根本让人无法想像。更重要的,AMD K8带领x86进入了64位元的世界,彻底摧毁了中低阶RISC/Unix伺服器仅存的那一层脆弱保护伞。

K8激增了AMD的技术能力和市场影响力,让AMD在先进x86处理器技术领域,拥有足以和Intel平起平坐的地位。Xeon与Opteron双日争辉、各自努力的扩大x86在伺服器世界的版图。

照片中提到了CPU With Integrated Northbridge AMDA、DRAM、DRAM,跟Advanced Micro Devices公司有关,包含了超转运amd、超运输、中央处理器、皓龙

那为何RISC诸神就从此一蹶不振?只剩下IBM Power硕果仅存?

这其实商业和市场的因素比较举足轻重,就留待下一篇分晓。科科。

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