CPU回望　貫穿始終的40年競爭脈絡

人類很多科技和工程上的突破都源自偶然。英特爾在1971年只是提供處理器的眾多廠商之一，如果不是IBM選中英特爾研發生產8086處理器并推出個人PC，那么我們很可能不會看到后面的一系列事件。同樣，如果不是反壟斷法需要選擇第二提供商，AMD也不會進入這個歷史洪流。一個企業的發展，自然需要自身的奮斗，但也不能忽視歷史進程的影響。回望40周年CPU發展史，每一年、每一刻都有值得回味的內容，無論是技術路線，還是市場路線，無論是企業的選擇還是市場的傾向，都值得細細探索。

在2017年的時候，本刊曾做過《微型計算機》改版20周年的紀念刊。在當時的文章中，我們回顧了從1997年到2017年CPU的發展歷程。

而今，站在《微型計算機》創刊40周年的時間節點上，我們再次回望，從1978年第一款x86 CPU誕生開始，延續到2017年《微型計算機》改版20周年的特刊，再接著之前的結束語，回顧2017年到2021年的發展歷程。這一路的精彩，短短幾頁無法全部描繪，只能拾取一些閃光之處和大家共享。更多的信息，可能存在書中，也可能存在記憶中，甚至存在歷史的長河中，等待你我的發掘。

AMD YES：Zen架構家族大放異彩

2017年3月，AMD發布了全新的Zen架構，其IPG性能相比之前的“推土機”系列架構最多提升了52%。實際產品方面，AMD推出了全新的銳龍“Ryzen”以及“Threadripper”品牌，前者面向普通用戶，提供最多8核心的產品，后者則面向發燒友用戶，提供最多16核心的產品。

如此強悍的規格和超過英特爾同期第七代酷睿系列處理器（典型代表就是酷睿i7-7700K）系列處理器的綜合性能，使得英特爾無法在桌面市場上僅依靠簡單調整頻率就推出換代新品。在這種壓力之下，英特爾在上代產品發布后僅9個月，就提前于2017年9月25日推出全新的第八代酷睿處理器。新的處理器將核心數量增加了50%，最大提供6核心規格，綜合性能相比上代產品顯著提升。不過在玩家最看重的游戲性能上，由于架構沒有變化，提升有限。

AMD在英特爾推出了第八代酷睿系列處理器后，反應也異常迅速。2018年4月，AMD發布了銳龍2000系列處理器。銳龍2000系列處理器相比2017年發布的第一代產品，工藝由14nm更新至12nm，同時提升了頻率、降低了功耗。

銳龍2000系列處理器發布后，AMD在市場上展開了大規模的宣傳攻勢，更好的性能、更多的核心和更合理的價格，讓AMD迅速擴大了自己的市場份額。英特爾此刻承受了之前數代產品從未感受過的巨大壓力。

不僅如此，AMD在之后的2018年10月，還發布了第二代Threadripper產品，直接將HEDT平臺處理器的核心數量推高至最多32核心，以碾壓的態勢完勝市面上所有民用處理器產品，一舉奪得先機。

英特爾面對激烈競爭的回應就是發布更多的新品。2018年6月8日，英特爾發布了酷睿i7-8086K處理器，用于紀念1978年6月8日發布的8086處理器開創的x86處理器40周年，這款處理器也是歷史上首個默認頻率高達5GHz的產品。隨后的10月19日也就是上代處理器發布大約一年后，英特爾發布了第九代酷睿系列處理器，這一代產品雖然在處理器微架構上沒有太多更改，但是核心數量增加至最大8核心，并且最高默認頻率飆升至5GHz，比如頂級處理器酷睿i9-9900K。由于規格大幅度增加，第九代酷睿處理器面對AMD第二代銳龍處理器展現出了強悍的性能優勢。為了進一步鞏固這種優勢，英特爾還發布了HEDT平臺的酷睿i9-9980XE，不過最多只有18核心。面對競爭對手Chiplet架構的優勢，英特爾傳統的大核心架構日漸疲憊，難以在核心數量上反超。

AMD的Zen架構使用時間大約是3年，發布了2代產品。在進入2019年后，AMD開始頻繁預告Zen 2架構。新的架構采用了全新的Chiplet模式，獨立了計算核心和IO核心，并且CPU核心微架構方面進行了大幅度的改進。AMD宣稱Zen 2的IPC相比Zen最多提升大約29%。2019年7月，AMD正式發布了Zen2架構的銳龍3000系列處理器，11月還發布了16核心的銳龍93950X產品。新一代處理器在單核心性能上大幅度提升，甚至在部分游戲測試中反超了英特爾，在多核心性能和綜合性能方面，銳龍3000系列處理器首次將16核心下放至消費級市場，帶來了無與倫比的強悍性能，甚至直接超越了英特爾HEDT平臺的所有產品。

AMD的銳龍3000系列處理器給英特爾帶來了巨大的壓力。此時的英特爾受制于工藝問題，遲遲無法升級制程，因此只能在老1日的14nm平臺上不斷加強、不斷推出新品。2020年5月，英特爾的第十代酷睿處理器終于發布。這一代產品依舊維持了上一代產品的微架構，只是將核心數量進一步提升至最多10個，頻率最高提升到了5.3GHz。

即使這樣，英特爾也無法徹底擊敗AMD的銳龍3000系列處理器，尤其是面對2020年1月AMD追加的最多64核心的第三代Threadripper.系列產品，就顯得更為無力了。AMD全新的第三代Threadripper處理器的頂級型號銳龍Threadripper 3990X處理器，是首次在桌面平臺實現64個計算核心的產品，它的多線程性能堪稱恐怖，核心數量是英特爾對應產品的3倍以上，讓競爭對手失去了一戰之力。

Zen家族架構的傳奇還沒有結束。2020年11月，AMD發布了全新Zen 3架構的銳龍5000系列處理器。全新的處理器采用了IPC提升最多19%的Zen 3架構，全新的緩存架構帶來了游戲性能大暴發，這也是AMD首次在游戲性能方面實現對英特爾的全面反超。

銳龍5000系列處理器的代表產品銳龍9 5950X同樣維持了16個核心的規格，單核心性能和多線程性能都同樣強大，是很長一段時間內消費級處理器的性能之王。

回顧歷史，從2017年到2021年，AMD利用4年時間，3代架構，從低谷走到頂峰，重塑了AMD品牌和價值，AMD的股票也從2015年最低時候接近1美元每股左右，暴漲到接近150美元每股，贏得了資本市場的肯定。

一直以來，AMD品牌給世人展示的形象，都是一股不服輸、一直向前沖的勁頭。這個勁頭AMD保持了數十年，不斷披荊斬棘，直到勝利。

全面重塑：脫胎換骨的英特爾

英特爾在處理器行業一直以來都以穩定可靠著稱，旗下產品性能卓越、架構先進。不過在英特爾2015年發布了Skylake微架構之后，這個情況發生了化。從2015年開始一直到2021年長達約6年時間內，英特爾一直在采用14nm工藝，CPU架構也一直都是Skylake的各種微小變化版本。雖然從性能釋放、頻率等角度來說，2015年的14nm工藝和英特爾2021年的，14nm工藝幾乎是完全不同的產品，但是在半導體行業，工藝就是產品性能發展的核心因素。工藝進步緩慢顯示出英特爾在企業發展上遇到了一些問題。

英特爾的停滯原因是多方面的，既有技術問題，也有工程問題，甚至CEO更換以及整個企業的發展思路等都可能帶來這樣的結果。

面對AMD的強勢，英特爾也在不斷地想方設法改變企業所處的境遇。在第十代酷睿系列處理器發布后，英特爾的產品在性能方面基本上無法和AMD抗衡，并且更新的10nm工藝以及全新的架構尚需時日。

為此，英特爾選擇將工藝和架構脫鉤，將本來為10nm或者更新工藝設計的Sunny Cove架構移植到，14nm工藝上，并將架構改名為Cypress Gove，于2021年3月推出了第十一代酷睿系列處理器。

相比之前的第十代產品，第十一代產品的單核心性能大幅度提升，其單核心IPC提升高達19%之多，典型產品酷睿i9-11900K的最高頻率可達5.3GHz，集成的核芯顯卡也更換成全新的Xe架構。

在新的CPU架構和高頻率的支撐下，第十一代酷睿處理器在單核心性能和游戲性能上再度反超AMD Zen 3家族的銳龍5000系列產品，不過由于Cypress Cove的單個核心面積更大，14nm工藝無法容納更多核心，因此第十一代酷睿處理器最多只有8個核心，其多核心性能相比擁有最多10個核心的前代產品基本持平，依舊不如AMD的對應產品。

在第十一代產品發布后，英特爾暫時解決了自己處理器產品全面落后于競爭對手的難題，最起碼在游戲市場上扳回一盤。在這期間，英特爾發布了大量企業架構方面的更新，包括全新的IDM 2.0戰略，未來的英特爾將不再僅限于在自家工廠生產CPU、GPU和芯片組等芯片，而是將廣泛借助業內其他廠商的力量，來重構整個代工產業界。

在IDM 2.0的戰略設想中，英特爾的工廠不僅生產自家芯片，還廣泛承接業內代工業務，同時將部分其他廠商比如臺積電更具有比較優勢的項目外包生產，目前英特爾旗下的全新GPU系列就可能交由臺積電生產，未來CPU也有可能部分交由外部代工企業生產。

顯然，英特爾一方面充分發揮自己的研發優勢，另一方面充分發揮自己在制造方面的比較優勢，不再拘泥于過去。

接下來，英特爾重整了自己的工藝產品線，將之前的10nm、10nm SuperFin、5nm等比較難懂的名稱，統一為intel 7、intel 5、intel 3以及intel 20A。尤其是intel 20A，這也是業內首次有廠商提出納米之后新的單位“埃米”。從表面上看，英特爾此舉只是調整了工藝名稱，但實際上英特爾通過工藝代號和商業命名脫鉤，帶來了英特爾商業模式的轉變，使得企業和用戶更專注于產品。

在進行這些企業級改革的同時，英特爾在產品端也沒有閑著，祭出了不少大招。

2021年11月，英特爾發布了第十二代酷睿系列處理器。全新一代產品采用了創新的“大小核心”架構，典型產品比如酷睿i9-12900K擁有8個性能核心和8個能效核心，其中大核心代號Alder Lake，架構代號Golden Cove，其IPC相比之前的第十一代產品的Cypress Cove提升了大約19%，進一步提高了英特爾處理器的單核心性能。

另外，第十二代酷睿系列處理器的能效核心代號為Gracemont，雖然設計更傾向于能耗比，但是其核心IPC甚至不弱于Skylake。工藝方面，第十二代處理器采用intel 7工藝，相比之前的14nm工藝有巨大優勢。

第十二代酷睿系列處理器發布后的情況顯示，其單核心性能以及應用性能、游戲性能面對AMD對應的產品均呈現領先的態勢，之前英特爾最弱勢的多核心性能方面，酷睿i9-12900K也能和AMD銳龍9 5950X打得有來有回。并且，第十二代酷睿系列處理器帶來了DDR5、PCle 5.0等全新的總線技術，實現了對AMD產品在技術上的全面超越。

第十二代酷睿系列處理器的發布，向人們昭示那個銳意進取、技術領先的英特爾又回來了。

不過，正如本文在一開始就提到的那樣，目前AMD也正在加強研發，并宣稱將在2022年初發布增強的Zen 3架構處理器產品，在2022年中發布全新的Zen 4架構。CPU市場又一次進入了激烈競爭周期，兩家主要廠商你方唱罷我登場，精彩紛呈，值得銘記。

國產處理器方興未艾

處理器的世界不是只有英特爾和AMD，近幾年，國產處理器的發展也令人眼前一亮。下面我們分別梳理—下。

龍芯系列處理器在2021年發布了新的龍芯3A5000，相比上代產品性能提升高達50%。值得一提的是，新的處理器帶來了新的主指令集LoongArch，能夠通過翻譯層模擬兼容MIPS、ARM和x86，也就是說，新的龍芯處理器可以運行Windows和常用軟件，這樣一來，整個系統的適用范圍就被大幅度拓展了。

龍芯是以翻譯的方式運行x86指令的，還有兩款處理器可以以原生的方式運行x86指令，分別來自兆芯和海光。兆芯在2020年發布了KX-6000系列芯片，采用16nm工藝，頻率為2.7GHz～3GHz，處理器內部集成了內存控制器、北橋、DirectX11顯示核心、USB、SATA、音頻芯片、視頻編解碼器以及HDMI和DP輸出模塊，換句話來說，兆芯處理器是一個完整的片上SoC系統，不需要搭配南橋自己就可以完成絕大部分工作任務。性能方面，兆芯KX-U6780A處理器單線程性能大約是酷睿i5-7400的三成，多線程性能大約有七成，雖然在對性能要求較高的應用上存在問題，但是滿足低負載的日常使用還是足夠的。另外一個獲得了x86授權的天津海光處理器也有不少消息披露。海光處理器的技術來源是AMD Zen架構，從部分測試成績來看，海光處理器的性能要略弱于AMD Zen架構的第一代銳龍系列處理器，整體表現還是相當不錯的。

此外，在其他類型的處理器方面，國產飛騰系列處理器、華為鯤鵬系列、中科院香山RISC-V架構都取得了長足進展，不論是軟件適配還是系統搭建，目前都正在穩步推進過程中。相信用不了多久，這些設備會在不同的場合發揮出自己應有的力量。