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处理器简史 08 | 频率大战一触即发,黄金时代转瞬即逝

05 月 09 日

2000 年前后,AMD 和 Intel 在 1GHz 时钟频率和 64 位架构上展开竞争。尽管 AMD 技术领先,但 Intel 凭借市场优势依然占据主导地位。


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2024 年 2 月 29 日,AMD 股价大涨 9%,公司市值达 3110 亿美元,并首度创下收盘市值站稳 3000 亿美元的记录。

对于 AMD 而言,这个数字有着非比寻常的意义:24 年前,他们的老对手 Intel 正是以 3000 亿美元的市值立于硅谷之巅。如今,Intel 的市值跌破 2000 亿美元,芯片战争的双方攻守易势,AMD 终于再一次将主动权握在手中。

在进入 21 世纪的 20 年间,Intel 与 AMD 都不约而同的经历了各自的功成名就、跌落谷底和卧薪尝胆,只是这些桥段的次序有别,使得二者的故事彼此交错,却又大相径庭。

掌门交班与时代交替

世纪交替之际,Intel 与 AMD 两家公司都迎来了重大的转变。

1998 年,Intel 的第三任首席执行官 Andrew Grove 正式卸任。在他治下,Intel 从一家存储芯片制造商转型为全球领先的 PC、服务器和通用计算微处理器制造商,市值达到了史无前例的 1970 亿美元,成为了全球第七大公司。

接替 Grove 成为首席执行官的是 Intel 总裁 Craig Barrett。相对于鼓励变革、锐意进取的 Grove,Barrett 是一位更加偏向「学院派」的领导者,他多少改变了 Grove 时期 Intel 的「对抗式」职场文化,使其更像是一家科技公司而非创业车库,从此 Intel 的决策逐渐偏向保守和稳健。在世纪初期的互联网泡沫破裂和经济大衰退中,这当然不是一件坏事。

带领 Intel 走向新世纪的 Craig Barrett。图源 Barev Armenia

AMD 这边,创始人之一和首席执行官 Jerry Sanders 也在为公司物色新的继任者。在与摩托罗拉的合作中,他挖来了对方的半导体产品部门总裁 Héctor Ruiz。2002 年,Ruiz 正式接替 Sanders 成为 AMD 的信任首席执行官,Sanders 则以总裁的身份继续工作到在 2004 年退休。Sanders 和 Ruiz 都有着卑微的出身和坎坷的成长经历,这也许是二人会产生共鸣的原因之一。不过,墨西哥移民出身的 Ruiz 并没有 Sanders 的张扬个性,而是多了一份从经验和教训中来的谨慎和坚韧。

出身平凡的 Héctor Ruiz 将为 AMD 带来改变。图源 MuyComputer

而与两大芯片公司的换帅相映衬,21 世纪开始,半导体行业发展的迅疾之势和风云莫测的局势变化令人意想不到,摩尔定律从猜想变成真理,又从真理成为魔咒,从猜疑到信奉,从信奉到打破,这似乎是半导体行业历史上最为疯狂和挣扎的时代。

白热化的 1GHz 竞赛

在获得了铜互连工艺的授权之后,AMD 以 Athlon 处理器的 K7/K75 架构为基础,于 2000 年 3 月 6 日首发了使用铜互连工艺的 Athlon Thunderbird 处理器,率先突破了 1GHz 时钟频率的大关。随后,AMD 推出了定位低端、面向入门市场的 Duron 处理器,它使用了与 Thunderbird 相同的架构,不过时钟频率较低,且只保留了 64KB 的 L2 缓存。

相较于 Intel 方面 Pentium 与 Celeron 的「一毛不拔」,Thunderbird 与 Duron 处理器都是实际上不锁倍频的 DIY 友好型产品:得益于裸露在外的倍频锁定触点,有经验的用户只需使用铅笔即可导通开关,从而实现超频,获得免费的性能提升。

至于 Intel 方面,它原本计划在 Pentium II 之后放弃 P6 架构,转而推出基于新架构 Netburst 的处理器。但到了 1999 年,Netburst 的研发进程显然还没有为商业化做好准备,P6 架构依然是 Intel 唯一的选择。

在此背景下,1999 年 2 月底推出的初版 Pentium III Katmai 处理器与前代产品非常相似,只是合并了总线,并且提升了时钟频率;受困于 250nm 制造工艺的原地踏步和低速 L2 缓存,性能相较于 Pentium II 仅有些许提升。于是,在看到 AMD 的 Thunderbird 突破 1GHz 之后,Intel 将提升 Pentium III 的时钟频率当做了头等大事。

Intel Pentium III 处理器。图源 Tom’s Hardware

1999 年 10 月,Intel 推出 Pentium III Coppermine。这个 Intel 为 Thunderbird 挑选好的竞争对手,其本质是初版 Pentium III 的更新补丁,基本沿用了 Katmai 的核心。不过,Coppermine 带来的重大改变是将原本外置的 L2 缓存移至芯片上,虽然代价是容量减少了一半(256KB),但是能以处理器的频率高速运行。Pentium III Coppermine 也是 Intel 升级到 180nm 制造工艺后的首批产品,能效有所提升。

首批 Coppermine 处理器的时钟频率最高可达 733MHz,没有赶上 1GHz 的门槛。不过,到了 2000 年 5 月,Intel 正式推出了时钟频率 1GHz 的 Coppermine 处理器,比 AMD 晚了两个月。

比较讽刺的是,虽然 Intel 热衷于维持自身在芯片领域的先行者形象,但总是在新技术的实际运用居人之后。虽然 Coppermine 一词有「铜矿」之意,但该处理器本身并没有使用铜互连工艺。

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