硬科技:20世紀末的x86神風特攻隊NexGen Nx586/Nx686 (上)

2020.08.21 03:00PM
照片中提到了NexGen、TM、Nx586,跟Nexcare有關,包含了奔騰III 533 MHz、H`nf、產品設計、牌、英特爾

常常看到很多人提出1個共同的疑問:為何今日x86處理器市場,是由Intel和AMD聯手壟斷,幾乎沒有其他廠商的生存空間?

有經歷過1990年代中期的科科,或許多少知道,這間因創辦人Jerry Sanders那句「有晶圓廠才是真男人」而聞名的公司,在其創立於1969年後的25年內,x86處理器也並非其業務重心,而且曾經擁有過相當成功的快閃記憶體事業。AMD是到了1995年,才決定中止其自家RISC處理器Am29000的發展,將資源集中在x86處理器市場,並在2003年將快閃記憶體事業單位分割成與Fujitsu合資的Spansion,進一步累積長期對抗Intel的本錢。

也因此,AMD在x86處理器市場企圖挑戰Intel的霸權,一開始也並非一帆風順,曾被寄以厚望的「Pentium殺手(Pentium "Killer",AMD從K5開始以K作為產品世代命名由此而來)」的5K86就面臨上市一再延宕(當時最大個人電腦品牌Compaq還打算全面使用K5取代Pentium,甚至不惜延宕Pentium個人電腦的上市時程,但就一直等不到),且產品效能不彰(1996年3月27日上市的初期SSA/5版本,動態分支預測是不能動的,平白損失30%效能)的問題,可謂出師不利,前景堪慮。

在那時候,只要一提到「究竟哪間廠商有機會顛覆Intel」,大多數人第一時間會想到的是Cyrix,而不是AMD。但發生在1995年10月21日的8.65億美元NexGen併購案,卻確立了日後「x86雙雄」的格局—即使當時沒多少人預見未來的發展,Rise、Centaur、Transmeta等x86神風特攻隊還是繼續覬覦這「看起來只要咬下一小塊足以把自己養的肥滋滋」的巨大市場,然後油門踩到底地拼命向前衝。

  • 神風特攻隊駕駛員:NexGen
  • 公司成立時間:1986年
  • 公司消失時間:1995年10月21日
  • 員工人數:不明
  • 最具象徵性產品:Nx586
  • 由盛而衰的轉折:沒有
  • 未能實現之遺憾:Nx686轉生成暢銷的AMD K6,沒什麼好遺憾的,倒是原本NexGen規劃中的第七世代x86處理器(Nx786?)究竟長的如何,還讓人蠻好奇的

如果要用1句話形容NexGen和其他x86神風特攻隊的差異性,大概只有「思想遠比其他Intel競爭者先進的太多」,更遠非盲目追求「簡單、迅速、便宜」的Centaur所能望其項背。

由印度人Thampy Thomas在矽谷創立的NexGen,打從一開始就開創了「將x86指令轉譯成1到數個固定長度的類RISC微指令,以加速常用簡單x86指令的執行效率」的RISC86構想,並早在計畫中的80386相容產品中實現,時間點大略與AMD K5總工程師Mike Johnson在其知名的Stanford大學博士論文("Superscalar Microprocessor Design",日後在1991年由Prentice Hall出版成書,成為在超純量管線技術領域中的首本專書)中提出的K86差不多。

後來NexGen因初代產品設計太過複雜,竟然變成「8顆晶片」的實作品,只能放棄,等待486等級的第二代產品:代號F86的Nx586。Nx586並非超純量管線架構,但卻也是x86世界首款非循序指令執行(OOOE,Out-Of-Order Execution)與預測執行(Speculative Execution)的處理器,光憑這點,就足以在計算機工業史上流芳百世。

照片中提到了Nx586 Processor、Level 2、L2 Cache Cntr,包含了畫畫、畫畫、紙、/ m / 02csf、角度

雖然1994年3月上市的Nx586看似「超級先進的486處理器」,但除了極度開創性的處理器微架構,靠著先進的快取記憶體,效能卻能夠對抗Intel的早期Pentium。

照片中提到了LI Cache、L2 Cache、Contents,包含了角度、角度、線、點、字形

首先,Nx586採用自家定義的NexBus匯流排,不相容Intel處理器腳位,且提供了類似Intel Pentium Pro的DIB(Dual Independent Bus)、讓L2快取直接處理器核心的專用匯流排,無須耗費系統匯流排頻寬才可存取L2快取,更利於拉抬L2快取時脈(處理器的一半),大幅提昇效率。

其次,讓人更感到極度驚奇的是:Nx586的L1快取運作時脈,竟然是處理器的「2倍」,1個時脈週期內可進行2次存取,「多出來的那次」就用來跟L2快取互通有無,或著用來進行快取資料一致性協議的窺探(Snoop)。下款「2倍時脈L1快取」的x86處理器,就是Intel 90nm製程Pentium 4「Prescott」,相隔整整10年。

照片中提到了Write、Queue、L1,包含了圖、平面圖、產品設計、設計、角度

假若要說Nx586最像486的地方,恐怕就是「並未內建浮點運算器」這件事了。早期Nx586須外掛1顆Nx586浮點輔助運算器。專用的界面加上L2快取匯流排,讓Nx586的處理器腳位數(463)遠多於Pentium(296),這也增加了晶片封裝和主機板的製造成本。

除此之外,Nx586也需要專屬的系統晶片組與相對應的主機板,不僅變相提高了行銷推廣的門檻,也拉高了潛在的技術風險,像NexGen自行開發支援PCI的NxPCI晶片組,過程就不太順利,延期整整1年,這也埋下了NexGen被AMD併購後,決定讓Nx686相容Pentium腳位的種子。

照片中提到了NexGen、NX587T Corrocessor^、> P220000D P32000TM,包含了nx686、NexGen、微處理器、Advanced Micro Devices公司、中央處理器

照片中提到了Decode Unit、Prefetch Queues、Branch,包含了畫畫、畫畫、紙、產品設計、/ m / 02csf

在1995年11月,也就是貨真價實第六世代x86處理器Intel Pentium Pro登場之際,NexGen推出IBM 0.44µm製程、將Nx586和Nx587透過多晶片封裝「包」在一起的Nx586FP。

照片中提到了NexGen

不過為時已晚,不但那時NexGen已被併購(所以之後AMD用5K86出貨給已經下單購買Nx586的客戶),在1995年10月10日,NexGen更公開了後繼者Nx686的工程樣品,奠定了AMD K6的技術基礎。但AMD K6之所以能獲得重大成功,也並非因單純併購NexGen而功德圓滿,這就留待下篇Nx686再與各位科科分享。

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