CPU回望 贯穿始终的40年竞争脉络

人类很多科技和工程上的突破都源自偶然。英特尔在1971年只是提供处理器的众多厂商之一，如果不是IBM选中英特尔研发生产8086处理器并推出个人PC，那么我们很可能不会看到后面的一系列事件。同样，如果不是反垄断法需要选择第二提供商，AMD也不会进入这个历史洪流。一个企业的发展，自然需要自身的奋斗，但也不能忽视历史进程的影响。回望40周年CPU发展史，每一年、每一刻都有值得回味的内容，无论是技术路线，还是市场路线，无论是企业的选择还是市场的倾向，都值得细细探索。

在2017年的时候，本刊曾做过《微型计算机》改版20周年的纪念刊。在当时的文章中，我们回顾了从1997年到2017年CPU的发展历程。

而今，站在《微型计算机》创刊40周年的时间节点上，我们再次回望，从1978年第一款x86 CPU诞生开始，延续到2017年《微型计算机》改版20周年的特刊，再接着之前的结束语，回顾2017年到2021年的发展历程。这一路的精彩，短短几页无法全部描绘，只能拾取一些闪光之处和大家共享。更多的信息，可能存在书中，也可能存在记忆中，甚至存在历史的长河中，等待你我的发掘。

AMD YES：Zen架构家族大放异彩

2017年3月，AMD发布了全新的Zen架构，其IPG性能相比之前的“推土机”系列架构最多提升了52%。实际产品方面，AMD推出了全新的锐龙“Ryzen”以及“Threadripper”品牌，前者面向普通用户，提供最多8核心的产品，后者则面向发烧友用户，提供最多16核心的产品。

如此强悍的规格和超过英特尔同期第七代酷睿系列处理器（典型代表就是酷睿i7-7700K）系列处理器的综合性能，使得英特尔无法在桌面市场上仅依靠简单调整频率就推出换代新品。在这种压力之下，英特尔在上代产品发布后仅9个月，就提前于2017年9月25日推出全新的第八代酷睿处理器。新的处理器将核心数量增加了50%，最大提供6核心规格，综合性能相比上代产品显著提升。不过在玩家最看重的游戏性能上，由于架构没有变化，提升有限。

AMD在英特尔推出了第八代酷睿系列处理器后，反应也异常迅速。2018年4月，AMD发布了锐龙2000系列处理器。锐龙2000系列处理器相比2017年发布的第一代产品，工艺由14nm更新至12nm，同时提升了频率、降低了功耗。

锐龙2000系列处理器发布后，AMD在市场上展开了大规模的宣传攻势，更好的性能、更多的核心和更合理的价格，让AMD迅速扩大了自己的市场份额。英特尔此刻承受了之前数代产品从未感受过的巨大压力。

不仅如此，AMD在之后的2018年10月，还发布了第二代Threadripper产品，直接将HEDT平台处理器的核心数量推高至最多32核心，以碾压的态势完胜市面上所有民用处理器产品，一举夺得先机。

英特尔面对激烈竞争的回应就是发布更多的新品。2018年6月8日，英特尔发布了酷睿i7-8086K处理器，用于纪念1978年6月8日发布的8086处理器开创的x86处理器40周年，这款处理器也是历史上首个默认频率高达5GHz的产品。随后的10月19日也就是上代处理器发布大约一年后，英特尔发布了第九代酷睿系列处理器，这一代产品虽然在处理器微架构上没有太多更改，但是核心数量增加至最大8核心，并且最高默认频率飙升至5GHz，比如顶级处理器酷睿i9-9900K。由于规格大幅度增加，第九代酷睿处理器面对AMD第二代锐龙处理器展现出了强悍的性能优势。为了进一步巩固这种优势，英特尔还发布了HEDT平台的酷睿i9-9980XE，不过最多只有18核心。面对竞争对手Chiplet架构的优势，英特尔传统的大核心架构日渐疲惫，难以在核心数量上反超。

AMD的Zen架构使用时间大约是3年，发布了2代产品。在进入2019年后，AMD开始频繁预告Zen 2架构。新的架构采用了全新的Chiplet模式，独立了计算核心和IO核心，并且CPU核心微架构方面进行了大幅度的改进。AMD宣称Zen 2的IPC相比Zen最多提升大约29%。2019年7月，AMD正式发布了Zen2架构的锐龙3000系列处理器，11月还发布了16核心的锐龙93950X产品。新一代处理器在单核心性能上大幅度提升，甚至在部分游戏测试中反超了英特尔，在多核心性能和综合性能方面，锐龙3000系列处理器首次将16核心下放至消费级市场，带来了无与伦比的强悍性能，甚至直接超越了英特尔HEDT平台的所有产品。

AMD的锐龙3000系列处理器给英特尔带来了巨大的压力。此时的英特尔受制于工艺问题，迟迟无法升级制程，因此只能在老1日的14nm平台上不断加强、不断推出新品。2020年5月，英特尔的第十代酷睿处理器终于发布。这一代产品依旧维持了上一代产品的微架构，只是将核心数量进一步提升至最多10个，频率最高提升到了5.3GHz。

即使这样，英特尔也无法彻底击败AMD的锐龙3000系列处理器，尤其是面对2020年1月AMD追加的最多64核心的第三代Threadripper.系列产品，就显得更為无力了。AMD全新的第三代Threadripper处理器的顶级型号锐龙Threadripper 3990X处理器，是首次在桌面平台实现64个计算核心的产品，它的多线程性能堪称恐怖，核心数量是英特尔对应产品的3倍以上，让竞争对手失去了一战之力。

Zen家族架构的传奇还没有结束。2020年11月，AMD发布了全新Zen 3架构的锐龙5000系列处理器。全新的处理器采用了IPC提升最多19%的Zen 3架构，全新的缓存架构带来了游戏性能大暴发，这也是AMD首次在游戏性能方面实现对英特尔的全面反超。

锐龙5000系列处理器的代表产品锐龙9 5950X同样维持了16个核心的规格，单核心性能和多线程性能都同样强大，是很长一段时间内消费级处理器的性能之王。

回顾历史，从2017年到2021年，AMD利用4年时间，3代架构，从低谷走到顶峰，重塑了AMD品牌和价值，AMD的股票也从2015年最低时候接近1美元每股左右，暴涨到接近150美元每股，赢得了资本市场的肯定。

一直以来，AMD品牌给世人展示的形象，都是一股不服输、一直向前冲的劲头。这个劲头AMD保持了数十年，不断披荆斩棘，直到胜利。

全面重塑：脱胎换骨的英特尔

英特尔在处理器行业一直以来都以稳定可靠著称，旗下产品性能卓越、架构先进。不过在英特尔2015年发布了Skylake微架构之后，这个情况发生了化。从2015年开始一直到2021年长达约6年时间内，英特尔一直在采用14nm工艺，CPU架构也一直都是Skylake的各种微小变化版本。虽然从性能释放、频率等角度来说，2015年的14nm工艺和英特尔2021年的，14nm工艺几乎是完全不同的产品，但是在半导体行业，工艺就是产品性能发展的核心因素。工艺进步缓慢显示出英特尔在企业发展上遇到了一些问题。

英特尔的停滞原因是多方面的，既有技术问题，也有工程问题，甚至CEO更换以及整个企业的发展思路等都可能带来这样的结果。

面对AMD的强势，英特尔也在不断地想方设法改变企业所处的境遇。在第十代酷睿系列处理器发布后，英特尔的产品在性能方面基本上无法和AMD抗衡，并且更新的10nm工艺以及全新的架构尚需时日。

为此，英特尔选择将工艺和架构脱钩，将本来为10nm或者更新工艺设计的Sunny Cove架構移植到，14nm工艺上，并将架构改名为Cypress Gove，于2021年3月推出了第十一代酷睿系列处理器。

相比之前的第十代产品，第十一代产品的单核心性能大幅度提升，其单核心IPC提升高达19%之多，典型产品酷睿i9-11900K的最高频率可达5.3GHz，集成的核芯显卡也更换成全新的Xe架构。

在新的CPU架构和高频率的支撑下，第十一代酷睿处理器在单核心性能和游戏性能上再度反超AMD Zen 3家族的锐龙5000系列产品，不过由于Cypress Cove的单个核心面积更大，14nm工艺无法容纳更多核心，因此第十一代酷睿处理器最多只有8个核心，其多核心性能相比拥有最多10个核心的前代产品基本持平，依旧不如AMD的对应产品。

在第十一代产品发布后，英特尔暂时解决了自己处理器产品全面落后于竞争对手的难题，最起码在游戏市场上扳回一盘。在这期间，英特尔发布了大量企业架构方面的更新，包括全新的IDM 2.0战略，未来的英特尔将不再仅限于在自家工厂生产CPU、GPU和芯片组等芯片，而是将广泛借助业内其他厂商的力量，来重构整个代工产业界。

在IDM 2.0的战略设想中，英特尔的工厂不仅生产自家芯片，还广泛承接业内代工业务，同时将部分其他厂商比如台积电更具有比较优势的项目外包生产，目前英特尔旗下的全新GPU系列就可能交由台积电生产，未来CPU也有可能部分交由外部代工企业生产。

显然，英特尔一方面充分发挥自己的研发优势，另一方面充分发挥自己在制造方面的比较优势，不再拘泥于过去。

接下来，英特尔重整了自己的工艺产品线，将之前的10nm、10nm SuperFin、5nm等比较难懂的名称，统一为intel 7、intel 5、intel 3以及intel 20A。尤其是intel 20A，这也是业内首次有厂商提出纳米之后新的单位“埃米”。从表面上看，英特尔此举只是调整了工艺名称，但实际上英特尔通过工艺代号和商业命名脱钩，带来了英特尔商业模式的转变，使得企业和用户更专注于产品。

在进行这些企业级改革的同时，英特尔在产品端也没有闲着，祭出了不少大招。

2021年11月，英特尔发布了第十二代酷睿系列处理器。全新一代产品采用了创新的“大小核心”架构，典型产品比如酷睿i9-12900K拥有8个性能核心和8个能效核心，其中大核心代号Alder Lake，架构代号Golden Cove，其IPC相比之前的第十一代产品的Cypress Cove提升了大约19%，进一步提高了英特尔处理器的单核心性能。

另外，第十二代酷睿系列处理器的能效核心代号为Gracemont，虽然设计更倾向于能耗比，但是其核心IPC甚至不弱于Skylake。工艺方面，第十二代处理器采用intel 7工艺，相比之前的14nm工艺有巨大优势。

第十二代酷睿系列处理器发布后的情况显示，其单核心性能以及应用性能、游戏性能面对AMD对应的产品均呈现领先的态势，之前英特尔最弱势的多核心性能方面，酷睿i9-12900K也能和AMD锐龙9 5950X打得有来有回。并且，第十二代酷睿系列处理器带来了DDR5、PCle 5.0等全新的总线技术，实现了对AMD产品在技术上的全面超越。

第十二代酷睿系列处理器的发布，向人们昭示那个锐意进取、技术领先的英特尔又回来了。

不过，正如本文在一开始就提到的那样，目前AMD也正在加强研发，并宣称将在2022年初发布增强的Zen 3架构处理器产品，在2022年中发布全新的Zen 4架构。CPU市场又一次进入了激烈竞争周期，两家主要厂商你方唱罢我登场，精彩纷呈，值得铭记。

国产处理器方兴未艾

处理器的世界不是只有英特尔和AMD，近几年，国产处理器的发展也令人眼前一亮。下面我们分别梳理—下。

龙芯系列处理器在2021年发布了新的龙芯3A5000，相比上代产品性能提升高达50%。值得一提的是，新的处理器带来了新的主指令集LoongArch，能够通过翻译层模拟兼容MIPS、ARM和x86，也就是说，新的龙芯处理器可以运行Windows和常用软件，这样一来，整个系统的适用范围就被大幅度拓展了。

龙芯是以翻译的方式运行x86指令的，还有两款处理器可以以原生的方式运行x86指令，分别来自兆芯和海光。兆芯在2020年发布了KX-6000系列芯片，采用16nm工艺，频率为2.7GHz～3GHz，处理器内部集成了内存控制器、北桥、DirectX11显示核心、USB、SATA、音频芯片、视频编解码器以及HDMI和DP输出模块，换句话来说，兆芯处理器是一个完整的片上SoC系统，不需要搭配南桥自己就可以完成绝大部分工作任务。性能方面，兆芯KX-U6780A处理器单线程性能大约是酷睿i5-7400的三成，多线程性能大约有七成，虽然在对性能要求较高的应用上存在问题，但是满足低负载的日常使用还是足够的。另外一个获得了x86授权的天津海光处理器也有不少消息披露。海光处理器的技术来源是AMD Zen架构，从部分测试成绩来看，海光处理器的性能要略弱于AMD Zen架构的第一代锐龙系列处理器，整体表现还是相当不错的。

此外，在其他类型的处理器方面，国产飞腾系列处理器、华为鲲鹏系列、中科院香山RISC-V架构都取得了长足进展，不论是软件适配还是系统搭建，目前都正在稳步推进过程中。相信用不了多久，这些设备会在不同的场合发挥出自己应有的力量。