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X86的王朝何时会走向终结
摘自《电子工程专辑》
X86架构的长寿可谓是迄今为止信息领域最让人惊叹的一大科技成就。没有人，甚至包括X86的创造者Intel，都没有预料到X86能取得今天如此辉煌的地位。现在，经过25年的发展，本来属于
低端的X86已经牢牢统治了桌面、笔记本和服务器三大市场。
历史造就了X86的王者地位
而且，在过去的十年里，伴随着集群计算（cluster computing）的兴起，X86还正在吞噬HPC（高性能计算）市场。许多RISC/UNIX服务器不断地被X86/LINUX系统所取代。同时，随着去年Apple从PowerPC转向Intel，非X86个人电脑领域的最后一个堡垒也最终被从桌面级市场的版图上抹去了。试想一下，假如当年IBM能够早一点预料到桌面平台在业界的重要作用和关键地位，从而率先启动PowerPC芯片在PC上的普及，或许整个计算历史会被重写。
然而，历史终究是无法被重写的。在上世纪八十年代，当RISC阵营还没完全反应过来的时候，Wintel平台已经吸引了大量的应用软件，从而奠定了坚实的产业基础。早期的软件积累，特别是编译器/ runtime工具软件和系统软件，为推动X86迅猛发展带来了原始的动力。今天，随着成千上万的应用软件跑在X86平台上，许多用户已经无法承受迁移平台后因软件不兼容所导致的损失。这或许就是经济学中“富者愈富，贫者愈贫”定律在科技领域的翻版吧！X86架构的市场份额越大，就会吸引更多的软件开发者，反过来又会促进X86份额的提升。
X86逃不出“生老病死”的轮回
然而，我们仍然还会碰到这样一个问题：X86架构未来会失去它的统治地位吗？如果是，又是如何失去的呢？业界认为，到2020年，我们就会用到基于X86 工业标准架构，使用后CMOS技术，计算规模达万亿次的处理器（和超大规模的超级计算机）。不过，“X86将死”的预言也早就存在了。因为所有的技术都有生命周期，X86也不会例外，只不过时间迟早而已。或许X86架构会在万亿次级处理器（terascale processors）时代走向消亡。
为什么这么说呢？我们看到的一个现象是：摩尔定律正在失效。在采用非硅材料制造的处理器技术成熟和商业化之前——如复合半导体（compound semiconductor）、纳米碳管（carbon nanotube）、纳米线（nanowire）、分子电子（molecular electronic）、三维晶体管（three-dimensional transistor）设计和自旋电子（spintronic）技术等，32纳米（sub-32nm）制程技术的物理特性会限制芯片上集成的晶体管数目。
我们当然有理由相信32纳米技术的一些问题最终会得到解决，但绝大多数分析家认为，基于CMOS的硅设备将在2015-2020年间某个时候走到尽头。芯片上晶体管间隙将成为非常重要的限制因素，使得效率更高的非X86处理器架构获得极大的优势。
Intel和AMD的对策：改良还是抛弃？
当然，在这种情况发生之前，Intel和AMD也一定会对X86架构进行改良和创新。比如，当前的电耗和散热问题已经促使芯片厂商开发多核处理器和进行CPU内部结构的重新设计。不过，Intel和AMD在提升性能功耗比方面能否一直跟上市场的需求，也还值得怀疑。
在并购了ATI之后，AMD开始进行CPU/GPU混合型芯片的开发，从理论上说，这已经开始偏离纯X86兼容架构的轨道。在通用处理器中加入GPU核心，在某种程度上预示着处理器正在走向异构整合之路，其实CELL芯片是一个更早一些的例子。就X86而言，AMD还没有宣布开发8核以上处理器的计划。当然，如果主要客户需要更多核心的X86方案，AMD仍然会改变方向。
而Intel，其历史上也有两次试图颠覆X86路线（不包括i432芯片）的创新，一次是i860/i960芯片，最近的一次则是安腾处理器。但i860 的失败和安腾的前途未卜表明，即使是Intel本身也会成为X86成功现状的牺牲品。不过，Intel还在努力。2006年，Intel展示了一块完全非 X86架构，具有80核心的万亿次处理器的原型芯片，预计5年后才会实行商业化。下个月，在美国旧金山即将举行的International Solid-State Circuits Conference 会议上，Intel还会展示该处理器的新一代原型。据Intel表示，“这个基于65 nm制程和采用10亿晶体管的芯片，设计目标是达到每秒运行1万亿次（1 teraflops），而功耗只有98瓦。”
非X86处理器变革带来的启示
另一方面，非X86处理器的最新发展或许能为X86带来一些新的启示：走专用处理器之路。
Sun公司在2005年底推出了UltraSPARC T1(Niagara)芯片，并业已证明，简化设计的专用处理器比一般通用处理器能获得大得多的吞吐量。Sun UltraSPARC T1处理器拥有8个4路多线程核心（共32个线程），而功耗只有72瓦。该处理器在浮点计算能力方面较弱，使其并不适于科学计算，但却非常适合于WEB服务器和其他大量企业级应用。
与之相反，HPC集群的倡导者之一SiCortex公司开发了一个非X86架构处理器，却是完全针对高性能科学计算领域。
SiCortex基于MIPS的芯片包括6个64位CPU、缓存、2个交叉存取的内存控制器、互连和交换组件、一个DMA（直接存储器存取）引擎和一个PCI Express接口。跟典型的X86系统相比，MIPS架构的简化特性可以获得集成度更高、更紧密的方案，而且具有更高的性能功耗比。这种设计带来的好处是：SiCortex公司可以将5.8万亿次和8万亿次的集群系统装进一个机箱中，空间大大节省，电耗也只有20千瓦。该系统依靠专为MIPS设计的 GNU和PathScale编译器以及开源Linux。
从市场的角度来看，MIPS CPU，象许多RISC芯片一样，也是一种高端处理器，主要针对嵌入式市场。嵌入式市场更具多样化，比桌面/笔记本和服务器市场要广泛得多，如PDA、激光打印机、机顶盒、网络交换机、自动诊断控制器以及游戏机等等。这种应用的多样性也催生了多样化的处理器类型，包括PowerPC、MIPS、ARM、68K、SPARC，甚至是x86，都在嵌入式设备中有大量应用。而且，由于这一市场的变化很快，因此，还没有某一种处理器可以一统天下。
但是，随着非嵌入式领域对功耗、散热和空间要求越来越高，简化设计的嵌入式RISC处理器也越来越活跃，受到了更多关注。由于RISC架构指令相对简单，设计简化，因此，可以实现更多核心和更多线程的设计。这一优势对于HPC应用来说尤其重要，因为在HPC中，并行吞吐量通常要比单线程性能更为关键。IBM在蓝色基因超级计算机中使用更节能的PowerPC处理器就是这一策略的绝好证明。可见，x86要想在嵌入式市场有较大作为仍然面临巨大挑战。
综上所述，X86处理器统治IT通用计算领域有着历史的必然，但走向终结也会是一种必然。因为每种技术都逃不出生命周期的轮回，电耗、散热、制造工艺、市场需求和竞争等因素已经向X86提出了挑战。或许X86架构会在十年之后的万亿次级处理器（terascale processors）时代走向消亡。Intel和AMD也正在用各自的方法改良和革新各自的X86架构芯片，或走异构整合之路，或试图摒弃X86路线。 Sun UltraSPARC T1、SiCortex、CELL等非X86处理器的策略则给X86带来了启示：从通用走向专用，进入市场尚未集中化的嵌入式领域。当然，一切还有待时间验证！
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