Intel芯片设计35年：从4004到80核心

wangwei

35年前的1971年11月15日，Intel发布了自己的首款微处理器，型号“4004”，这也是首次将一台编程计算机所需的各种元素融合在一颗单独的芯片上。从此，一个崭新的微处理器时代开始了。

下边，我们就以看图说话的形式，回顾一下这些年来Intel的一些经典芯片设计，看看芯片巨头的成长之路是如何辉煌、如何艰辛。这里列出的珍贵的核心照片可不是随便什么地方都能找到的。




4004集成了2250个晶体管，各晶体管相互之间的距离是10微米，可处理4位数据，每秒运算6万次，频率108KHz，成本低于100美元。

4004的最初设计目的是为日本生产商Busicom公司提供计算部件，后者也拥有这颗芯片初期的所有权利。Intel对4004并没什么信心，因为Intel当时只是从事存储器的开发，比如只读存储器ROM“4001”、随机访问存储器“4002”、输出设备芯片“4003”，不过从4004开始，借助全新的微处理芯片，生产商可以在PC、电梯、安全气袋、照相机、电话、蜂鸣器、钥匙链、农产品等几乎所有设备中尽情发挥他们的才智了。

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1972年4月的8008是4004的继任者。一如其名，8008的处理能力也是4004的两倍，比如可处理8位数据、频率2MHz，而集成晶体管的数量达到3500。

8008是为德克萨斯终端生产商Datapoint设计的，但最终后者没能履行合同购买这一芯片，但把8008的所有权利给了Intel，包括自己开放的指令集，而正是这些指令集，最终演化成了今天x86架构基础的一部分。

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1974年4月1日的8080再次改变了微处理器行业，因为它不但具备更复杂的指令集，还采用了40针封装，这两项革新大大拓展了其能力。

8080随后成为首台个人电脑Altair(当然不是所有人都这么认为)的心脏。至于这个价格395美元、卖出了数万台的家伙为何叫Altair，据说这是《星际旅行》中企业号飞船的一个目的地。

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1978年6月9日，Intel发布了首颗x86芯片，5MHz的8086。当时，这不过是一颗通用型芯片，但在如今PC业界的地位怎么形容都不为过。转机出现在发布不久后，IBM在自己的首台PC中采用了8086的精简版8088，而这台PC也被尊为PC之父。

另外，8088还使Intel成功跻身于财富五百强行列。

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简称286的80286诞生于1982年，是Intel首颗可以运行所有为其前辈编写的软件的处理器，也就是全面向下兼容。发布6年内，286走进了全球大约1500万台PC。

为了避免过于依赖Intel作为芯片来源，IBM在二十世纪八十年代初要求Intel另找一家供应商，于是在1982年，AMD的机会来了：Intel和AMD签署了技术互换协议，使后者可以访问Intel的第二代286芯片技术。两大芯片巨头的恩恩怨怨就这么开始了。

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1985年，386诞生，相比前辈286有了巨大的飞跃，因为它是32位处理器，可以执行多任务，集成27.5万个晶体管，是4004的100多倍。

由于IBM对Intel技术态度冷淡，就给了康柏(Compaq)机会，使之得以从IBM那里攫取了不少PC市场份额。

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1989年出现的486意味着，用户可以摆脱枯燥的命令行，转到即点即到(point-and-click)的图形界面了。486首次内建了数学处理器，可以将中央处理器从繁重的复杂数学指令任务中解放出来。

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1993年3月，Intel正式发布了自己的第五代处理器Pentium，并有着一个响亮的中文名“奔腾”。这颗俗称586的处理器可以让用户更简单地处理语音、图像和手写任务，为今后的多媒体发展铺平了道路。

在386和486时代，只有十多家芯片组生产商采纳它们，Intel获得的利润也不多，但Pentium改变了一切，因为对手根本没有足够稳定的竞争武器，Chips and Technologies、VLSI、Opti等大型供应商很快就消失了。

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1995年，Pentium Pro发布，内含晶体管550万个，专为32位服务器和工作站应用设计，可以大大提速计算机辅助设计、机械工程和科学计算。

另外，Pentium Pro芯片内还有一个256KB的二级缓存芯片。

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Pentium II，不仅仅是750万个晶体管和高速缓存芯片，还有MMX技术，专为视频、音频、图像数据处理设计的多媒体指令集，不过Pentium II的供过于求导致其价格彪升，不论是高端系统，还是主流生产商，甚至二线厂商，都难以逃脱。

Pentium II还催生出了专门的服务器处理器Xeon(至强)，以满足中高端服务器工作站的性能需求。

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被中国用户称为“赛扬”或者甚至昵称为“赛羊”的Celeron处理器定位低端市场。虽然首批Celeron因为去掉了重要的二级缓存而惨遭失败，但随后大获成功，一直延续至今，尤其是当年的300A，创造了一代超频神话，也让超频这一概念走入了越来越多DIYer的心中。

1999年的Pentium III引入了0.25微米工艺，集成晶体管950万个，配备了一系列新的指令集，用于3D、语音录制等应用，设计目的是增强用户的互联网体验。

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Pentium 4诞生于2000年，生产工艺升级为0.18微米，晶体管数量也高达4200万，历经Willamette、Northwood、Prescott三代。

Pentium 4延续了Pentium系列的经典，但也陷入高频低能的死胡同，让AMD得以凭借K7系列的杰出表现出尽了风头，获得市场人心双丰收，Intel前CEO贝瑞特也为取消4GHz Pentium 4而“下跪道歉”。好在Intel底蕴丰厚，很快拿出了新的Core架构，挽回了局势。

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Montecito是Intel的第二代Itanium，也是首款双核心Itanium，是Intel推动多核心的重要棋子。它的两个核心拥有17亿个晶体管，缓存容量也高达24MB。

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先进的生产工艺一向是Intel的拿手好戏，这就是2006年1月生产的一颗实验性45nm工艺静态SRAM芯片，其中上面是缓存(153Mb)、中间是输入输出等功能电路、下面是测试器，晶体管总数超过10亿。2000年，Intel的实验性130nm工艺静态SRAM芯片只有18Mb存储容量，但面积与这颗芯片相当。

根据Intel的计划，首颗45nm工艺处理器将在2007年下半年出货。

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在2006年9月的IDF论坛上，Intel展示了一颗新的原型芯片，拥有80个核心，浮点运算性能可突破1TFlops，即每秒十万亿次运算能力。

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要说处理器技术能发展到今天还真是不容易啊

prpall