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Introduction – The Coming of Tigers
伴随着华人传统虎年的到来，在先后进行的消费类电子和移动大展CES和MWC上，采用x86架构芯片的手机产品悄然现身。而去年浮出水面的初创公司Smooth Stone也正努力将ARM架构带入服务器领域。一边是Intel/x86－现在桌面和中低端服务器计算系统的统治者，另一边则是Arm－目前移动电话处理器的领导者，两者的全面碰撞将会激起什么样的火花，本文笔者试图从巨人的过去出发，与各位一起探索它们的未来。

（1）The Origin – The Road Not Taken
（2）Performance – Yes, We can.
（3）Power – We need change.
（4）This time is different?
（5）Conclusion – It’s software and volume, stupid!
本文的第一节“The Origin – The Road Not Taken”将简要回顾x86和ARM的发展史，在第二节“Performance – Yes, We can.”中，笔者将分析ARM阵营的Cortex-A系列产品性能方面的提升，以及简要介绍ARM架构受权者Qualcomm和Marvell的自主设计高性能内核。第三节“Power – We need change.”部分则是关于Intel Atom系列产品功耗改善方面的分析。在第四节“This time is different?”中，笔者将和各位一起再次回到过去，分析90年代初业界发起针对x86的两次集体冲锋（由Apple，IBM和Motorola组成的PowerPC联盟，由Microsoft，Compaq，DEC和MIPS等组成的ACE联盟）的得和失，以及对现在“x86 Vs ARM”的启示。最后一部分则是笔者的个人预测。

（1）The Origin – The Road Not Taken
“历史不过就是轮回，数十年前的分时系统就像今天的facebook，人们在上面聊天，交换邮件，传文件，玩游戏…”－匿名

回顾Intel和ARM的历史，一个有趣的发现就是x86本是为嵌入式而生，而后经过一系列的推动和演进，才成就了今天桌面和服务器的统治地位。而ARM的第一个设计却是用于个人电脑，但最终却占据了嵌入式市场大多数份额－尤其是移动终端部分，根据ARM最新财报(4Q09)，世界上销售的每个电话平均包含2.4个ARM处理器。本节中笔者将通过两家厂商的数个关键事件来一览他们各自的发展历程。

Chapter x86

* 春天的故事：4004处理器
1960s末，当时刚成立不久，主营存储器厂商的Intel为了拓展市场，开展定制化业务，接下了来自日本电子计算器厂商Busicom的一单：为他们的桌面计算器系列产品开发芯片组。Intel的工程师Ted Hoff在审查完日本工程师的初始设计（包含15个芯片，并且使用6个晶体管的移位寄存器作为存储器）后，认为很难达到成本要求，而且Intel已经在开发3管的DRAM电路，于是提出由Intel重新设计方案，并得到了日本厂商的同意。在1969年10月签下合同之后，Intel的另一位工程师Stan Mazor设计了整个方案－采用一种“通用的芯片”处理计算逻辑。在1970年4月，Busicom工程师Masatoshi Shima抵达美国，审查Intel的进展情况－根据合同，这个时候应该已经快完成版图设计了，原计划7月完成整个设计。但Intel不知出于什么原因，在合同签订之后并没有开展实际工作。接待Masatoshi Shima的，是负责接手这个项目的工程师Frederico Faggin－刚于Shima到达的前一天由仙童半导体加入Intel。于是就有了下面一段有趣的对话：
Shima: “I’m here to check. Where is logic?”
Faggin: “Uh…oh…mmm,” [然后Faggin向Shima展示了刚刚交接过来的方案－模块结构图和设计规范等]
Shima: “No good! I had this! This is only idea. I want logic!”
Faggin: “I don’t have any logic.”
Shima: “You bad! You bad!”
Faggin: “I’m just arrived here! I just was hired yesterday!”
Shima: “You late!”
……
在这之后，这四位工程师重新设定了项目计划，然后由Frederico Faggin几乎以一己之力完成了设计。再后来，也都成了历史。而Intel，也以跳票的方式，走上了处理器开发之路。后来在IPF的开发中，这一老毛病也是反复发作－这是题外话，暂且不表。[上述这一段历史，详细可参考计算机历史博物馆“4004”35周年视频（http://www.computerhistory.org/events/index.php?id=1162597290）]

* 命运的选择：8086/8088处理器
话说开发完8080（8位处理器）之后，Gordon Moore觉得下一个处理器项目将对Intel至关重要，Intel也将用这个处理器改变世界－当然是一个更美好的世界。于是投入重金，雇用大批人马，开展了数年的研发－这个项目就是在技术圈外非常不著名的iAPX432处理器。在432处理器开发过程中，市场风云变幻，当时的竞争对手Motorola、ZiLog（由4004的开发者创办）等都是蠢蠢欲动。而通常，那些一开始就计划改变世界的伟大产品都需要很长很长的开发时间（准确地说这个时间需要长到项目失败为止）。于是Intel决定临时另派一班人马加急开发一个16位的架构，来临时替代iAPX432开发未完成时留下的空间。很快，三个星期之后，Intel工程师Stephen Morse和Bruce Ravenel等拿出了架构设计规范初稿－而这就是现在还在使用的x86指令集！一年多之后，第一款x86架构的实现－8086处理器设计完成并推向市场（1978年）。时间很快到了1981年，另一主角IBM登场了。这个时候蓝色巨人决定设计一款开放式架构的个人电脑，IBM在选择处理器时，一共评估了三款微处理器：Intel的8086，8088和Motorola的68k。其中，8086和68k都是16位内核加16位IO总线，而且从性能上讲68k比8086也略胜一筹，而8088是8086的低端版本－用8位总线接口替代了16位总线。但IBM的最终选择却是8088－原因仅仅是因为当时8位总线接口的外围器件比16位总线的外围器件价格便宜许多，而总体成本的降低有利于系统的推广。自此之后，随着IBM PC以及克隆产品的成功，x86也慢慢走上了王者之路。

* 日本沉没：Intel制造的崛起
[笔者注：这一小节主要总结自Dave House（1980s担任Intel Microcomputer Group的总经理，后担任服务器集团总裁，离开Intel之后担任Bay Network执行长，后任北电网络总裁）在Microprocessor Report上发表的文章“How Intel's Manufacturing Got Big”。结合前不久商业周刊抨击中国的半导体政策，以及现在的丰田危机，文章的内容对所有从业者来说都颇具借鉴意义。]
在1970s，Intel领导了DRAM，PROM，EPROM等各种存储器的开发，当时Intel采取的策略是在技术生命周期前期攫取高额利润。当市场容量起来之后，由于其他半导体厂商也相应具备了产品的设计制造能力，竞争压力加大，价格下滑，Intel则继续聚焦前沿技术开发，而非着力于质量和产能的提升。这一策略的结果就是：以当技术成熟时，其他厂商占据了市场领导地位。
到了八十年代，Intel遇到了日本厂商的全面挑战：一方面，日本厂商开始自己开发微处理器，试图进入这一新兴市场；另一方面，由于日本的半导体生产设备制造商，诸如Nikon等和半导体生产商密切合作，日本厂商能够先美国一步拿到一流生产设备，首先量产，并快速降低成本，抢占市场。到了八十年代中期，Intel不得不退出DRAM业务，同时遭遇了作为上市公司后的首次年度亏损。这时，为了应对半导体领导权转移的趋势。Intel做出了数项决定：一是开始注重质量提升，二是开展“Copy Exactly”计划，保证各个制造厂的生产制造流程一致（笔者注：Andy Grove曾有一个McIntel的比喻，意即要像麦当劳一样，产品和生产要保持全球一致性）。另外两个行动则是：联合其他美国厂商并协同美国政府，创立了产业联盟Sematech（笔者注：根据wikipedia，Sematech成立前五年，接受了美国政府总共5亿美金的资助），推动美国本土的半导体生产设备制造业发展。而最值得警惕的是“Japan Focus”计划。因为日本厂商的产品策略是首先应用于国内市场，成熟之后再向世界推广，依照这一策略，日本厂商占据了收音机，电视机和摄像机的市场领导地位，在新兴的微处理器市场，日本厂商也试图故技重演。而“Japan Focus”的核心就是设立贸易壁垒，到日本本土市场上干掉对手，直接摧毁其发展能力。具体措施之一就是再次联合业界和美国政府，推动了“美日半导体交易协议”（U.S.-Japan Semiconductor Trade Agreement of 1986）的签订：要求日本在十年内必须从国外的进口20％的半导体产品。当时日本国内市场消耗的半导体产品中，进口产品仅占5％。
这一系列组合拳的结果就是：美国本土的应用材料成为最大的半导体生产设备制造商，而到九十年代早期，美国政府就宣布日本半导体产品进口额已经达到20％，已经满足上述协议的条款－而其中的一半就是Intel的微处理器产品。

* RISC危机：杀手Micro－P6微架构
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* 洗心革面：x86 Anywhere

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