【转】20世紀末的x86神風特攻隊Cyrix
硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Cyrix(上)
by 痴漢水球
2020.05.26 04:55PM
專家觀點
硬科技
AMD
intel
處理器
x86
Cyrix
在1990年代末期，特別是1999年6月23日，AMD的K7成為x86歷史上，首次足以和Intel正面對抗效能的微架構，隨即爆發的1GHz時脈爭奪戰，又以AMD的勝利作收，加上AMD再以64位元x86指令集和K8，一度奪取好幾年的戰略主導權，奠定了Intel和AMD幾乎共同壟斷x86處理器市場的局面。
無獨有偶的，那時也差不多確立繪圖晶片市場將由NVIDIA與ATi一同主導的格局。
在這之前，特別是AMD是到了1995年，才宣佈放棄其自家RISC處理器29000系列的發展，並以8億5000萬美元併購NexGen取得Nex686設計(後來的K6)，確定集中資源在x86處理器市場，也才有後來的老二地位。
神風特攻隊駕駛員：Cyrix
公司成立時間：1988年
公司消失時間：1997年(被國家半導體併購)
員工人數：300人
最具象徵性產品：6x86(M1)
由盛而衰的轉折：6x86MX(M2)
未能實現之遺憾：7x86(M3 “Jalapeno”)
值得一提的是，AMD K5的浮點運算器，大多數還是沿用Am29050的設計(最大差別是將精度延伸到80x87的80位元)。此外，AMD曾經擁有過非常成功的快閃記憶體事業，也是為了專注於x86處理器，在2003年將其切割出去，與Fujitsu合資組成Spansion。
換言之，從1982年AMD跟Intel簽署合約，成為IBM第二個8086和8088處理器的第二供貨來源，到1999年一鎚定音的K7，這段期間，AMD只是在歷史上有如過江之鯽的「Intel腳位相容處理器」小廠中的其中一家。
1995年問世的Windows 95作業系統，引爆了前所未見的個人電腦市場爆發性成長，其激增的效能需求，也吸引了眾多的有志之士，企圖從Intel的身上，啃到一小塊利潤豐厚的肥肉。
從1995年到2000年，按照登上歷史舞台的時間，除了AMD，依序是AMD K6起源的NexGen(Nx586/587、Nx686)、設計團隊僅30人的Cyrix(6x86、6x86MX、M-II)、追求「簡單、迅速、便宜」台式風格的Centaur(WinChip系列)、背後充滿台灣資金的Rise(mP6)、曾聘用Linus Torvalds開發軟體相容x86指令集手段的Transmeta(Crusoe)，以及源自於前蘇聯超級電腦的Elbrus(E2K)，可謂x86處理器的戰國時代。
但這些廠商之中，唯一能在效能競爭與零售市場對Intel與AMD造成實質威脅者，說到底也只有Cyrix這家。
1988年成立於美國德州的Cyrix，以80387相容浮點輔助運算處理器起家，1989年上市的FasMath 83D87比Intel自家產品來快上50%，也在1991年推出80287腳位版本的FasMath 83S87。從1992年到1995年，Cyrix進一步提供「386腳位上的486」和「486腳位上的586」，在舊世代的Intel平台，提供接近新世代產品的運算效能。
相信不少有點年紀的科科，或多或少記得，在Pentium和高階486還貴的要死的年代，預算極度有限的窮學生，購入Cyrix 5x86(或AMD Am5x86)升級486電腦的場景，只為了跑得動Windows 95(雖然還是很慢)。Pentium的價格到可以讓學生勉強接受，也是1996年寒假以後的事情了。
不過在1996年2月5日，原先預計1995年第三季就該登場，因為延宕已久，被Intel Pentium Pro(1995年11月1日)後發先至，而痛失「x86處理器世上首款非循序指令執行能力」頭銜的6x86(代號M1)，卻成為「整數優異，浮點兩光，更熱更燙」的Pentium替代方案，也帶來了讓人摸不著頭緒的PR值(P-Rating)效能基準。
至於延期更久的AMD K5，則是3月27日才現身於市場，而且還是動態分支預測功能被閹割的瑕疵品(SSA/5)。在當時，根本難以像像AMD日後會成為Intel最強競爭者的那天。
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硬科技： 20世紀末的x86神風特攻隊Cyrix(中)
by 痴漢水球
2020.05.27 06:00PM
專家觀點
硬科技
AMD
intel
處理器
Pentium
Cyrix
先不論真實性，Cyrix 6x86號稱「可在第五代的平台，提供第六代的效能」，究竟是怎麼做到的？不外乎「相較於殘廢的Pentium，6x86具備2條功能完整的指令管線」和「非循序指令執行能力」。
當然，貨真價實的第六世代產品Intel Pentium Pro，除了動用節區記憶體定址的16位元程式碼效率不彰，依舊牢牢掌握著各方面的優勢。
6x86的弱點也很明顯：較落伍的製程，封印了其利於提昇時脈的深度管線；因缺乏Intel的技術授權，指令集相容性僅有486的水準，Pentium的新增指令(如知名的CPUID和RDTSC)均無緣躬逢其盛，也造成軟體相容性問題；並未整合先進可程式化中斷控制器，導致難以支援多處理器組態；落後的指令資料共用式第一階快取記憶體，成為潛在的效能瓶頸；以及最重要的，缺乏管線化的浮點運算器，使其浮點效能不彰，限制即將蓬勃發展的3D遊戲應用。
Cyrix在1997年5月30日的6x86MX(PR166-PR266，133MHz-233MHz)和1998年4月14日的M-II(PR300-PR433，225MHz-300MHz)，設法修正前代產品的缺陷，像4倍容量的第一階快取記憶體、支援MMX指令集、自行擴充EMMI指令集、改進x86指令集相容、強化動態分支預測與記憶體位址轉換效率等，但浮點運算不佳的宿疾，依舊存在。
講的更白一點，唯一有立竿見影之效的，只有拉高外頻(75MHz、83MHz、95MHz、100MHz)這檔事。
更糟的是，Intel在1997年5月7日發表Pentium II，讓尚無敵手的P6核心搶灘桌機市場(諸多科科應該記得那些「Slot 1大彈夾」)，同年4月2日，AMD K6也登場了。
由AMD、Cyrix、以及曾代工6x86的IBM與SGS-Thomson等4家廠商，加上發行微處理器報導的Micro Design Resource所驗證的PR值(Performance Rating)，更是變相承認「我的產品時脈跟不上Intel，只能透過這種讓自己產品看起來一樣好的技倆，讓自己的產品可以標上比較高的價格」，而讓「自己的產品在消費者眼中，其實怎麼看都比Intel差」。
同樣引進PR值的AMD，卻又是另一個截然不同的故事。的確AMD曾在K5/K6搞笑過，但因為後來的AMD K7和K8都是整數浮點兼備的高效能架構，對於同期Intel的產品的確擁有「下剋上」的實力，讓PR值「看起來比較像真的」。
種種因素，使得6x86難以標上比同等級Pentium更高的價格，也難以得到品牌電腦大廠的青睞，只能困在零售市場打游擊戰(反觀Compaq還曾經痴痴的等待AMD K5，甚至不惜延宕採用Pentium的產品)。當Intel的眼光盯上低價零售市場的商機，就意謂Cyrix的死期已經不遠。
1999年6月30日，國家半導體之所以宣佈出售Cyrix給VIA，導火線無非Intel在1998年底發動的高時脈Celeron大攻勢(AMD K6-2亦共襄盛舉，反正K7也快上市了，索性降價搶市場)，一口氣把Cyrix在美國零售通路的佔有率，從22%一口氣打到不到5%。至於稍晚同樣被VIA從IDT收購的Centaur，搞不好1年的WinChip銷售量，還不如Cyrix最低潮的一季。
值得一提的是，那時美國「1000美元以下低價電腦市場」，AMD K6-2的佔有率高達五成，超過Intel，不難想像Cyrix被夾殺的程度。今日各位科科耳孰能詳的「x86雙雄」共同壟斷市場的局面，就是在這時確立的。
硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Centaur WinChip (下)
by 痴漢水球
2020.08.20 03:00PM
專家觀點
硬科技
處理器
硬科技
Centaur
在21世紀初期，VIA的x86處理器有個知名的「亮點」：浮點運算器的時脈只有主頻的一半。其實這並非「為了提昇產品良率(畢竟Centaur體系浮點運算器的規格也沒比別人家暴力)」，而是創辦人Glenn Henry的名言「謀略優於電晶體("Tricks are better than transistors.")」的必然後果。
Centaur在1998年底公開WinChip 4(C4)技術細節時，宣稱他們希望可以激增處理器時脈到超過500MHz的水準(那時AMD剛展示500MHz的K7樣品)，也為此激增指令管線深度到11階。但問題來了，堅持「簡單、迅速、便宜」的Centaur並不願意重新設計深度管線的全新浮點運算器，使其跟的上倍增的目標時脈，那該怎麼辦？
Centaur索性採取便宜行事的「鋸箭大法」，一切成本至上，WinChip 4原封不動的沿用WinChip 3的浮點運算器，但時脈只跑主頻一半，一切皆大歡喜，接著就是好幾年來，VIA x86處理器的浮點效能就被Intel AMD按著頭在地上反覆摩擦，到了後期VIA C3(C5XL)才有點起色。真的是好偉大的「謀略」，厲害到讓人想科科笑都笑不出來了。
VIA在1999年先後併購Cyrix和Centaur，前者延宕已久的Cyrix Cayenne核心，歷經兩次改名，成為Socket 370腳位、代號「Joshua(約書亞)」的VIA Cyrix III處理器，總算在2000年2月22日成為市場上的真實產品。
嚴格說來，Cayenne是Cyrix M2微架構的完全體，擁有管線化的浮點運算與MMX執行單元，也支援Cyrix獨創的MMX-FP指令集，足以和同時脈Intel Pentium II一較長短，但因為真的拖延太久了，當堂堂登場時，早已落後設定的Intel對手整整3年，時不我與。但往好處想，最起碼，這還是顆像樣的超純量非循序執行處理器，不是「高科技版本的80486」。
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不過Cyrix III卻在6月6日被鳩佔鵲巢，由Centaur內部代號C5A、VIA以聖經角色Samuel命名的新核心取而代之。基於「簡單、迅速、便宜」的偉大理念，C5A核心Cyrix III並未完整繼承WinChip 4的全部特色，從外界盼望已久的超純量、非循序指令執行到動態分支預測規格通通偷工減料，依舊是顆「超級純量」x86處理器。
雖然「VIA Cyrix」品牌仍存在，但名存實亡，到了進入21世紀的2001年，Cyrix連品牌都徹底消失。VIA這決策背後的動機，除了Cyrix的東西較熱較貴、「簡單、迅速、便宜，又有超越電晶體的謀略」的Centaur比較符合VIA高層的品味，Cyrix III殺青後，VIA留不住人，既有Cyrix研發團隊形同解散，恐怕才是真正的主因。也因此，VIA的x86處理器就帶著半速浮點運算器邁入21世紀，直到2003年1月22日的後期型VIA C3 (C5XL核心)才「解除封印」。
順便一題，在2019年2月1日，AMD宣佈終止起源於Cyrix MediaGX的Geode產品線，也意謂著Cyrix技術血脈就此徹底斷絕。
靠著「簡單、迅速、便宜」和「優於電晶體的謀略」獲得重大勝利—即使並不是發生在市場上。這真的太讓人感到科科了。經過了20年，Centaur還能夠在VIA旗下繼續走多遠，就請各位科科拭目以待。
最後，請各位科科用力回想著VIA x86處理器的存在感，再跟著喊次：簡單！迅速！便宜！謀略優於電晶體！
硬科技：幻之處理器系列 VIA/Centaur的首款超純量處理器C5X(2001年)
by 痴漢水球
2023.01.26 03:53PM
專家觀點
硬科技
VIA
x86
Centaur
C5X
超純量管線
時代背景：台灣的VIA (威盛電子) 在1999年6月30日與8月5日，先後宣布購併Cyrix和Centaur，進入這塊因x86處理器雙雄在低價市場大打出手而越來越血腥的市場。但因為來自於Cyrix的人才大量流失，導致信奉「簡單 (Simple)、迅速 (Fast)、便宜 (Cheap)」的Centaur，主導了VIA後來所有x86處理器的技術發展方向。在2000年的微處理器論壇，VIA的產品時程表首度出現了Centaur首款超純量管線 (Superscalar) 的C5X，一次最多可同時執行兩個指令。只不過，C5X最後仍死在Centaur自己的手上，後面代號”Isaiah (以賽亞)” 的Nano (CN)，已經是2008年的產物了。
Centaur的創辦人Glenn Henry，出身於IBM院士，對於「最低成本」有著很堅定的執著，不僅創造了「簡單、迅速、便宜」的信條，自信「謀略重於電晶體 (在WinChip 4沿用WinChip 2的浮點運算器而搞出半速浮點運算器的傳奇故事)」，更將超純量管線與非循序指令執行等先進技術視為毒蛇猛獸 (微處理器報導戲稱Centaur做的是「超級純量 (Super Scalar)」處理器)。
硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Centaur WinChip (上)
硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Centaur WinChip (中)
硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Centaur WinChip (下)
只不過，研發出來的產品便宜歸便宜，Centaur終究得面對效能競爭力遠不如x86雙雄的事實，也因此展開C5X計畫，不僅是貨真價實的超純量管線x86處理器，支援SSE指令集，擁有強大的動態分支預測機制、倍增的內部執行單元數量與更深的指令管線。
值得注意的是，因x86指令集的編碼長度並不固定，C5X如同AMD和NexGen的作風，為了確保每個時脈週期，都可從第一階指令快取記憶體擷取兩個指令，導入可提前在快取記憶體內標定指令邊界的預先解碼 (Pre-Decode) 位元，所以讓實際所需要的容量激增了40%。
硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊NexGen Nx586/Nx686 (上)
硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊NexGen Nx586/Nx686 (下)
Centaur原先預估C5X的晶粒面積是55 mm²，看起來不大，但各位科科就太過小看VIA和Centaur對低價信仰的「虔誠度」了。
在2001年，VIA的產品時程表冒出了C5X的「對半砍版本」C5XL “Nehemiah (尼西米)”，幾乎所有規格就只有C5X的一半。只不過這時候的C5X晶粒面積膨脹到78 mm²，唯有C5XL可維持54 mm² (後來再縮小到52 mm²)，隱隱約約的讓人感受到，這踩到「某個人」心中的那條「紅線」。
就Centaur當時的立場，相較於完全體的C5X，C5XL「只」付出了10%整數與20%多媒體效能的代價，順便擺脫了半速浮點算器，新增了一個亂數產生器，卻可減少30%晶粒面積，並利於降低耗電且提昇時脈。簡而言之，C5XL「證實Centaur對簡單微架構的執著是正確的 (This verifies our belief in simple architectures)」，實現最高的經濟效益，充分滿足了Glenn Henry的信念，真是好棒棒。
但各位科科腦中絕對會浮出「本末倒置」這個成語。喂，說好的超純量管線呢？是擺明只顧成本不顧效能就對了？做出這樣的東西究竟鎖定的客戶是哪些人？Centaur和VIA通通隻字不提，繼續拼命把簡報改來改去，造就混亂異常的產品時程表。
總之，Centaur歷史上第一個超純量管線處理器就這樣默默的消失了。C5XL則變成VIA C3 (桌機)、Antaur (筆電) 和 Eden (嵌入式) 產品線的核心，後面再一步一步的發展成C5J “Esther (以斯帖)”，晶粒面積進一步縮減到31.7 mm² (IBM 0.09µm製程)，僅為WinChip 2 (95 mm²) 的三分之一。Glenn Henry這個人和他領導的研發團隊，對壓低成本的執念之深，實在讓人感到不寒而慄，也許這就是他們「工作成就感」的來源。
只不過，做出自己看得很爽的東西是一回事，市場是否願意買單那又是另一回事。這些年來，過去曾在產品開發上常跟VIA打交道的筆者，一直很納悶一件事：VIA和Centaur的「策略」到底是什麼？難不成天真的相信「只要東西夠便宜，就一定會有人掏錢」？滿滿的工程師思維？
假若要走出一條和Intel AMD截然不同的路，例如鎖定低價電腦或工控市場，原先計畫中整合北橋晶片組與S3繪圖的 “Mattew (馬太)” 才是屬於VIA的「福音」(類似Cyrix MediaGX)，但卻很快的消失在VIA那充滿聖經人名的產品時程表，不知是技術困難度太高還是商業層面的考量。但各位科科要知道，VIA足足砸了3.23億美元買下S3，這金額遠高於併購Cyrix (1.67億美元) 和Centaur (5100萬美元)，VIA不全力進攻單晶片解決方案，才是讓筆者感到詭異的地方。
最後，VIA已出售處理器與晶片組智財權給上海兆芯 (2.57億美元)，也脫手Centaur部份員工與設備給Intel (1.2億美元)，以後大概也無緣看到「彷彿上帝顯靈」的產品時程表，但Centaur能夠在x86處理器的戰場存活這麼久，再想想那麼多的「先烈」，也真的算是他們的本事了。
