英特尔最强竞争对手的兴起与衰落
作者 | 半导体行业观察2022-01-04

毫无疑问,大多数人都熟悉英特尔和AMD、高通、德州仪器,甚至可能是VIA(威盛)——但还有另一家你们应该熟悉的处理器芯片厂商。在过去十年的大部分时间里,Cyrix以可实现的廉价PC的形式将个人电脑的世界带给数百万人,结果却被其最好的产品和无法运行一款流行游戏所扼杀,随后又与一家更大的合作伙伴进行了一次糟糕的合并。

20世纪90年代初,对桌面计算行业来说是一个奇怪的时期。尽管在微处理器领域竞争激烈,但英特尔看起来似乎仍将胜出——苹果转向IBM的PowerPC,而摩托罗拉的68K芯片则将Commodore的AmigaPC慢慢拖入了坟墓。Arm只是由苹果公司和其他几家公司点燃的一个小火焰,它几乎完全专注于为臭名昭著的Newton开发处理器。

英特尔最强竞争对手的兴起与衰落

与此同时,AMD正从二次采购英特尔处理器的负面阴影中解放出来。在克隆了几代英特尔的CPU之后,AMD提出了自己的架构,到90年代末,它在价格和性能方面都受到了好评。

这一成功至少在一定程度上要归功于Cyrix,这家公司曾有机会占领家用电脑市场,将英特尔和AMD远远地抛在身后,但最终未能成功,迅速消失在了科技的坟墓中。

谦虚的开端

Cyrix公司由JerryRogers和Tom Brightman于1988年创立,最初是制造用于286和386 CPU的高速x87数学协处理器。这些都是离开德州仪器的最伟大的人才,他们雄心勃勃,想要在自己的领域打败英特尔。

Rogers开始积极寻找美国最优秀的工程师,后来成为一名“臭名昭著”的强硬领导者,带领30人的团队完成不可能完成的任务。

该公司的第一个数学协处理器的性能比英特尔的同类处理器高出50%,而且价格更低。这使得将AMD 386 CPU和Cyrix FastMath协同处理器配对成为可能,并以更低的价格获得类似486的性能,这引起了业界的注意,并鼓励Rogers采取下一步行动,进军CPU市场。

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1992年,Cyrix推出了其第一代CPU, 486SLC和486DLC,旨在与英特尔的486SX和486DX竞争。它们还与386SX和386DX管脚兼容,这意味着它们可以作为老化的386主板的直接升级,制造商也用它们来销售廉价笔记本电脑。

这两个版本的性能都略低于英特尔486 CPU,但明显优于386 CPU。Cyrix 486 DLC无法与英特尔的486SX竞争,但它是一个完全32位的芯片,具有1KB的L1缓存,同时成本明显更低。

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当时,爱好者们很喜欢这样一个事实,即他们可以使用运行在33MHz 的486DLC来实现与运行在25MHz 的英特尔486SX相当的性能。也就是说,这并不是没有问题,因为它可能会导致一些旧主板的稳定性问题,因为这些主板没有额外的缓存控制线或CPU寄存器控制来启用或禁用板载缓存。

Cyrix还开发了一种“直接替代”的变体Cx486DRu2,随后在1994年发布了一种“时钟加倍”的版本Cx486DRx2,它将缓存一致性电路集成到CPU本身。

然而,那时英特尔已经发布了它的第一个奔腾处理器(Pentium),这使得486DX2的价格下降到了使Cyrix的替代品已经失去了吸引力的价格,因为升级到486主板比旧的386主板购买Cyrix升级处理器更便宜。当“时钟翻了三倍”的486DX4在1995年到来时,它太小了,也太迟了。

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宏碁和康柏等大型个人电脑制造商没有被Cyrix的486处理器说服,而是选择了AMD的486处理器。这仍然没有阻止英特尔花费数年时间在法庭上指控Cx486侵犯了其专利,但从未打赢过一场官司。

Cyrix和英特尔最终达成庭外和解,后者同意Cyrix有权在恰好持有英特尔交叉许可的代工厂生产自己的x86设计,如德州仪器、IBM和SGS Thomson(后来的意法半导体)。

永远不要重复同样的把戏两次,除非你是Cyrix

英特尔在1993年推出了基于新的P5微架构的奔腾处理器,并最终想出了一个适合市场的名字。但更重要的是,它提高了性能,引领了个人电脑的新时代。新颖的超标量体系结构允许它的每个时钟完成两个指令,一个64位的外部数据总线在每次内存访问时能读写更多的数据, 更快的浮点单元能够实现高达 15倍的吞吐量486 FPU,以及其他几个细节。

Cyrix接受了挑战,在这一型号甚至还没有准备好上市之前,再次为无法处理新奔腾处理器的 Socket 3主板创造了一个中间地带。它就是Cyrix 5x86,它在75MHz下提供了许多五代处理器的功能,比如奔腾和AMD的K5。

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Cyrix5x86 CPU 带散热器

该公司甚至制造了100MHz和133MHz的版本,但它们并没有真正拥有所有宣传的性能增强功能,因为如果启用它们会导致不稳定,并且超频潜力有限。所有这些都是短暂的,六个月后Cyrix决定停止销售它们,并转向另一种不同的处理器设计。

《雷神之锤》下的Cyrix

1996年,Cyrix推出了6x86 (M1)处理器,人们期待它能在Socket 5和Socket 7主板上取代性能优良的老款英特尔CPU。但这并不仅仅是预算系统的升级路径,它实际上是CPU设计上的一个小奇迹,这被认为是不可能的——它结合了RISC核心和CISC核心的许多设计方面。与此同时,它继续使用本地x86执行和普通微码,而英特尔的Pentium Pro和AMD的K5则依赖于微操作的动态转换。

Cyrix 6x86与英特尔 P54C引脚兼容,并且有6个变体,它们的命名模式令人困惑,本应表明预期的性能水平,但却不是时钟速度的实际指标。

例如,6x86 PR166+只能在133MHz的频率下运行,而且市场上认为它等同于或优于运行166MHz的Pentium, AMD以后也会复制这种策略。

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尽管如此,问题是6x86实际上把自己定义为486 CPU,因为它不支持完整的英特尔 P5指令集。这将很快成为一个问题,因为大多数应用程序开发都在缓慢地向P5 Pentium特定的优化迁移,以便使用新指令获得更多的性能。Cyrix最终通过6x86MX和6x86MII版本提高了与奔腾和奔腾Pro的兼容性。

6x86的一个巨大卖点是它的整数性能明显优于Pentium,这在大多数应用程序和游戏都依赖于整数操作的时代是一个很好的优势。有一段时间,Cyrix甚至试图为增加的性能收取额外费用,但最终这一策略失败了。

Cyrix6x86MX CPU 芯片

Cyrix6x86MX CPU 芯片

事实证明,6x86的FPU(浮点单元)只是Cyrix 80387协处理器的一个轻微修改版本,因此,比英特尔的奔腾和奔腾Pro集成的新FPU设计要慢得多。

公平地说,它仍然比英特尔80486 FPU快2到4倍,而且Cyrix 6x86在整体性能上优于英特尔的产品。但是,当软件开发者,尤其是那些制作3D游戏的开发者,看到奔腾的日益流行,选择围绕P5 FPU的优势,用汇编语言优化他们的代码时,整个等式就被打破了。

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当 id Software 在1996 年发布 Quake(雷神之锤) 时,使用 6x86 处理器的 PC 游戏玩家发现他们获得的帧速率最多达到了无法播放的 15 帧/秒,除非他们想将分辨率降低到 320 x 200,在这种情况下您需要顶级的 Cyrix 6x86MX PR2/200 CPU 才能获得每秒29.7帧的可玩性。与此同时,使用英特尔系统的游戏玩家即使在 640 x 480 的情况下也能以可玩的帧速率运行游戏。

John Carmack发现他可以在奔腾芯片上重叠整数和浮点运算,因为除了指令加载,它们都使用P5核心的不同部分。这种技术不适用于Cyrix内核,暴露了其FPU的弱点。当时的评测人员发现,在其他所有的基准测试或性能测试中,6x86 CPU都比奔腾处理器高出30%到40%。

在90年代中期,没有人知道计算的确切方向,Cyrix认为最好是优先考虑整数性能,所以它生产了一种没有指令流水线的处理器,而这一特性后来成为桌面CPU的重要组成部分。指令流水线是一种将任务划分为一组更小操作的技术,然后由处理器的不同部分以更高效的方式同时执行这些操作。Pentium处理器的FPU是流水线的,这使得处理Quake图形的浮点计算延迟非常低。

这个问题很容易解决,软件开发者已经为他们的应用和游戏发布了补丁。但idSoftware花费了太多时间围绕P5微架构设计Quake,却从未提供这样的修复方案。AMD的K5和K6 CPU的表现略好于Cyrix,但在《雷神之锤》这款非常受欢迎的游戏和新一代3D游戏中的旗舰产品方面,它们仍然不如英特尔的产品。

这使得Cyrix CPU在性能上的差距受到了严厉的批评,该公司几乎失去了许多狂热者眼中的信誉。由于Cyrix无法与大型PC OEM厂商达成合同,这对Cyrix的铁杆客户群体来说是一个特别沉重的打击。

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更糟糕的是,Cyrix是一家无晶圆厂的芯片制造商,依赖第三方制造其处理器,而这些第三方公司使用最先进的生产线生产自己的产品。因此,Cyrix处理器的工艺节点是600纳米,而英特尔的是300纳米。

效率受到了影响,这也是为什么Cyrix CPU以极热而闻名的原因——以至于热衷者们都用它们作为加热元件的热板。它们对低质量的电源过于敏感,而且它们的超频潜力也有限,但这并没有阻止人们一点点地推它们,慢慢地导致它们的死亡。

英特尔CPU霸主第一个真正对手的陨落

到1997年,Cyrix已经竭尽全力与康柏(Compaq)和惠普(HP)等公司建立合作关系,因为将其CPU集成到它们的系统中会产生稳定的收入流。它还试图起诉英特尔侵犯其在电源管理和注册重命名技术方面的专利,但这件事很快通过相互交叉许可协议得到解决,因此两家公司可以继续专注于生产更好的CPU。

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这场诉讼对这家本已囊中羞涩的公司造成了沉重打击。面对破产的前景,Cyrix同意并入国家半导体公司。这被视为一种福气,该公司最终将获得合适的制造工厂和强大的营销团队,从而能够获得大合同。IBM的制造协议维持了一段时间,但Cyrix最终将所有的生产转移到国家半导体公司。

然而事实证明,这一举动将决定Cyrix的命运。国家半导体公司对生产高性能的PC部件不感兴趣,而是想要低功耗的SoC(系统芯片)。

果然,Cyrix公司推出了广受诟病的5x86MediaGX,这是一款集成了音频、视频和内存控制器等功能的芯片,内核是5x86,运行频率为120或133MHz。它的性能很低,但它设法说服康柏在他们的低端Presario电脑上使用它。这刺激了其他OEM对6x86 CPU的胃口,Packard Bell 和eMachines就是典型的例子。

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重心的转移并没有阻止Cyrix生产更多高性能CPU的努力,但它能够兑现的承诺却很少。国家半导体最终将Cyrix卖给了中国台湾芯片组制造商威盛科技(VIA Technologies),但那时关键人物已经离开,MII CPU是一个无趣的部分,找不到买家。

Cyrix的最后一个设计是运行在300MHz的MII-433GP,由于不幸的命名方案,最终与运行在433MHz的处理器进行了比较,后者是非常优越的。当时AMD和英特尔正忙着向1GHz及以上的频率冲刺,而Arm还需要20多年的时间来挑战台式机和服务器市场这两大巨头,更不用说在移动计算市场上的霸主地位了。

VIA在使用IDT设计的WinChip3核心的处理器上使用Cyrix的名字来取代“Centaur”品牌,这是它最后的一击。美国国家半导体公司继续销售MediaGX好几年,然后在 2003 年将其更名为 Geode 并将设计出售给 AMD。

三年后,AMD展示了世界上功率最低的x86兼容CPU,其功耗仅为0.9瓦,基于Geode内核,这证明了Cyrix设计团队的独创性。

为什么Cyrix的遗产很重要

无论你是否曾经拥有过一台运行Cyrix的电脑,都应该记住该公司的遗产和经验教训。尽管Cyrix在其成立的十年间对芯片行业的影响相对较小,但它的失败证明,与提高原始时钟速度相比,改进每时钟指令数(IPC)对芯片制造商来说是一个更有成效的努力。

直到今天,英特尔和AMD都在努力提高每一代的时钟速度,但在3GHz里程碑之后,大多数真正的改进都来自于对其微架构(和缓存)核心部分的重新思考。一个显著的例子是AMD的Zen进程,在不到四年的时间里,它为单线程性能带来了68%的提升。

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Cyrix能够生存下来,并克服了来自英特尔的大量法律(以及财务)压力,英特尔在上世纪90年代起诉了CPU领域的几乎所有人。它在两个场合表明,诉讼对一个健康的市场是有害的,而交叉许可交易会导致不同公司的工程工作之间产生大量交叉,事实证明这是有益的。

Cyrix在这之前也是一家无晶圆厂的公司。如今,这已成为大多数芯片巨头的标准做法,包括AMD、高通、博通、英伟达、苹果、Marvell、紫光集团和海思半导体等依赖其他公司生产芯片的公司。

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在与美国国家半导体公司合并之前,公司的营销策略从来都不是很好,而AMD在2000年又在Athlon和Sempron处理器上犯了同样的错误。这些处理器被标记为比英特尔处理器更快,同时以较低的时钟速度运行,但这在基准测试或实际性能测试中并不总是能很好地转化。AMD 放弃了该计划,但可以说,直到今天事情仍然有点令人困惑。

如今,你不太可能在黄金回收公司和电脑爱好者的古董收藏中找到Cyrix处理器。网上有一些证据表明,基于Cyrix的台式机至少在2010年之前一直在使用,这意味着,在Cyrix基本上融入在VIA科技之后,它们又徘徊了十年。VIA持股的兆芯公司不太可能仍然使用来自Cyrix原始设计的任何东西,但只有时间才能证明他们是否吸取了教训,以纪念Cyrix的遗产。

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