款款經典！商用處理器發展里程碑
CPU處理器，是整個計算機系統的核心，直接影響著整個機器系統的性能和架構，也根本上影響著基于硬件平臺的軟件生態系統。當今的平板電腦、安卓手機、iPhone、iPad、甚至是游戲機、智能設備等嵌入式系統，無不需要有一顆穩定而又高效的中央處理器來支撐。可以說，如果沒有以前一代代處理器的發展變革，就不會有當今桌面、移動等不同市場的處理器發展。
而作為處理器發展中最為值得關注的歷史，當屬上個各種“龐然大物”式的計算機的誕生，以及隨后大型機和超級計算機的不斷涌現。基于此，我們將在本文為大家盤點并介紹IT發展史上具有里程碑意義的商用處理器。
在大型機出現之前，IT業界已經出現了數百個服務器處理器。這些芯片驅動著我們整個大型計算機系統的運行，并且推動技術革新并最終促成微處理器的成型。為了讓大家了解這段歷史，我們將為大家介紹不為大多數人所知的經典處理器，以及它們所起的里程碑式的歷史性作用。
一、1941-1959首個大型機系統
自從1945年出現首個現代可編程計算機——Konrad Zuse設計世界上首個完備程控功能的圖靈計算機Z3，計算機芯片就爆發式涌出。五年之后，出現了ENIAC(如圖所示)，該計算機采用了17468個真空管，7200個水晶二極管，1500個中轉，70000個電阻器，10000個電容器，1500繼電器。
UNIVAC——首個商業計算機，采用了主頻為2.25MHz的處理器。1954年，貝爾實驗室研制成功第一臺使用晶體管線路的計算機，取名“催迪克”(TRADIC - Transistorized Airborne Digital Computer)，裝有800個晶體管。1959年，IBM 7090是早期晶體管計算機系統最有名的機器，它也被人稱為首個大型機。它提供有32K(32768)的尋址空間，在當時的售價高達290萬美元，相當于現在的2280萬美元。
二、1964-1965：IBM System/360和M65MP
在1964年，IBM發布了其System/x 系列System/360。直到現在，該系列產品仍能夠支持64位zSeries架構(2000年首次露面 )。System系列也包括于1970年推出的System/370和1990年推出的System/390。
System/360的首個處理器是M65MP(Model 65)。該處理器采用16-32位通用寄存器，支持24位指令集。其最大性能為每秒 750000的加法運算。IBM System/370則采用了Model 155和165處理器，該處理器的計算周期為80-115 nanoseconds(nanosecond 為十億分之一秒，代表執行一個指令所花費的時間。)
370和303x、43xx、308x、3090和937x系列出現重大革新，直到鄰近1988年，其處理速度發展到了68 nanoseconds，而且hia 包括了32MB的處理器存儲空間。System S/390引入了18種不同的ES/9000處理器——其中八種處理器采用水冷、支持6路多線程和高達1GB內存。該系列處理器發展到了2000年的zSeries系列。現在，IBM已經可以提供45nm制程工藝的z196旗艦級大型機處理器(該處理器擁有14億個晶體管，主頻高達5.2GHz)。
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三、1979：摩托羅拉68000
摩托羅拉68000型中央處理器，或稱MC68000，是由美國摩托羅拉公司的半導體部門(現已獨立成為飛思卡爾公司 (Freescale))出品的一款16/32位CISC(復雜指令集)微處理器。作為M68K處理器系列的第一個成員，MC68000于1979年投放市場。由于內部使用32位總線和寄存器，它在軟件層(指令集)上基本與隨后的純32位產品保持兼容。
68000首先被應用于許多高端產品中，如多用戶微型計算機WICAT 150及阿爾法微系統的一些早期計算機等。單用戶工作站如惠普公司的HP 9000/200、太陽微系統的Sun-1;圖形終端如DEC的VAXstation 100和Silicon Graphics的IRIS 1000均使用68000。許多Unix系統也開始使用68K系列CPU。
四、1985年：MIPS R2000
MIPS是比較流行的一種RISC處理器。MIPS R2000是全球第一款RISC架構的處理器，雖然與英特爾的386處理器和摩托羅拉m68K面向微計算機不同，但它也有自己的定位。主要面向高端服務器，當然在一些數碼設備和Kendall Square研究中心超級計算機中也有應用。隨后在1995年推出的R400成為首個64位RISC處理器。1992年，SGI收購MIPS公司。
五、1985：ARM1
ARM，近幾年逐漸被更多人所知。曾經一度它也是入門服務器領域最具聲望的公司，不過它的歷史追溯至1985年，而且其處理器還是由VLSI生產。在這之前有一家名為Acorn的公司出售了一個Acorn RISC Machine的計算機。ARM在1990年開始開發RISC架構處理器，其首個嵌入式ARM6處理器核心在1991年的正式被發布(基于ARMv3架構)。
目前的Cortex產品家族基于ARMv7內核。早期客戶包括當今火熱知名的蘋果都使用了ARM的技術(Newton Message Pad)。盡管如此，ARM通過授權生產ARM處理器，但至今并未真正進入服務器領域。在2013或者2014年，我們將有望看到首個基于ARM架構的64位服務器。
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五、1987：Sun Sparc
1986年，Sun公司推出了首個Sparc(Scalable Processor ARChitecture，可擴展處理器架構)。但在此之前，也就是1985年，Sun公司就已經開發出了整套指令集架構。Sun公司的首個商用處理器為Sparc v7——32位的RISC架構處理器，用來取代摩托羅拉68000系列，在Sun-4工作站上首次得以亮相。這款處理器采用SPARC V7架構，采用0.8微米工藝，主頻只有16MHz。
第一款SPARC處理器規格雖然和現今的處理器無法相提并論，每秒僅可處理1000萬個指令，但是這比當時的復雜指令集計算機(CISC)處理器要快三倍。隨后，SPARC架構被完全授予給了Sun，而SUN前幾年被甲骨文收購。近年Sparc處理器為富士通的SPARC64 VIIIfx，它和甲骨文的Sparc T4都被應用在Riken超級計算機中。
六、1989：Unisys SCAMP
在1989年，Unisys發布了Micro A——首個桌面單片大型機系統。該計算機整合了48位的SCAMP半導體芯片(Single Chip A -series Mainframe Processor)，該芯片具有1000萬個晶體管，并且以A1型命名首次發布。隨后在1990年，陸續發布了A4和A6。
該設計保護了主CPU——Unisys采用了主頻為16MHz的英特爾386處理器，以及容量為12MB的周邊10個SRAM芯片。A1也采用了英特爾286協處理器，而且也是首次專門針對臺式空間設計的高端服務器系統。在當時，Unisys對A1系統的定價為25000美元以上。
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七、1990：IBM Power1
1990年，IBM為PowerServer和PowerStation工作站推出了基于RISC(精簡指令集)系統的第一代POWER處理器，為IBM今日在UNIX領域的輝煌奠定了基礎。該處理器的主頻為20MH、25MHz和30MHz。32位的這款Power1也是IBM的首個RISC處理器。該處理器采用了1000nm制程工藝制造，擁有690萬個晶體管。
搭載此芯片的火星探路者協助人類完成一次對宇宙空間的成功探測。POWER1是當時最強大的服務器處理器，與當時其他的RISC處理器不同，POWER1進行了功能劃分，這為這種功能強大的芯片賦予了超量計算的能力。它還有單獨的浮點寄存器，可以適應從低端到高端的 UNIX 工作站。
最初的 POWER1 芯片實際上是在一個主板上的幾個芯片，后來很快就變成一個 RSC(RISC 單一芯片)。隨后，IBM從1991年的 Power1升級到了62.5MHz的Power2(1992年)。目前最高版本為5.2GHz的Power7+。
八、1992：DEC Alpha 1
Alpha芯片是一種基于64位的RISC架構處理器，它被用來取代Digital Equipment的32位CISC VAX計算機。Alpha的首個處理器主頻為150MHz，其性能可達150 MFlops和200MIPS。
1993年發布了第二代的Alpha(Alpha 2)，該處理器主頻為299MHz，性能為400MIPS/200 MFlops。該處理器在當時非常有名，但價格也十分高昂。后來，DEC被康柏電腦公司收購，2001年康柏又被惠普收購。這其實對于英特爾來說面臨著不少困難。因為英特爾需要Alpha的知識產權和專利，從而為其安騰處理器的開發提供更多幫助。2001年的時候，英特爾從惠普手中 購買了與此相關的所有專利——這就無形中為惠普脫離開發周期長、成本高而且客戶又少的領域提供了出口，但英特爾從此又多了一個安騰平臺。
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九、1995：英特爾Pentium Pro
1989年，英特爾在RISC處理器服務器市場上并未獲得預期成果。i860/960一路慘敗。然而，Pentium Pro x86處理器卻獲得巨大成功，可以說是英特爾服務器處理器發展史的一個突破口。
英特爾通過該處理器，進入了當時堪稱處理器數量最多的超級計算機ASCI Red系統，并聲稱能搭配世界紀錄實現。9298個主頻為200MHz的Pentium Pro處理器，能幫助該超級計算機實現1TFlop(1萬億次計算)的計算性能。
該處理器是英特爾第六代x86處理器，也被稱為P6或者i686。當時，英特爾還原本打算利用Pentium Pro來取代 Pentium/Pentium MMX，但因為專注于服務器和工作站領域而擱置了該計劃。
Pentium Pro處理器采用了500nm和350兩種制程工藝制造，擁有550萬個晶體管(常規的Pentium MMX僅有450萬個晶體管)，主頻為200MHz，并在1998年最終退出市場。
十、1998：Pentium II Xeon/Xeon
Pentium Pro最終被Pentium II Xeon取代。相比前代和Pentium系列產品，Pentium II Xeon最大的改進在于其二級高速緩存。Pentium II提供512KB，而Xeon最大可達2MB。
Pentium II Xeon是英特爾公司細分市場的重要步驟，Xeon系列處理器主要設計運行商業軟件、Web服務、數據儲存、數據歸類、數據庫、自動化設計等。它不僅改變了服務器市場，也改變了工作站市場。借助Pentium II Xeon，可以使用工作站進行汽車、房屋、橋梁等設計工作，也可以幫助人們進行CAD、計算機動畫設計、3d游戲開發和數據庫管理。
Pentium II Xeon集成有750萬個晶體管，它采用了Slot 2插槽技術，被安裝一個金屬外殼中，然后通過邊緣連接觸點插在主板上，類似于常見的PCI或ISA擴展卡插槽。每個Slot 2處理器使用330個連接觸點，相比每個Slot 1 CPU使用242個連接觸點，封裝Pentium II Xeon的金屬外殼會比Slot 1所用的略大。
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十一、2001：英特爾Itanium
自從甲骨文和惠普發生就安騰提交法院進行訴訟以來，可以說安騰是迄今為止最受爭議的處理器。Itanium處理器代號為Merced，是英特爾第一款專門應用在高端企業級64位技術環境中的產品(Intel Architecture 64，簡稱IA-64架構)。這是為頂級、企業級服務器及工作站設計的，體現了一種全新的設計思想，完全是基于平行并發計算而設計(EPIC) 。
在2001年推出的安騰處理器，其主頻為733MHz起跳，最高800MHz。在2002年，英特爾發布了Itanium 2，在2010年發布Itanium 9300，并且有望在今年年底推出Poulson安騰處理器(包含31億個晶體管，32nm制程)。安騰處理器可以應用在高性能計算(包括電子交易安全處理、超大型數據庫、電腦輔助機械引擎、尖端科學運算等)等應用領域。
十二、一路坎坷的AMD皓龍
經過幾年的努力，AMD在2003年推出了其處理器核心Sledgehammer(K8)。作為服務器的變種Opteron(皓龍)，該架構在2003年首次亮相。它也是AMD首個64位處理器。2005年，AMD對該雙核皓龍處理器進行升級，并在2007年推出了四核的K10 Barcelona皓龍處理器。目前皓龍處理器基于推土機(Bulldozer)架構核心。
在2005至2006年的時候，AMD的皓龍處理器系列還能與英特爾相抗衡。在當時，AMD的處理器以高性能、低能耗的優勢而對英特爾的Netburst架構造成巨大威脅。并曾經一度從英特爾x86至強服務器市場上獲得更多市場份額。
但從皓龍Barcelona開始，由于出現了一個致命性的TLB bug，使得AMD處理器市場份額出現嚴重下滑。而如今，AMD旗艦產品 ——十六核心、基于32nm Interlagos內核的皓龍處理器，可實現從1.6GHz起跳，最高支持到2.6GHz。但就主頻來說，也就是比2003年推出的單核主頻略高一些而已(1.4GH-2.4GHz) 。
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十三、Xeon LV映射至強發展轉折點
隨著Netburst架構的淘汰，英特爾開始從根本上改變以前一味提高主頻實現更高性能的做法。體現這種轉變的首個處理器為 Xeon LV，該處理器基于65nm的Sossaman——與同是65nm的Pentium M Yonah極為接近。但是，它是一款32位的處理器而且只針對服務器應用而設計。
2006年，英特爾迎來了64位、采用65nm制程工藝的處理器，并通過雙核至強(基于Woodcrest核心)在2006年成功擊敗AMD的皓龍處理器。2007年，英特爾推出基于Clovertown 的四核至強處理器。整體而言，這種策略一直延續至今基于Sandy Bridge架構的至強處理器。
十四、英特爾Atom：命運發生扭轉
Atom(凌動)最早是在2008年由英特爾公司推出。該處理器主要面向的是移動設備和入門級臺式機——而并非服務器。要知道，該處理器非常廉價(每個6美元)，而且還不失高性能，能滿足大批量、快速業務處理的要求。
Atom確定了巨大成功，但在2010年由于上網本市場需求出現了萎縮，使得英特爾需要為該處理器開拓新的市場。自然而然地，在最新的32nm Cedarview平臺上，Atom順利進入微服務器市場。
那么，未來處理器將走向何方呢?毋庸置疑，下一代的處理器勢必會比上一代的處理器性能更強、能耗更低。從超級計算機到主流的服務器市場，未來的處理器仍將以主流的至強處理器以及協處理器為主，并通過工藝的改進、架構的提升來實現更 高性能、更低能耗。
然而在另一方面，我們也要看到諸如Clearspeed等技術先鋒。該公司目前可以提供96內核的CSX700處理器。Clearspeed這家公司在2003和2004年，就已經發布過用于桌面PC的協處理器芯片。這種芯片可以應用在生物科學計算和網絡模擬分段等傳統工作站領域，用于提升浮點處理性能。
另外涌現出的趨勢是，基于GPU的Nvidia Tesla在超級計算領域也在發揮越來越大的作用。而在今年，我們還看到英特爾通過至強融核(Xeon Phi)協處理器，來進一步拓寬該市場。
