Какво е x86?

Въпреки че вероятно сте „x86“ на страниците за изтегляне на определени приложения или може би на някои страници с настройки на компютъра, може да не знаете точно какво е това отвъд просто компютърно нещо. Е, зад това тези три героя са един от най-важните стълбове в света на компютрите и силикона и са били от поколения. Това е причината най-добрите (и единствени) настолни процесори са произведени от Intel и AMD. Това е историята на x86 архитектурата и всичко, което трябва да знаете за нея.

x86: Уважаема и критично важна архитектура на набор от инструкции

x86 е архитектура с набор от инструкции (ISA), която по същество е дизайнът на най-основните компоненти на процесора. ISA е критичен фактор за това какъв софтуер може да работи на процесор; ако кодът може да се изпълнява по много ефективен, естествен начин или с неефективно заобиколно решение (като необходимост от използване на събиране отново и отново вместо умножение); и какво трябва да включва един процесор, за да бъде изграден на определен ISA.

За x86 техническите подробности не са особено важни. По-скоро компаниите зад x86 са това, което прави този ISA толкова важен. Intel разработи x86 ISA в края на 70-те години на миналия век и изгради империя от нея (макар и такава, преминаваща през някои сериозен спад сега), и до ден днешен Intel все още прави чисто нови процесори x86, използвайки ISA, която е почти 50 години стар. AMD, основният съперник на Intel в процесорите, също произвежда x86 процесори и въпреки че AMD в миналото е била доста малка в сравнение с Intel, сега те имат сравним размер и значение.

Най-важното нещо, което трябва да разберете за всеки ISA е, че софтуерът x86 може да работи на всеки процесор x86, дори ако те са наистина различни. Процесорите на Intel и AMD са толкова различни, колкото могат да бъдат, но все още използват x86 архитектура и следователно могат да работят със същия софтуер. Често ще видите дизайни на CPU като Raptor Lake и Zen 4, наричани архитектури, но технически те са микроархитектури, защото не са толкова фундаментални, колкото ISA.

Кратка история на x86

Архитектурата x86 беше въведена с легендарния процесор 8086 на Intel, чийто по-евтин вариант беше 8088, който захранва също толкова легендарния персонален компютър на IBM през 1981 г. Успехът на процесорите 8086 и 8088 е това, което даде тласък не само на господството на Intel в компютърните технологии, но и на разпространението на x86 ISA. AMD първо започна да произвежда x86 чипове за Intel, за да ги използва в персоналния компютър, но в крайна сметка Intel се опита да премахне AMD от картината, което доведе до съдебна битка между двете компании. През 1995 г. AMD спечели правото да произвежда свои собствени x86 чипове.

С нарастването на потребителското, бизнес и корпоративното търсене на компютри от 90-те години на миналия век, както Intel, така и AMD нарастват по размер, както и сложността на процесорите x86. Това създаде възможност за AMD да предизвика Intel чрез проектиране на превъзходни процесори. До средата на 2000-те AMD не само беше заела значителни части от работния плот и нововъзникващите сървърни пазари, но също така беше изобретил 64-битовото разширение на x86 (наречено AMD64 или x86-64), което на практика позволяваше обработка на по-големи числа. Това по същество унищожи чисто новите 64-битови ISA и Itanium сървърни чипове на Intel, един от най-лошите процесори на Intel досега.

Най-важното нещо, което трябва да разберете за всеки ISA е, че софтуерът x86 може да работи на всеки процесор x86, дори ако те са наистина различни.

От края на 2000-те нататък Intel като цяло е по-важен от AMD, въпреки че от 2017 г. AMD има непрекъснато увеличава пазарния си дял в персонални компютри и сървъри и сега Intel не е чак толкова много по-голям. Освен това Intel и AMD се опитаха да разширят x86 в други области като конзоли, мобилни телефони и устройства за интернет на нещата (IoT). В продължение на много години Intel беше особено фокусиран върху пробиването на пазара на смартфони, който традиционно беше доминиран от процесорите ARM, но в крайна сметка се провали поради различни причини. AMD не прави сериозни планове за процесори за смартфони.

Игралните конзоли са може би единственият безопасен бастион за x86 извън компютрите и сървърите. Първата x86 конзола беше оригиналният Xbox, който използваше процесор Pentium III, но това щеше да бъде единствената x86 конзола за известно време. PowerPC чипове от IBM впоследствие бяха използвани за PS3, Xbox 360, Wii и Wii U. Въпреки това, за PS4 и Xbox One, както Sony, така и Microsoft се обърнаха към AMD, за да създадат персонализиран x86 чип за новите си конзоли. Текущото поколение PS5 и Xbox Series X/S също използват AMD чипове, както и ръчните компютри за игри като Steam Deck и ROG Ally.

Бъдещето на x86 и предизвикателствата пред него

Въпреки че и Intel, и AMD използват x86 и са много съперници, има и други претенденти, които се стремят да детронират x86 като цяло. Всъщност има много различни ISA, но двете най-важни алтернативи на x86 са Arm и RISC-V, като и двете искат да разрушат хегемонията на x86 над персонални компютри и сървъри. И тук не говорим само за две компании, а за стотици.

Въпреки че Arm и RISC-V са много различни и също са в интензивно съперничество, и двете предлагат основен дизайн на процесора на партньорски компании и тези компании могат в замяна да направят техните собствени процесори, използващи тези ISA. Известни производители на чипове Arm включват Apple (която наскоро премина от Intel към свои собствени процесори Arm за своя силиций), Samsung и Google. Междувременно RISC-V се използва най-вече в индустриални приложения и като съпътстващи процесори в устройства като FPGA и твърди дискове, въпреки че RISC-V има амбиции за целия пазар на процесори.

Ако Arm и RISC-V искат да предизвикат Intel и AMD в техните PC и сървърни крепости, ще трябва да се напише нов софтуер и това ще отнеме време.

Едно ключово предимство, което x86 има във всичко това е, че x86 софтуерът не може да работи на различни от x86 процесори. Ако Arm и RISC-V искат за да предизвикат Intel и AMD в техните PC и сървърни крепости, ще трябва да се напише нов софтуер и това ще отнеме време. Има заобиколни решения като Rosetta 2 на Apple, който превежда x86 приложения в Arm в движение, но не е перфектен. Трудността при въвеждането на нов ISA към вече разработена хардуерно-софтуерна екосистема всъщност е същото нещо, което уби плановете на Intel за смартфони.

x86 е повече или по-малко непроменен от две десетилетия, като последната голяма актуализация е 64-битовото разширение на AMD. Въпреки това, Intel предлага идеята да изреже всички не-64-битови неща в x86, за да създаде условно наречената x86S архитектура. Това теоретично би довело до по-добра производителност и ефективност и въпреки че липсата на 32-битова поддръжка беше лоша идея през 2003 г., в наши дни почти целият хардуер е 64-битов.

Трудно е да се каже какво ще се случи с x86 и дали ще загуби срещу Arm и RISC-V в дългосрочен план, ще продължи да доминира в компютрите и сървърите или дори ще се трансформира, за да изпревари конкурентите. Каквото и да крие бъдещето, сигурно е, че ще отнеме много време, за да се случи нещо ново. x86 е тук, за да остане, поне за момента.