Що таке x86?

Хоча на сторінках завантаження певних програм чи, можливо, на деяких сторінках налаштувань комп’ютера ви, напевно, вказали «x86», можливо, ви точно не знаєте, що це таке, крім комп’ютерної речі. Що ж, за цим ці три персонажі є одними з найважливіших стовпів у світі обчислювальної техніки та кремнію, і це було протягом багатьох поколінь. Це причина найкращі (і єдині) настільні процесори вироблені Intel і AMD. Це історія архітектури x86 і все, що вам потрібно про неї знати.

x86: поважна та критично важлива архітектура набору інструкцій

x86 — це архітектура набору інструкцій (ISA), яка, по суті, є структурою основних компонентів процесора. ISA є критичним фактором, який визначає, яке програмне забезпечення може працювати на процесорі; якщо код можна запускати дуже ефективним, нативним способом або з неефективним обхідним шляхом (наприклад, необхідність використовувати знову і знову додавання замість множення); і що має містити процесор, щоб бути побудованим на певній ISA.

Для x86 технічні деталі не надто важливі. Натомість компанії, що стоять за x86, роблять цей ISA таким важливим. Intel розробила x86 ISA наприкінці 1970-х років і побудувала на її основі імперію (хоча вона пройшла через деякі зараз серйозний занепад), і до цього дня Intel все ще створює абсолютно нові процесори x86, використовуючи ISA, якій майже 50 років старий. AMD, головний конкурент Intel у сфері процесорів, також виробляє процесори x86, і хоча AMD історично була досить маленькою порівняно з Intel, тепер вони мають порівнянний розмір і важливість.

Важливо розуміти, що програмне забезпечення x86 може працювати на будь-якому процесорі x86, навіть якщо вони дійсно різні. Процесори Intel і AMD настільки різні, наскільки вони можуть бути, але вони все ще використовують архітектуру x86 і, таким чином, можуть запускати те саме програмне забезпечення. Ви часто побачите, що проекти ЦП, такі як Raptor Lake і Zen 4, називають архітектурами, але технічно вони є мікроархітектурами, оскільки вони не такі фундаментальні, як ISA.

Коротка історія x86

Архітектура x86 була представлена ​​разом із легендарним процесором Intel 8086, дешевшим варіантом якого був 8088, який використовував настільки ж легендарний персональний комп’ютер IBM у 1981 році. Успіх процесорів 8086 і 8088 став початком не тільки домінування Intel в обчислювальній техніці, але й поширеності x86 ISA. AMD спочатку почала виробництво чіпів x86 для Intel для використання в персональних комп’ютерах, але зрештою Intel спробувала виключити AMD із цієї картини, що призвело до судової боротьби між двома компаніями. У 1995 році AMD отримала право виробляти власні чіпи x86.

Починаючи з 1990-х років попит на комп’ютери серед споживачів, компаній і підприємств зростав, як Intel, так і AMD зростали в розмірах, як і складність процесорів x86. Це створило можливість для AMD кинути виклик Intel, розробляючи кращі процесори. До середини 2000-х AMD не тільки зайняла значні частини робочого столу і ринки серверів, що розвиваються, але також було винайдено 64-розрядне розширення x86 (називається AMD64 або x86-64), яке в основному дозволило обробляти більші числа. Це фактично знищило абсолютно нові 64-розрядні серверні чіпи Intel ISA та Itanium, один із найгірших процесорів Intel.

Важливо розуміти, що програмне забезпечення x86 може працювати на будь-якому процесорі x86, навіть якщо вони дійсно різні.

З кінця 2000-х Intel загалом була важливішою за AMD, хоча з 2017 року AMD неухильно збільшувала свою частку ринку ПК і серверів, і тепер Intel не так вже й багато більший. Крім того, як Intel, так і AMD намагалися розширити x86 на інші сфери, такі як консолі, мобільні телефони та пристрої Інтернету речей (IoT). Протягом багатьох років Intel була особливо зосереджена на проникненні на ринок смартфонів, на якому традиційно домінували процесори ARM, але врешті зазнала невдачі з різних причин. AMD не будувала серйозних планів щодо процесорів для смартфонів.

Ігрові консолі є, мабуть, єдиним безпечним бастіоном для x86, крім ПК і серверів. Першою консоллю на базі x86 була оригінальна консоль Xbox, яка використовувала процесор Pentium III, але деякий час це була єдина консоль x86. Мікросхеми PowerPC від IBM згодом використовувалися для PS3, Xbox 360, Wii і Wii U. Однак для PS4 і Xbox One і Sony, і Microsoft звернулися до AMD, щоб створити спеціальний чіп x86 для своїх нових консолей. Поточне покоління PS5 і Xbox Series X/S також використовують чіпи AMD, як і кишенькові ігрові ПК, як-от Steam Deck і ROG Ally.

Майбутнє x86 і виклики, з якими воно стикається

Хоча і Intel, і AMD використовують x86, і вони є великими конкурентами, є й інші претенденти, які прагнуть скинути x86 загалом. Насправді існує багато різних ISA, але двома найважливішими альтернативами x86 є Arm і RISC-V, обидві з яких хочуть зруйнувати гегемонію x86 над ПК і серверами. І ми тут говоримо не лише про дві компанії, а про сотні.

Незважаючи на те, що Arm і RISC-V дуже відрізняються між собою, а також знаходяться в інтенсивному суперництві, вони обидва пропонують компаніям-партнерам базову конструкцію ЦП, і ці компанії можуть натомість виробляти їхні власні ЦП, використовуючи ці ISA. До відомих виробників чіпів Arm належать Apple (яка нещодавно перейшла з Intel на власні процесори Arm для свого кремнію), Samsung і Google. Тим часом RISC-V в основному використовується в промислових додатках і як супутні процесори в таких пристроях, як FPGA і жорсткі диски, хоча RISC-V дійсно має амбіції для всього ринку ЦП.

Якщо Arm і RISC-V хочуть кинути виклик Intel і AMD у їхніх ПК та серверах, потрібно буде написати нове програмне забезпечення, і це займе час.

Однією з ключових переваг x86 у всьому цьому є те, що програмне забезпечення x86 не може працювати на процесорах, відмінних від x86. Якщо Arm і RISC-V хочуть щоб кинути виклик Intel і AMD у їхніх ПК та серверах, потрібно буде написати нове програмне забезпечення, і це займе час. Існують обхідні шляхи, як-от Rosetta 2 від Apple, який переводить додатки x86 на Arm на льоту, але він не ідеальний. Труднощі впровадження нової ISA у вже розроблену програмно-апаратну екосистему насправді є тим самим, що вбило плани Intel щодо смартфонів.

x86 майже не змінився протягом двох десятиліть, останнім великим оновленням було 64-розрядне розширення AMD. Однак Intel висуває ідею скоротити всі не64-розрядні речі в x86, щоб створити архітектуру з умовною назвою x86S. Теоретично це призведе до кращої продуктивності та ефективності, і хоча відсутність підтримки 32-бітної версії була поганою ідеєю ще в 2003 році, сьогодні практично все обладнання є 64-бітним.

Важко сказати, що станеться з x86 і чи програє він Arm і RISC-V у довгостроковій перспективі, чи продовжить домінувати на ПК і серверах, чи навіть трансформується, щоб випередити конкурентів. Що б не принесло майбутнє, певно, що для чогось нового знадобиться багато часу. x86 тут, щоб залишитися, принаймні на час.