CPU 的一些事，揭秘 x86 历史、定义与要点

您可能在某些应用或电脑设置页见过 x86 这个词，但不了解它的确切含义。事实上，x86 背后的意义非常重大，它是计算机硬件技术发展历史上的重要支柱之一，对芯片和 CPU 的发展影响深远。

自上世纪 80 年代开始，x86 就成为了台式机 CPU 的代名词，AMD 和 Intel 的处理器都采用了这一架构。x86 架构的出现推动了个人电脑的普及，具有里程碑式的意义。本文将为您简要介绍 x86 的历史、定义与要点，以及它对计算机发展的重要意义。

x86：一种历史悠久且关键、重要的指令集架构

x86 是一种指令集架构 (ISA)，它决定了处理器的最基础设计。ISA 影响着处理器可以运行何种软件、软件的运行效率，以及为实现某种 ISA 所需要的处理器组件。就像 DNA 序列决定了人类的特征，x86 这一指令集架构决定了基于其设计的处理器的性能和适用范围，它是处理器可以「识别」的基础语言。

对于 x86 而言，最关键的不是技术细节，而是在背后支撑 x86 发展的公司。上世纪 70 年代末，Intel 开发了 x86 指令集架构，并依靠它建立了庞大的商业帝国。时至今日，Intel 仍在制造新型的 x86 处理器，其指令集架构已经存续了近 50 年。AMD 作为 Intel 在 CPU 领域的主要竞争对手，也生产 x86 处理器。过去 AMD 规模远小于 Intel，但现在两家公司的体量和重要性已相当。

需要注意的是，即便 CPU 之间存在很大差异，任何基于 x86 指令集架构的 CPU 都可以运行 x86 软件。Intel 和 AMD 的 CPU 差异很大，但它们都使用 x86 架构，因此可以运行相同的软件。常见的像 Raptor Lake 和 Zen 4 这样的 CPU 设计被称为「架构」，但从技术上讲它们只是「微架构」，因为没有指令集架构那么基础和广泛适用。

x86 指令集简史（大事件回顾）

x86 架构随着 Intel 传奇的 8086 处理器于上世纪 70 年代末问世，8088 则是 8086 一个更便宜的变种，被 IBM 选用在 1981 年推出的具有里程碑意义的个人电脑中。8086 和 8088 处理器的成功，不仅奠定了 Intel 在计算机芯片领域的主导地位，也推动了 x86 指令集架构的广泛应用。AMD 最初为 Intel 生产用于个人电脑的 x86 芯片，在 Intel 对 AMD 的排挤下，双方产生了法律纠纷，但在 1995 年 AMD 赢得了生产自己的 x86 芯片的权利。

从 1990 年代开始，随着消费者、企业和数据中心对计算机需求的增长，Intel 和 AMD 的规模都有所扩大，x86 CPU 的复杂性也在提高。这就让 AMD 抓住了机会，通过设计性能更优异的 CPU 来挑战 Intel 的统治地位。到了 2000 年中期，AMD 不仅占领了相当大的台式机和服务器市场份额，还发明了 x86 的 64 位扩展指令集（称为 AMD64 或 x86-64），从而支持处理更大的数据。在实际上终结了 Intel 推出不久的全新 64 位指令集架构和安腾服务器处理器，这也成为了 Intel 有史以来最失败的 CPU 之一。

从 2000 年末开始，在很长一段时间里，Intel 显得比 AMD 更加重要。但自 2017 年以来，AMD 在 PC 和服务器市场的份额开始稳步增长，到现在已经和 Intel 的规模和地位差距不大。此外，Intel 和 AMD 都试图将 x86 应用于其他领域，如游戏机、手机和物联网设备。Intel 花了多年想进军被 ARM 所主导的智能手机市场，但最后以惨败告终。相比之下，AMD 对手机处理器没啥真刀真枪的规划。

游戏机领域可能是个人电脑和服务器之外 x86 仅存的堡垒。第一个使用 x86 的游戏机是初代 Xbox，它采用了 Pentium III CPU，在之后一段时间内它是唯一的使用 x86 的游戏机。IBM 的 PowerPC 芯片后来被广泛用于 PS3、Xbox 360、Wii 和 Wii U，但对于 PS4 和Xbox One，Sony 和Microsoft 都选择了 AMD 来为新游戏机定制 x86 芯片。当前一代的 PS5 和 Xbox Series X/S 也沿用了 AMD 芯片，手提式游戏 PC 像 Steam Deck 和 ROG Ally 也同样如此。游戏机成为了 x86 架构持续发展的重要平台。

x86 的未来和面临的挑战

虽然 Intel 和 AMD 都在使用 x86 指令集进行竞争，但还有其他技术方案试图整体取代 x86 在计算机领域的统治地位。如今已经存在许多不同的指令集架构，但最重要的两个 x86 替代者是 Arm 和 RISC-V，其代表了数百家公司试图终结 x86 在 PC 和服务器市场的主导地位。

尽管 Arm 和 RISC-V 存在激烈竞争，但都可以为合作伙伴提供基础的 CPU 设计方案，这些合作伙伴可以基于 Arm 或 RISC-V 指令集开发自己的 CPU。知名的 Arm 芯片生产商就包括最近从 Intel 转向自家 Arm 处理器的 Apple，以及 Samsung 和 Google。同时，RISC-V 目前主要应用于工控等领域以及如 FPGA、硬盘等设备的辅助处理器，但 RISC-V 同样存在取代整个 CPU 市场的野心。

x86 目前最大的优势在于：x86 软件无法在非 x86 处理器上运行。如果 Arm 和 RISC-V 想挑战 Intel 和 AMD 在 PC 和服务器领域的统治地位，就需要开发大量新的软件进行适配，这需要时间积累。当然也存在一些变通方法，如 Apple 的 Rosetta 2 就能在运行时将 x86 应用程序「翻译」成 Arm 指令，但其效果也有限。正是将新的指令集引入一个成熟硬件生态系统的困难度，阻碍了 Intel 实现智能手机芯片的计划。

在过去 20 年中，x86 几乎没有发生重大革新，最后一个重要更新还是 AMD 增加的 64 位指令集扩展。然而，Intel 一直在考虑删除 x86 中的所有非 64 位组成部分，创建一个暂定名为 x86S 的新架构。现今几乎所有硬件都已升级到 64 位，这在理论上可提高性能和效率。

x86 未来的发展很难预测，它是否会在长期失利于 Arm 和 RISC-V，或者继续占据 PC 和服务器市场的主导地位，亦或进行改造以对抗新的竞争对手，都还不得而知。但可以确定的是，任何新的形势变化都需要较长时间才能实现。从现状来看，x86 至少在当前阶段不会消失，它仍将存在一段时间。