x86 五十年·Intel 与 AMD 的恩怨史

先解释一个词。x86 是一套指令集：CPU 能听懂的“命令词典”，规定了“加法”“读内存”“跳转”这些命令长什么样。软件按这本词典写好，任何懂这本词典的 CPU 都能运行它。名字来自 Intel 早年的芯片型号 8086、80286、80386，它们都以 86 结尾。指令集的基本概念见 CPU 入门。

上世纪 60 年代，硅谷最重要的公司是仙童半导体（Fairchild）。1968 年 7 月，罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔（就是“摩尔定律”的那位）离开仙童，创办了 Intel，安迪·格鲁夫随后加入。1969 年 5 月，仙童的销售主管杰里·桑德斯和另外 7 个人也出来，创办了 AMD。

两家起点很不一样。Intel 一开始做存储芯片，也就是记数据的芯片。AMD 一开始的主要生意是当第二货源：拿到别家芯片的授权，生产一模一样的产品，让客户多一个供货选择。这个起点，决定了后面五十年的关系。

先看全景，后面再一段一段讲。可以按按钮只看一家公司，或者只看两家之间的“合同与官司”。

4004：为一台计算器而生（1971）

为什么诞生：日本 Busicom 公司想做一台台式计算器，找 Intel 定做一套芯片。当时的做法是每个功能做一颗专用芯片，很贵。Intel 的特德·霍夫提出：不如做一颗“能执行指令的通用芯片”，计算器的功能写成程序。费德里科·法金和嶋正利把它做了出来，这就是 1971 年的 4004：4 位，约 2300 个晶体管，主频 740 kHz。微处理器（把整个 CPU 做进一颗芯片）就此诞生。

接着是 8 位的 8008（1972）和 8080（1974）。8080 被用在早期个人电脑 Altair 8800 上，很受欢迎。1975 年 AMD 把它“反向工程”仿了出来，叫 Am9080。Intel 后来干脆和 AMD 签了交叉授权，把这事合法化。

8086：一个“救急”产品（1978）

Intel 当时押注的是一颗野心很大的 32 位芯片 iAPX 432，但它一再延期。为了不让对手（Zilog、摩托罗拉）抢走市场，Intel 用大约一年半赶出了 16 位的 8086，1978 年 6 月发布，约 2.9 万个晶体管。它的设计目标很务实：让 8080 上的程序能比较容易地搬过来。

它解决了什么：16 位运算，能用 1 MB 内存（8080 只有 64 KB），旧程序好移植。缺陷：内存要用“段”的方式拼着访问，指令长短不一，编程很别扭。这些包袱后来全被“为了兼容”保留了下来。结局：432 失败了，8086 的后代统治了世界。今天最新的 x86 CPU 开机时，仍然先以 8086 的“实模式”起步。

1981 年 8 月，IBM 推出个人电脑 IBM PC，用的是 8086 的简化版 8088（主频 4.77 MHz）。IBM 是当时最大的电脑公司，它有个采购规矩：关键零件必须至少有两家能供货。万一一家工厂失火、罢工或者涨价，另一家还能顶上。这就是第二供应商（second source）制度。

于是 1982 年 2 月，Intel 和 AMD 签了技术交换协议：AMD 拿到 8086、8088、80286 的设计资料，可以生产完全相同的芯片。它解决了什么：IBM 放心了，Intel 拿到了大订单，AMD 进入了 CPU 生意。

没人想到的是，IBM PC 的设计是开放的。康柏等公司很快做出“兼容机”，软件随便装。几年里，“IBM 兼容 PC”成了行业标准，x86 跟着成了标准。缺陷也很快显现：对 Intel 来说，它亲手培养了一个能做同样产品的对手。

1985 年 10 月，Intel 发布 80386：第一颗 32 位 x86，约 27.5 万个晶体管。32 位的意思是 CPU 一次能处理 32 位二进制数，并且能直接用 4 GB 内存（16 位时代只有 1 MB 起步）。它还带来了保护模式：每个程序有自己的“隔间”，一个程序崩溃不会拖垮整台电脑，多任务的 Windows 和 Linux 从此有了基础。

这一次，Intel 决定不把 386 授权给任何人，自己独家供货。AMD 认为这违反了 1982 年协议，1987 年提出仲裁。官司在仲裁庭和多个法院之间来回打：1992 年仲裁结果大体支持 AMD；AMD 自己设计的 Am386 在 1991 年上市，比 Intel 的便宜，卖得很好。

还有一场有名的“副产品”官司：法院认定 “386”“486” 这样的数字不能注册商标。所以 Intel 的下一代不叫 586，而叫 Pentium（奔腾），并在 1991 年开始了“Intel Inside”广告，让普通人记住品牌，而不是型号。

1995 年 1 月，两家全面和解。大体结果是：AMD 可以继续做 x86 处理器，但以后必须自己设计，不能再照抄 Intel 的芯片。从此两家共用一本“词典”（指令集），各自写“发音方法”（内部设计）。

Pentium 和一个除法错误（1993 到 1994）

1993 年 3 月，Intel 发布 Pentium，约 310 万个晶体管。它是第一颗超标量 x86：内部有两条流水线，一个时钟节拍能同时做两条指令（细节见 让 CPU 变快的十个发明）。

1994 年，数学教授托马斯·奈斯利发现 Pentium 的浮点除法偶尔会算错，这就是 FDIV 错误：芯片里一张查找表少了几个数。出错概率极低，但 Intel 起初只肯给“能证明需要”的用户换，引来舆论围攻。最后 Intel 宣布无条件更换，1995 年初为此计提了约 4.75 亿美元。教训：CPU 成了大众消费品，出错就是公关事件。从此 CPU 都带有可以打补丁的“微代码”机制和公开的勘误表。

AMD 的自主设计之路：K5、NexGen、K6

和解之后 AMD 必须自己设计。第一颗自主设计 K5（1996）晚了一年多，性能不够。AMD 的办法是买：1996 年收购了小公司 NexGen，用它的设计做出 K6（1997），靠低价在便宜电脑里站稳。Intel 则在 1997 年的 Pentium II 上换了自家专用的插槽和总线，AMD 的芯片插不进 Intel 的主板，只能自己找路。

Athlon：AMD 第一次真正领先（1999 到 2000）

1999 年 AMD 推出 Athlon（K7）。它的设计团队里有不少从 DEC（Alpha 处理器的公司）过来的工程师，总线也授权自 Alpha。2000 年 3 月 6 日，Athlon 第一个推出 1 GHz 的零售版本，比 Intel 的 1 GHz Pentium III 早两天。这是 AMD 第一次在性能上明确领先。

Pentium 4：为了更高的 GHz（2000 到 2005）

为什么诞生：当时消费者买电脑只看 GHz，数字越大越好卖。Intel 2000 年 11 月推出的 Pentium 4（NetBurst 架构）把流水线拉得很长，每一步更简单，主频就能拉得很高，目标是十几年内做到 10 GHz。缺陷：每个节拍干的活更少，一旦猜错分支要倒回去重来的代价很大；更要命的是功耗和发热跟着主频飞涨。2004 年冲到 3.8 GHz 后就上不去了，下一代 Tejas 被取消。完整的故事见 走进死胡同的路线。

AMD 这边主频没那么高，但每个节拍干的活更多。为了在“只看 GHz”的货架上不吃亏，AMD 2001 年的 Athlon XP 改用性能评级命名：型号“2200+”的意思是“性能大约相当于 2.2 GHz 的 Pentium 4”，实际主频约 1.8 GHz。

为什么需要 64 位：32 位 CPU 最多直接用 4 GB 内存。到 2000 年前后，服务器和数据库已经不够用了。

Intel 的方案：和惠普合作，推出全新的 64 位指令集 IA-64，芯片叫 Itanium（安腾，2001 年）。它想彻底甩掉 x86 的历史包袱，让编译器提前把能并行的指令排好。缺陷是：老的 x86 程序在上面要靠兼容层运行，很慢；编译器也没能像设想的那样聪明。业内戏称它为“Itanic”（泰坦尼克）。

AMD 的方案：1999 年公布、2003 年随 Opteron（服务器，4 月）和 Athlon 64（桌面，9 月）上市的 AMD64（也叫 x86-64）。思路很朴素：把 x86 的寄存器从 32 位加宽到 64 位，数量从 8 个加到 16 个，老的 32 位程序原样能跑。K8 还把内存控制器做进了 CPU，访问内存更快。

微软表态只支持一种 64 位 x86 方案，选了 AMD64。2004 年，Intel 不得不在自己的 Xeon 上采用兼容 AMD64 的扩展（起初叫 EM64T，后来叫 Intel 64）。这是 x86 历史上第一次由 AMD 定标准、Intel 跟随。Itanium 苦撑多年，2021 年 7 月最后一批出货。今天你用的 64 位 Windows、macOS（Intel 版）、Linux，都是 AMD64。

2003 到 2006 年，Opteron 和 Athlon 64 在很多测试里比 Pentium 4 强，但 AMD 的市场份额涨得很慢。AMD 和多国监管机构认为原因在于 Intel 的有条件回扣：电脑厂商如果全部或几乎全部用 Intel，就能拿到一大笔返利；一旦多用 AMD，返利就没了。对厂商来说，用 AMD 省下的钱还不如丢掉的返利多。

• 2005 年：日本公平交易委员会认定 Intel 违法；同年 6 月 AMD 在美国起诉 Intel。
• 2008 年：韩国公平交易委员会处罚 Intel。
• 2009 年 5 月：欧盟委员会罚款 10.6 亿欧元，当时创下纪录。此案后来几经上诉：2022 年欧盟普通法院撤销了这笔罚款，欧盟 2023 年就其中一部分行为另罚约 3.76 亿欧元，据报道之后又被法院下调。
• 2009 年 11 月：Intel 与 AMD 全面和解，Intel 向 AMD 支付 12.5 亿美元，承诺遵守一套商业行为规范，两家签新的交叉授权。美国联邦贸易委员会的案子 2010 年也以和解告终。

这次和解还解决了一个关键问题：AMD 当时正把工厂分拆出去（见下文），Intel 曾认为这违反授权协议。和解协议认可了分拆，AMD 的 x86 资格保住了。

Core 2：来自以色列的救兵（2006）

Pentium 4 撞墙的时候，Intel 以色列海法团队手里有一个为笔记本设计的省电芯片 Pentium M。它的思路和 Pentium 4 相反：流水线短，每拍多干活，主频不高。Intel 以它为基础做出 Core 2，2006 年 7 月上市，性能和能效都明显超过 AMD。此后 Intel 用 Tick-Tock 节奏（一年换工艺，一年换架构）稳定地每年推新品，一路领先到 2016 年前后。具体型号路线见 Intel 路线。

AMD 的三重打击

• 收购 ATI（2006）：AMD 花约 54 亿美元买下显卡公司 ATI，为什么：想把 CPU 和 GPU 做到一起（后来的 APU）。缺陷：价格太高，背上大笔债务，之后多次大额减值。遗产：今天 AMD 的 Radeon 显卡、游戏机芯片和 Instinct AI 加速器（见 AI 芯片）都来自这次收购。
• 分拆工厂（2009）：建先进工厂太贵，AMD 养不起。2009 年 3 月，AMD 把工厂和阿布扎比的投资方合组成 GlobalFoundries（格芯），自己变成只设计、不制造的无晶圆厂（fabless）公司。
• Bulldozer 失利（2011）：推土机架构让两个核心共用一部分部件，想用“更多核”取胜，结果单个核心太弱，耗电还高。AMD 在服务器市场的份额跌到 1% 左右甚至更低，2015 年前后股价一度跌到 2 美元以下。原因细节见 走进死胡同的路线。

2012 年，传奇芯片架构师吉姆·凯勒回到 AMD，带队重新设计 CPU 核心。2014 年 10 月，苏姿丰（Lisa Su）出任 AMD CEO。她砍掉了很多分散的项目，把资源押在一个全新的核心上：Zen。

2017 年 3 月，第一代 Ryzen 上市；6 月，服务器版 EPYC 上市。Zen 每个时钟节拍的性能比上一代提高约 52%，重新回到和 Intel 同一水平。2019 年的 Zen 2 又用了芯粒（chiplet）设计：把计算部分和输入输出部分拆成几颗小芯片，再封装到一起，成本低、核心多。芯粒的原理见 芯粒与 UCIe，AMD 的路线细节见 AMD 路线。

同一时期，Intel 的 10 nm 工艺严重延误。原计划 2016 年量产，实际上桌面主力到 2021 年才换下 14 nm。14 nm 被“+、++、+++”地反复改良，核心数被迫靠堆，功耗越来越高。AMD 则在 2018 年 GlobalFoundries 放弃 7 nm 后，全面转向台积电，第一次在制造工艺上不落后于 Intel。

结果反映在钱上：2020 年苹果宣布 Mac 改用自研芯片，离开 Intel；2022 年 2 月 AMD 完成对 FPGA 公司 Xilinx（赛灵思）的收购（宣布时约 350 亿美元）；同年，AMD 的市值首次超过 Intel（据报道）。三十年前的“第二货源”，在资本市场上超过了老大。

IDM（整合器件制造商）指一家公司从设计到制造全包，Intel 一直是这样。好处是设计和工艺可以紧密配合，领先时优势巨大；坏处是一座先进工厂要上百亿美元，一旦工艺卡住，所有产品一起延误。

无晶圆厂（fabless）指只设计、不制造，把制造交给台积电这样的代工厂。好处是不用养工厂，可以随时选最好的工艺；坏处是产能要和苹果、英伟达等大客户抢，命脉握在别人手里。

2021 年 2 月，前 VMware CEO、早年 Intel 的工程师帕特·基辛格（Pat Gelsinger）回到 Intel 任 CEO，提出 IDM 2.0：Intel 继续自己造芯片，同时开门做代工，替别的公司造芯片；部分产品也可以交给台积电。他还喊出“四年五个节点”，并把工艺改名为 Intel 7、Intel 4、Intel 3、20A、18A。代价很大：2024 年 Intel 全年亏损约 188 亿美元，裁员约 15%，20A 被取消，同年 12 月基辛格离任。

2025 年 3 月，陈立武（Lip-Bu Tan）出任 Intel CEO。2025 年美国政府入股约 10%，英伟达宣布投资 50 亿美元并与 Intel 合作开发 x86 芯片。2026 年 1 月，首个 18A 工艺产品 Panther Lake 在 CES 发布。能否把代工业务做起来，是 Intel 未来几年的最大考题。

今天 x86 的压力来自外面：苹果 M 系列证明了 ARM 芯片也能做高性能笔记本；高通 Snapdragon X 进入 Windows 笔记本；亚马逊、谷歌、微软都在数据中心里用自研 ARM 服务器芯片，英伟达也有 Grace。对比与原因见 x86 的未来。

过去两家各自给 x86 加新指令，有时互不兼容，比如 AMD 的 3DNow! 和 Intel 的 SSE。软件开发者很头疼。2024 年 10 月，Intel 和 AMD 联合成立 x86 生态顾问组（x86 Ecosystem Advisory Group），邀请微软、谷歌、Meta、戴尔、惠普、联想、博通、甲骨文、红帽等公司，以及 Linux 创始人林纳斯·托瓦兹等人参加，目的是让新功能“一次定好、两家都支持”。据报道，到 2025 年底已就 AVX10 向量指令、FRED 中断机制、内存标签 ChkTag 等达成统一。

2026 年的局面：Intel 在笔记本和整体 PC 出货量上仍占多数，Panther Lake（18A）年初上市，下一代桌面 Nova Lake 计划年底推出。AMD 在桌面 DIY 和服务器上持续抢份额，7 月发布了首个台积电 N2 工艺的服务器 CPU EPYC Venice（Zen 6）。两家都在用先进封装把多颗芯片拼起来，这正是本站 芯粒、混合键合 等页面讲的技术。