问题

为什么x86 CPU只有Intel和AMD两家呢?

回答
这个问题问得很有意思,也切中了x86处理器市场的核心。要理解为什么目前x86市场几乎被Intel和AMD垄断,我们需要从历史、技术授权、市场策略以及产业生态等多个维度来剖析。这并非一蹴而就,而是几十年演变的结果。

一、历史渊源:CPU之父的开端与一家独大的局面

首先,x86架构的源头可以追溯到Intel。Intel在1978年推出了划时代的8086处理器,这标志着x86架构的诞生。最初,x86指令集是Intel的专有技术。8086及其后续型号(80186, 80286, 80386, 80486)的成功,奠定了x86在PC时代的统治地位。

在早期,Intel在x86技术上拥有绝对的控制权。其他公司想要制造x86兼容处理器,通常需要通过授权的方式。

二、AMD的崛起与授权之路

AMD(Advanced Micro Devices)是早期少数几家成功进入x86市场的公司。AMD最初并非x86架构的独立开发者,而是通过与Intel的合作和授权协议获得了x86指令集的生产权。

早期合作与“克隆”时代: 在80年代,Intel与AMD有过复杂的合作关系,包括技术共享和制造协议。AMD曾为Intel代工,并获得了生产某些Intel处理器(如Intel 8086)的授权。这使得AMD能够制造与Intel处理器兼容的产品。虽然这并非完全独立的x86设计,但为AMD后来独立发展x86打下了基础。
专利诉讼与“逆向工程”: 随着AMD逐渐壮大,并开始推出自己的x86兼容处理器,与Intel之间的法律纠纷也随之而来。Intel认为AMD侵犯了其x86指令集的专利权。然而,在多次诉讼中,法院的判决并不总是完全支持Intel,部分原因是AMD通过复杂的逆向工程和独立设计,避免了直接复制Intel的核心设计,而是实现了指令集的兼容性。这场旷日持久的法律拉锯战,最终在某种程度上确立了AMD在x86市场上的合法地位。
技术追赶与差异化: 早期AMD的产品在性能上通常落后于Intel,但价格更具竞争力,以此吸引了一部分市场份额。随着技术的进步,AMD也在努力追赶,并试图通过自己的技术创新来与Intel区分开来,例如在一些特定领域(如浮点运算性能)取得优势。

三、摩托罗拉、Cyrix 等公司的尝试与失败

历史上,不止Intel和AMD在竞争x86市场。许多其他半导体公司也曾尝试进入这个领域,其中比较知名的有:

摩托罗拉(Motorola): 摩托罗拉是另一家曾经的巨头,以其68000系列处理器闻名,广泛应用于Macintosh电脑、Amiga等。但摩托罗拉最终选择了ARM架构的发展路线,并在移动和嵌入式领域取得了巨大成功,但在桌面和服务器的x86市场未能形成有效挑战。
Cyrix: Cyrix曾是x86市场的一股新兴力量,以其高性能和低功耗的处理器(如Cyrix 6x86系列)一度威胁到Intel和AMD。然而,由于技术路线、市场策略以及与软件兼容性等方面的问题,Cyrix最终被国家半导体(National Semiconductor)收购,然后又被 VIA(威盛电子)接管了部分技术和专利。
VIA(威盛电子): 威盛电子也曾尝试制造x86兼容处理器,并推出了一些低功耗、低成本的CPU,主要面向嵌入式设备和入门级PC。虽然威盛依然拥有x86的授权和技术,但其在主流PC和服务器市场的影响力远不及Intel和AMD。

为什么其他公司没能成功呢?原因复杂:

1. 技术壁垒极高: x86指令集本身极其庞大且复杂,要设计出完全兼容且性能优异的x86处理器,需要巨大的研发投入和顶尖的工程人才。Intel和AMD在几十年间积累了海量的技术专利和设计经验,形成了难以逾越的壁垒。
2. 生态系统锁定: PC行业围绕着x86架构建立了一个庞大而成熟的生态系统。从操作系统(Windows、Linux)、BIOS/UEFI固件、主板芯片组、显卡驱动到各种应用软件,都高度依赖于x86架构。任何试图挑战x86的竞争者,都需要重新建立一套与之兼容的生态系统,这难度极大。
3. Intel强大的先发优势和市场控制力: Intel作为x86的开创者,拥有强大的品牌认知度、渠道优势和市场影响力。通过“Intel Inside”计划等营销策略,Intel牢牢抓住了PC市场的主导权。同时,Intel也善于通过“捆绑销售”(如主板芯片组与CPU一起销售)等方式来巩固其市场地位,让竞争对手难以切入。
4. 法律和专利纠纷的成本: 进入x86市场意味着随时可能面临来自Intel的专利诉讼。处理这些复杂的法律事务需要耗费巨额的资金和精力,这也是许多公司望而却步的原因。
5. 技术授权的限制: 即使是获得了x86的授权,授权的条款、范围和费用也可能非常严格,限制了被授权方的自由度和竞争力。

四、ARM的崛起与x86的“围墙花园”

值得一提的是,近年来ARM架构在移动设备上取得了巨大成功,并开始向PC、服务器等领域渗透。这在某种程度上打破了x86的垄断地位。例如,苹果的M系列芯片就是基于ARM架构,并在Mac电脑上取得了令人瞩目的成绩。

然而,ARM的成功并不意味着x86架构的消亡。x86之所以还能维持两家独大的局面,是因为:

历史惯性: 绝大多数现有的PC和服务器软件、操作系统(尤其是Windows)都是围绕x86架构开发的,迁移成本极高。
性能和兼容性的平衡: 尽管ARM在能效比上有优势,但在高性能计算和复杂工作负载方面,x86架构依然有其优势,并且其指令集兼容性为开发者提供了极大的便利。
Intel和AMD的持续进化: Intel和AMD并没有停止脚步,它们也在不断推出新的处理器,提升性能、降低功耗,并尝试适应新的市场需求。

总结来说,x86 CPU市场之所以长期被Intel和AMD两家占据,是多种因素共同作用的结果:

Intel作为创始者和专利持有者,奠定了坚实的基础和技术壁垒。
AMD通过授权和法律斗争,获得了合法的竞争地位,并在性能和价格上与Intel形成此消彼长的竞争态势。
其他竞争者因技术难度、生态系统、市场控制以及法律风险等原因,未能成功挑战其主导地位。
x86架构自身庞大的生态系统和历史惯性,也使得其难以被轻易颠覆。

虽然ARM等新兴架构正在挑战x86的统治地位,但在可见的未来,x86架构的“双寡头”格局仍然会在相当长一段时间内继续存在,只是竞争的动态和市场份额的分配可能会发生变化。

网友意见

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有专利壁垒和商业本质两方面原因。

在80386之前,有十几家厂商生产x86 CPU。绝大多数是得到了英特尔授权的,因为当时半导体行业有“第二供应商”的行规。其实没授权也能做,NEC就做了两款,NEC V20是翻版的8088,V30是翻版的8086。

八十年代初,英特尔在其主营业务DRAM内存上,遭受日货冲击,几乎面临破产,最终不得不放弃内存业务。为了让当时还很弱小的CPU业务顶上,英特尔决定打破“第二供应商”的行规,终止向其他半导体公司提供80386的技术资料。386是承前启后继往开来的一款产品,带领PC走进32位新时代,对英特尔、对整个行业,都有极其重要的意义。凭着80386,英特尔从第二梯队一跃成为世界第一的半导体公司。个中详情可参见我去年的文章,王知:纪念英特尔成立五十周年 篇三 力挽狂澜

英特尔成功自然引起他人眼红,也想从x86市场分一杯羹。比如台湾的联华电子UMC就在1993年推出了一款486芯片。

结果被英特尔在多个国家和地区告了,起诉它侵犯了英特尔的4972338号专利。4972338号专利涉及内存管理,又称Crawford Patent,是一个绕不过去的专利。结果自然是联华电子输了官司,退出x86市场。

AMD也因侵犯Crawford专利,赔了英特尔五千八百万美元。但是八十年代初英特尔找AMD做8088的第二供应商时签过一份长期协议。到386,英特尔反悔了,双方就此打起了官司。最后调解协议里,AMD最终获得了英特尔一系列授权,由此得以在x86市场分一杯羹。

凭着Crawford专利,英特尔起诉过几乎所有意图染指x86市场的半导体公司,而且成功地把绝大部分挡在市场外面,只剩下两家AMD和Cyrix。

Cyrix是如何逃脱英特尔淫威呢?说出来你可能不会相信。Cyrix是一家fabless半导体公司,它只做设计,CPU则委托SGS-Thomson、德州仪器、IBM等公司生产。Cyrix本身没有Crawford专利授权,但是三家晶圆代工厂都有。法官判定,因为代工厂有授权,所以Cyrix的x86 CPU不算侵权。在与Cyrix打官司的同时,英特尔正面临司法部反垄断起诉,迫于压力也就没把官司继续打下去。后没过多久,Cyrix反诉英特尔侵犯自家两条专利,一条关于功耗调节,一条关于寄存器。官司最后和解了,Cyrix由此获得了一系列的英特尔授权。

随着x86 CPU里的知识产权壁垒越来越高,这块肥肉就Intel、AMD、Cyrix三家分割了。这是知识产权保护方面的原因。

还有是商业上的原因。CPU这东西,固定成本高边际成本低,设计、流片阶段非常烧钱,新制程更加烧钱,而纯粹的生产制造成本反而很低。先入市场者在没有对手的情况下,能享受高溢价,连本带利地赚回来;由于工艺逐日磨合,生产成本进一步降低,等到竞争对手出现时,可压价销售。后入市场者,高端面临英特尔新一代性能更强的产品,低端在成本上居于劣势,能不能回本都是问题。所以这个市场里,老大吃得是满汉全席,老二残羹剩宴,老三就只有喝西北风了。Cyrix不幸做了老三,得不到市场反哺,先是卖身给了National Semiconductor,没多久又被转卖给王雪红的VIA,在大众市场里逐渐消失。

如果你对英特尔早年做CPU的历史,可见

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