Intel: 胜与败

巅峰时期的空转

2025年4月6日

本文是系列文章的延续。您可能对 硅谷的开端、Fairchild、Intel 的创立、x86 架构的开端、Intel 向处理器公司的转型、i960 和 i486、Intel Inside 营销活动、FDIV 错误和 Pentium Pro、MMX、Pentium II 和 Pentium III、Pentium M 以及 Intel Core 的发布感兴趣。

需要快速说明的是，到目前为止，我一直避免使用 Intel 的微架构名称，因为该公司的整体产品品牌和制程节点尺寸就足够了。从现在开始，我将不得不开始使用 Intel 的命名来区分产品，因为他们的产品品牌变得......过于数字化了。此外，为了将事物置于历史视角中，正如之前提到的，Pentium 将是 i586，Pentium Pro (也即 Pentium M) 将是 i686，Pentium 4 将是 i786，64 位 Intel Core 系列将是 i886。

在 2008 年初，Intel 处于强势地位。虽然他们不再拥有掌上设备领域，但他们是桌面和笔记本电脑 CPU 市场的王者。没有人能与他们硬件的性能相媲美，也没有人能与他们的制造能力相媲美。然而，该公司在产品方面确实存在一个缺口。

Intel Atom Bonnell 芯片照片，图片来自 Intel

2008 年 3 月 2 日，Intel 推出了采用 Bonnell 微架构的 Atom CPU 系列，该架构采用公司 45nm High-K Metal Gate 工艺制造。在这里，Intel 重新引入了经典的 32 位 x86 设计。第一代 Intel Atom CPU 是按顺序执行的，大多数指令_没有_被翻译成 RISC 微指令，并且没有片上内存控制器。Intel 确实通过 Atom 带回了超线程技术，并且还为它配备了 SSE。有趣的是，Bonnell Atom 缺少专用的整数乘法/除法单元，这些任务被移交给 SIMD 浮点单元。由于按顺序执行，内存延迟是一个严重的问题，因此 Atom 获得了 32K L1 指令缓存、24K L1 数据缓存和 512K L2 缓存。Atom 还有两个硬件预取器，一个从 L2 到 L1，另一个从系统内存拉取到 L2。这些芯片与采用 130nm 工艺制造的 Intel Poulsbo 芯片组配对。Poulsbo 提供了北桥和南桥，具有 2 个 PCIe、8 个 USB2 主机端口、1 个 USB2 客户端端口、3 个 SDIO/MMC、高达 1GB 的 DDR2、IDE、Azalia 音频和 Intel GMA 500 显卡（获得 Imagination Technologies PowerVR SGX 显卡核心和 VXD HD 视频引擎的许可）。这种显卡的情况有点尴尬。该芯片能够解码 1080p 视频，但只能输出 1366x768。然而，它只需 120mW 即可完成解码。

首批发布的 Atom 部件代号为 Silverthorne，这些是单核部件。功耗最低的是 Z500，空闲时为 80mW（平均 160mW，TDP 为 0.65W），时钟频率为 800MHz，FSB 为 533MHz。功能最强大的是 Z540，频率为 1.86GHz，FSB 为 533MHz，空闲时功耗为 100mW（平均 220mW，TDP 为 2.4W）。这些可以与 Intel 无线芯片和电池控制器配对，然后成为 Intel Centrino Atom。第二个系列是 N230、N270 和 N330。前两个于 6 月下旬推出，第三个于 9 月推出。这些将 L1 缓存增加到 64K，将 Atom 带到 64 位，并且在 N330 的情况下，将核心数量增加到两个。虽然这些后来的 Diamondville 部件支持 EM64T，但它们使用的大多数系统都不支持。此外，尽管这些芯片效率高，大小大约相当于一粒米，并且在性能上通常优于当时的 ARM 芯片，但 Poulsbo 是一个物理上很大的封装，这使得 Atom 不适合用于掌上设备产品。总系统功耗通常也大于当时掌上设备所需的范围。

四核 Nehalem 芯片照片，图片来自 Intel

2008 年 11 月 11 日，Intel 推出了 Nehalem 微架构，首先是 Core i7 和 Xeon CPU 的 Bloomfield 系列。按照 Intel 的经典命名方案，这些应该是 i986 系列。这些处理器是为新的 LGA1366 插槽构建的，完全是 64 位的，同时保留了 32 位和 16 位的向后兼容性，并支持具有片上内存控制器的三通道 DDR3 RAM。这些芯片将 SSE4.2、TurboBoost 和带有扩展页表的 VT-x 带到了 Intel 的产品中。由于 PCIe 2 控制器、内存控制器和 DMI（直接媒体接口）都在芯片上，Intel 实际上放弃了以前 CPU 上使用的普通北桥/南桥芯片组的区别，他们实现了 QPI（QuickPath Interconnect）来连接 CPU、内存和 I/O 控制器。这些新 CPU 也是单个芯片上的多核，这需要更多的改变。缓存现在是每个核心 32K L1 指令缓存、32K L1 数据缓存和 256K L2 缓存，所有核心共享一个 8MB L3 缓存。超线程作为 SMT（同步多线程）在 Nehalem 上重新实现，并允许每个核心同时运行两个线程。Nehalem 的第一个迭代代号为 Bloomfield，第一个 Bloomfield CPU 采用 Intel 的 45nm 工艺制造，拥有 7.31 亿个晶体管。Bloomfield 系列最初有三个部件，它们都是 Intel Core i7 SKU：920、940、965。这些部件的 TDP 均为 130W，具有四个核心、八个线程、8MB 的 L3 缓存，它们的区别仅在于 QPI 带宽和时钟速度。920 的基本时钟为 2.66GHz，睿频为 2.93GHz，QPI 为 4.8GT/s，940 的基本时钟为 2.93GHz，睿频为 3.2GHz，QPI 为 4.8GT/s，965 的基本时钟为 3.2GHz，睿频为 3.46GHz，QPI 为 6.4GT/s。所有这些新技术以及 Nehalem 芯片的功耗比 Core 2 大约低 20%，同时仍然提供更好的性能。

在年底，Craig Barrett 宣布他将于 2009 年 5 月辞去董事长一职，由 Jane Shaw 接任。该公司公布了 2008 年的收入为 375 亿美元，利润为 52.9 亿美元，虽然低于上一年（这并不奇怪，因为 2008 年发生了经济动荡），但该公司的营业收入更高，研发支出大致相同，长期债务大约减少了 1 亿美元，资本支出大约增加了 10 亿美元，员工人数减少了约 3000 人。

在 2009 年第一季度内，Intel 发布了基于 Nehalem 的 Xeon。其中大多数是四核部件，但也有一些双核部件。TDP 的范围从 38W 到 130W，缓存从 4M 到 8M，QPI 速度从 4.8GT/s 到 6.4GT/s，基本时钟从 1.86GHz 到 3.33GHz。

该公司于 2 月份宣布了其 32nm 工艺。该工艺是先前使用过的 High-K Metal Gate 的延续，但它增加了自对准过孔图案化。光刻技术为 193nm，晶圆为 300mm，栅极长度为 30nm，栅极间距为 112.5nm。

正如预期的那样，Jane Shaw 于 5 月份成为董事长。她获得了英国伯明翰大学的生理学博士学位，最近担任 Aerogen 的董事长。虽然她自 1993 年以来一直是董事会成员，但她是自公司成立之初的 Arthur Rock 以来，第一位从 Intel 外部引入的董事长，而不是担任过公司的 CEO。

在今年晚些时候，主流 Nehalem/Bloomfield CPU 有了单核、双核和四核型号，并且移动 Nehalem/Clarksfield 部件有了四核型号。

Intel 在 2009 年结束时收入为 351 亿美元，利润为 43.6 亿美元。该公司的债务增加到 20 亿美元，但这并不是真正的威胁，因为 Intel 拥有 111 亿美元的现金储备。该公司的员工人数减少到 79,800 人。

Intel Westmere 芯片照片，图片来自 Anandtech

2010 年 1 月 7 日，Intel 宣布了使用 Intel 32nm 工艺的 Nehalem/Westmere 微架构。低端系列包括用于 Celeron 和 Pentium 的没有超线程的双核部件，以及用于 i3 和 i5 的具有超线程的双核部件。i7 部件现在是六核十二线程部件。插槽情况很糟糕，低端部件使用 LGA1156，而高端部件使用 LGA1366，多处理器 Xeon 使用 LGA1567。虽然每个细分市场的 Xeon 版本都与消费类变体使用相同的插槽，但多处理器部件（而不是单处理器或双处理器）使用它们自己的特殊插槽。Celeron、Pentium、i3、i5 和 i7 的移动变体在今年晚些时候推出。这一代具有关闭单个核心以节省功耗的能力，可以在所有核心上加速以提供性能，具有 AES 加密/解密加速，用于双核部件的封装 GPU，支持 16 位实模式的虚拟化，并支持 1GB 的_大页_。最后一点的基本前提是，CPU 以称为页面的块将 RAM 分配给进程。默认页面大小通常为 4K，当系统具有大量内存时，页面数量可能会变得很大。页面越多，定位内存的性能损失就越高。对于 4K 页面大小，使用 1GB RAM 的进程将有 262144 个条目。更大的页面大小将减少页表条目的数量。更大的页面大小与消费者相比，与服务器市场的相关性更高，部分原因是服务器通常具有更多的内存，但也由于软件兼容性。消费者倾向于在一台机器上运行各种软件，而服务器通常只运行一个或几个应用程序。并非所有软件都适用于大页面大小。

Intel SSD 310，图片来自 Intel

在 2010 年 12 月，Intel SSD 310 问世。这是一款使用 mPCIe 边缘的 mSATA SSD。它是一款 34nm MLC NAND 闪存驱动器，有 40GB 和 80GB 版本。40GB 驱动器在空闲时仅消耗 75mW，而 80GB 驱动器则将其加倍至 150mW。在性能方面，40GB 驱动器可以提供 170MB/s 的读取速度和 35MB/s 的写入速度，而 80GB 型号可以提供 200MB/s 的读取速度和 70MB/s 的写入速度。所有这些的物理尺寸仅为 50.8mm 长、29.85mm 宽和 4.85mm 厚。它的重量仅为 10 克。早期的采用者包括 Lenovo (ThinkPads) 和 DRS Technologies (平板电脑)。

在整个 2010 年，PC 的平均销量超过每天 100 万台，PC 市场在全球增长了 17%，互联网流量超过了以往所有年份的总和，而 Intel 从中受益匪浅。即使是不起眼的 Intel Atom 也很受欢迎（尤其是在上网本市场中），Intel 在 2010 年出货了第 8000 万颗 Atom。Intel 在 2010 年结束时收入为 436 亿美元，利润为 114 亿美元。他们的员工人数增加到 82,500 人，债务增加到 20 亿美元，该公司持有近 167 亿美元的现金。

在 2011 年初，Intel 意识到他们的霸权地位并没有得到保证，并且可能受到威胁。该公司将其在 PC 领域的竞争对手确定为 AMD、Qualcomm 和 VIA，在服务器领域，名单包括 AMD、IBM 和 Oracle (Sun)，在嵌入式领域，名单包括 AMD、Broadcom、Freescale、MediaTek、Nvidia、Qualcomm、Samsung、STM 和 TI。Intel 曾经凭借 XScale 为 Blackberry 和 Palm 提供服务，从而统治了嵌入式市场，但现在该公司几乎完全退出了该市场。为了试图在低功耗市场中保持影响力，Intel 开始大力投资 Atom 及其周围的生态系统。该公司启动了一个名为 MeeGo 的 Linux 项目，启动了 Atom 开发者计划，宣布与 Google 围绕 Android 建立合作伙伴关系，与 Motorola Mobility 围绕手机和平板电脑建立合作伙伴关系，并开始与 ZTE 合作开发基于 Atom 的智能手机。

在 CPU 方面，Intel 于 1 月 9 日在其 32nm 工艺上推出了 Sandy Bridge。这些改进了 Nehalem，并提供了高级向量扩展、每个芯片最多 8 个物理核心、1536 个条目的微指令缓存、更大的调度器缓冲区、在具有集成 GPU 的单元上硬件加速视频编码和解码，并将集成的 GPU 移到芯片上（而不是封装上）。Sandy Bridge 在相同的时钟频率下比 Nehalem 大约提高了 11% 的性能，并且 iGPU 的性能大约是上一代的两倍。Sandy Bridge 芯片有大量的 SKU，涵盖 Celeron、Pentium、i3、i5、i7 和 i7 Extreme。这些是用于 LGA1155 插槽的 Core i3 2100T 到 Core i7 2700K。还制造了 Xeon 和移动部件。这些被认为是_第二代_ Core CPU，并且随着 AVX 的添加和 GPU 的集成，按照 Intel 最初的命名方案，这些将是 i801086 系列。因此，我们在这里看到 Intel 与 Intel Core Duo/Solo 和 Core 2 都决裂了，他们将 Nehalem (i986) 视为当前和未来几代 Core 的起点。

在 2009 年的 Intel 开发者论坛上，该公司推出了 Light Peak，一台原型 Mac Pro 通过一根大约 30 米长的光缆（端接于 USB 的变体）运行两个 1080p 视频流、LAN 和存储设备。这是由带有两个光总线的 PCI Express 卡驱动的，每个总线有两个 Light Peak 端口，每个端口提供 10Mbit/s。然后在 2010 年 5 月在布鲁塞尔举行的 Intel 欧洲研究展示会上看到了 Light Peak，它从一台笔记本电脑实现了大致相同的性能。在 2011 年 1 月，Light Peak 以 Thunderbolt 的身份走向世界，它通过两个串行信号将 PCI Express、DisplayPort 和直流电源组合到一个端口和电缆中。Thunderbolt 也可以菊花链连接。此标准的第一个版本使用与 Mini DisplayPort 相同的物理连接器，并使用铜缆而不是光缆。这种改变主要是为了实现电源传输。第一批采用 Thunderbolt 的设备是 2 月份发布的 Apple MacBook Pro，5 月份发布的 iMac，以及 7 月份发布的 Macs Mini 和 MacBook Air。

2011 年 4 月 28 日，Intel 以 76.8 亿美元完成了对 McAfee 的收购。这是 Intel 迄今为止最大的一笔收购，该公司的股价在消息发布后下跌了 3.5%。这次收购当时对很多人来说意义不大，但 McAfee 拥有大约 19.3 亿美元的订阅收入，Intel 试图实现多元化，试图围绕其产品构建一个软件生态系统，并且自 Web 出现以来，安全性一直是 PC 市场日益关注的问题。

Intel 三栅极晶体管，图片来自 Intel

2011 年 5 月 4 日，Intel 向世界宣布了其 22nm 工艺，在这里，Intel 再次引领了全新的晶体管技术。到目前为止，市场一直只使用平面晶体管。随着 Intel 的 22nm 工艺，世界进入了 FinFET 时代。在 FinFET 设计中，栅极从三面环绕沟道，从而减少了功耗并降低了传播延迟（信号通过晶体管所需的时间）。这是 Intel 的第三代高-k 金属栅极晶体管，称其为 22nm......是一个奇怪的选择。鳍片宽度为 8nm，鳍片高度为 34nm，鳍片间距为 60nm，栅极长度为 26nm，栅极间距为 90nm。这些规格都不是 22nm。

更近距离的鳍片视图，图片来自 Intel

从历史上看，工艺节点的常用名称来自晶体管栅极的宽度和半间距（芯片上两个相同特征之间距离的一半）。因此，如果人们讨论的是 1 微米工艺，那么栅极宽度和半间距的尺寸都约为 1 微米。在之前的 32nm 工艺上，栅极长度接近 32nm，但实际上更小。Intel 的 45nm 工艺也是如此，栅极长度实际上约为 25nm。因此，如果 Intel 将规则更改为以栅极长度而不是宽度命名工艺，那么这些节点名称就表明了_某些东西_。在这里，栅极长度更大。那么，为什么叫这个名字呢？嗯，这些命名规则都失去了意义。首先，缩小栅极长度和宽度在大约 25nm（或 Intel 的 45nm 工艺）时停止对性能产生有意义的积极影响。借助 FinFET，即使几何形状有效冻结，晶体管密度也可以继续增加。随着时间的推移，互连和金属层的数量也随着制造技术的改进而增加。这允许更多的逻辑优化和性能提升。所以，这个名字？就 Intel 的工艺节点名称而言，人们实际上可以这样认为：鉴于早期 CPU 的原始性能和晶体管密度，工艺节点需要是什么才能产生现在显示的效果？

在 5 月 31 日的 Computex 上，Intel 推出了 Ultrabook 计划，取代了 Centrino。Apple 的 MacBook Air 几年前引起了轰动，它使用了 Intel 的 CPU。随着笔记本电脑和平板电脑变得越来越普遍，Intel 希望在整个行业推广类似的设计。Intel 在 1990 年代开始向 OEM 提供设计图，这是该过程的演变。超极本实际上是一款轻薄的笔记本电脑，仍然具有一定的性能。更具体地说，有问题的笔记本电脑的重量不得超过 3.1 磅，厚度不得超过 0.71 英寸，至少提供 5 小时的电池续航时间，并在最多 7 秒内从休眠状态恢复。第一批超极本在年底前发布。

Intel Xeon Phi，Knights Corner 芯片照片，图片来自 Intel

2011 年 6 月，SGI 宣布他们打算在即将推出的超级计算机中使用 Intel MIC（多集成核心）以及 Intel Xeon CPU。这款 Intel MIC 产品代号为 Knights Corner，将采用 Intel 的 22nm 工艺构建。Intel 已经在超级计算机市场中占据了极其强大的地位，为其提供约 80% 的动力，但 MIC 是新的。11 月，Intel 展示了能够达到 1TFLOPS 的 Knights Corner 协处理器。这是单个芯片首次能够达到这种性能水平。在 1997 年，这是世界上最好的超级计算机 ASCI Red 的性能，截至 2011 年，这种能力可以在 Intel 的单个芯片中获得。Knights Corner 的核心基于最初的 Pentium 设计，与 Intel Atom 非常相似，但增加了 4 路 SMT、512 位 SIMD（类似于 AVX-512）、64K L1、512K L2 和连接处理器和内存的环形总线。

12 月，该公司宣布完成了又一次重组。该公司现在分为几个主要部门：PC 客户端集团 (PCCG)、数据中心集团 (DCG)、移动通信、智能系统、上网本和平板电脑、超移动、McAfee、Wind River、软件和服务、非易失性存储解决方案。对于 2011 年，PCCG 约占 Intel 收入的三分之二，DCG 约占 19%。换句话说，高性能 CPU 约占 Intel 总收入的 85%。2011 年的总收入高达 539 亿美元，利润为 129 亿美元，现金为 209 亿美元，债务为 70 亿美元，资产为 711 亿美元，该公司拥有大约 100,100 名员工。

Intel Medfield 手机参考设计，来自 Intel

Intel 于 2012 年 1 月宣布了围绕 Intel Atom 构建的 Medfield 平台。此时的 Atom 继续是双发射、按顺序执行、超线程的，具有 16 级整数流水线，并且没有专用的整数乘法或除法（为此使用了 FP 单元）。它具有 24K L1 和 512K L2，以及一个 256K 的超低功耗 SRAM，当 CPU 处于最低功耗睡眠状态时，它保存 CPU 状态和缓存数据。Atom CPU 与时钟频率为 400MHz 的 PowerVR SGX 540 配对。对于视频解码和编码，Medfield 使用了 VDX385 和 VDE285。Medfield 采用 Intel 的 32nm 工艺制造，在 100MHz 时的功耗为 50mW，在 600MHz 时的功耗为 175mW，在 1.3GHz 时的功耗为 500mW，在 1.6GHz 时的功耗为 750mW。虽然 Intel 希望为其移动业务提供自己的 MeeGo Linux 发行版，但他们知道市场在哪里，Google 宣布了对 Medfield 的 Android 支持，并且正是 Intel 自己在修复错误并将更改提交给 AOSP，同时试图使 Intel 的 Android 端口成为一个真正不错的选择。为了达到这一点，Intel 聘请了 Mike Bell（以前在 Apple 和 Palm 工作），并给了他很大的自由来组建他的团队并完成工作。当 Gigabyte Orange Santa Clara 在 3 月份针对当时运行 Android 的 ARM 手机进行基准测试时，它排名第三。Medfield 输给了小米 Mi-One Plus 和 Asus Transformer Prime，但击败了 Samsung Galaxy Nexus。

Intel 的工作可能没有改变世界，但它确实给了该公司一些胜利。在 2012 年 4 月，在印度首次发布的 Lava Xolo X900 成为第一款可供消费者使用的 Intel Atom 驱动的智能手机。它使用了 Medfield SoC、1GB 的 RAM、16GB 的闪存存储、具有 NFC 功能、1024x600 LCD、8 兆像素摄像头，并在发布时运行 Android 2.3，但 Android 4 很快就推出了。2012 年 8 月，ZTE 在 Medfield 平台上发布了带有 Android 4.0 的 Grand X IN。它有一个 4.3 英寸的屏幕，分辨率为 960x540。Lenovo K800 于 2012 年 9 月发布，配备 4.5 英寸 1280x720 IPS 显示屏、1GB RAM、16GB 闪存、micoSDHC 扩展、8MP 摄像头、802.11n、GPS、Bluetooth 2.1 和 Android Gingerbread。从我能找到的所有信息来看，Lenovo K800 是第一轮 Intel 驱动的智能手机中最好的一款，并且普遍受到好评。

在 2012 年 4 月，Intel 的第三代 Core CPU Ivy Bridge 通过 Intel 的 22nm 工艺进入市场，适用于 LGA1155。这些再次跨越了 Celeron 到 Xeon 的产品线。这些主要缩小了 Sandy Bridge 芯片，但由于 22nm 工艺，功耗降低了近 50%。还添加了 RDRAND 指令。

5 月，Jane Shaw 退休，Andy Bryant 成为董事长。6 月，Knights Corner 成为 Intel Xeon Phi，并有 57、60 和 61 核的 SKU。Xeon Phi 确实为一些最好的超级计算机提供了动力。Ultrabook 计划的业绩并不如 Intel 希望的那样好。2012 年的销量约为 1000 万台。令人失望的 Ulrabook 销量根本没有损害公司，芯片巨头在 2012 年结束时收入为 533 亿美元，利润为 110 亿美元，员工人数为 105,000 人。

对于那些关注 Intel 的人来说，2013 年并不是非常令人兴奋。老实说，在 Intel 历史上的这个时刻......即使是 FinFET 也没有像 High-K Metal Gates 那么令人兴奋，而后者也没有像 1990 年代发生的任何事情那么令人兴奋。这篇文章的延迟可能更多地说明了我对这个时代的感受。最大的新闻是 Paul Otellini 的退休，Brian Krzanich 随后晋升为 CEO，Thunderbolt 2 的发布和 Haswell 的发布。

Krzanich 于 1960 年 5 月 9 日出生于 Santa Clara。他参加了 San Jose State University，并获得了化学学士学位。毕业后不久，他于 1982 年开始在新墨西哥州的 Intel 工厂工作。他在 1996 年晋升为亚利桑那州 Chandler 工厂的经理。他于 2007 年开始在 Intel 领导工厂和供应链管理，并于 20