Histoire des CPU Intel : Comment ont-ils évolué jusqu'à aujourd'hui ?

Intel est connu pour ses processeurs avec l'ISA x86, qui a connu plusieurs évolutions au fil du temps et est devenu le langage universel de toutes les applications qui tournent sur nos PC et bien que d'autres jeux de registres et d'instructions soient apparus aujourd'hui l'ISA inventé par le L'entreprise que Pat Gelsinger dirige maintenant à la fin des années 1970 est toujours aussi forte qu'au premier jour, voire même plus forte.

Les débuts d'Intel, avant 8086

Dans la première section de cette histoire, nous allons discuter des processeurs fabriqués par Intel avant l'arrivée du PC IBM qui les conduirait au succès et à devenir le plus grand producteur de processeurs pour ordinateurs personnels de l'histoire.

L'Intel 4004, le premier CPU sur puce

Si vous regardez n'importe quel livre d'histoire, ils vous diront que le premier Processeur que Gordon Moore et Robert Noyce ont conçu sous la marque Intel était le i4004, qui est considéré comme le premier processeur complet construit en une seule pièce, car auparavant un processeur avait tous ses composants divisés en plusieurs puces différentes.

Cependant, ce n'était pas le produit phare de l'entreprise à l'époque, puisque son capital provenait de la vente de mémoires DRAM et SRAM pour les mini-ordinateurs de l'époque. A cette époque, il n'y avait pas d'ordinateurs personnels et la mémoire vive était à la pointe de la technologie. Bien que ce ne soient pas Noyce et Moore qui soient venus à la table de conception pour créer le 4004, c'est le travail de trois ingénieurs : Federico Faggin, Ted Hoff et Stanley Mazor qui ont conçu un processeur 4 bits complet pour Busicom, une entreprise d'électronique calculatrices japonaises qui avaient commandé le projet à Intel.

Ainsi, celle qui était à l'époque une entreprise émergente par rapport à d'autres géants de l'époque comme Fairchild Semiconductor ou Texas Instruments s'est chargée de créer le premier CPU complet sur puce.

L'Intel 8008 et le terminal Datapoint

L'expérience i4004 a servi à Intel pour se valider pour le reste de l'industrie, mais ils n'étaient toujours pas le géant qu'ils deviendraient des années plus tard. L'ère du PC n'était pas encore arrivée et les quelques utilisateurs d'ordinateurs continuaient à utiliser des terminaux en temps partagé connectés à un mini-ordinateur, qui, paradoxalement, pouvait être aussi gros qu'un réfrigérateur.

L'une de ces sociétés était Datapoint Corporation et son modèle de terminal 2200 avait une particularité, c'est que ses circuits servaient non seulement de terminal distant, mais possédaient également un ordinateur complet, car il pouvait exécuter des programmes grâce au fait d'avoir les circuits intégrés d'un processeur à l'intérieur. Encore une fois, les trois architectes en charge du i4004 ont été chargés de réduire tous les circuits 8008 complexes que vous voyez au-dessus de ces images sur le i8008.

Malheureusement, le projet avec Datapoint n'a pas abouti et les relations entre les deux sociétés ont finalement complètement cessé. Cela ne les a pas empêchés de terminer leur premier CPU 8 bits, mais Intel n'était pas très satisfait du résultat.

L'Intel 8080 et le boom S-100

Le troisième processeur d'Intel est né des faits : le 8008 était trop limité pour utiliser et exécuter des programmes complexes. C'est pourquoi Intel a envisagé un autre processeur 8 bits capable d'exécuter n'importe quel programme informatique et de là est né le i8080.

De nouveau Federico Faggin et Stan Mazor se sont remis au travail, cette fois aidés par Masatoshi Shima qui avait déjà collaboré avec eux dans la conception du 4004. Par curiosité, Faggin quittera Intel en 1974 pour fonder Zilog et créer une version améliorée dans le forme du célèbre Z80 qui était le processeur central de systèmes comme le Spectrum, MSX, Amstrad CPC et bien d'autres.

Le 8080 n'était pas un CPU construit à partir de zéro, il a été construit à partir de la conception du 8008. Ils ont conservé le système d'interruption, mais ont amélioré l'adressage de 16 Ko de maximum RAM à 64 Ko, ajout de ports périphériques supplémentaires et de nouvelles instructions. Quant à la vitesse d'horloge, elle est passée de 0.5 MHz à 2 MHz, ce qui la rend quatre fois plus rapide que son prédécesseur.

Ce CPU se distinguait par être le processeur principal de l'Altair 8800 créé par le Massachusetts Technical Institute qui a apporté avec lui la première génération d'ordinateurs personnels appelés S-100 en raison du fait que les différents composants de l'ordinateur étaient connectés à une carte commune. qui utilisait une interface du même nom. Le système d'exploitation de la machine MITS était le CP/M créé par Gary Kildall, le précurseur de MS-DOS.

Grâce à l'utilisation du bus S-100 en standard, des clones de l'Altair 8800 sont vite apparus partout, malheureusement l'existence du Z80 amélioré a laissé Intel en dehors du leadership de ces précurseurs des ordinateurs personnels.

La route vers l'Intel 8086

On pense que l'Intel 8086 était un processeur fabriqué par Intel à la demande d'IBM pour son premier PC, ce qui est faux, puisqu'il existait déjà depuis deux ans et que son histoire n'a rien à voir avec le premier ordinateur personnel du à l'époque géant bleu. De plus, il s'agissait au départ d'un projet mineur au sein de la société de Gordon Moore, car le 8800, sorti sous le nom d'iAPX 432, était bien meilleur sur papier avec un ALU 32 bits, une MMU intégrée et tout ce dont vous avez besoin pour le faire. multitâche.

Pour aggraver les choses, les trois mousquetaires qui avaient créé les trois premiers processeurs Intel sont partis, c'est un seul Stephen Morse qui a été choisi pour concevoir le 8086 pour deux raisons : il était ingénieur électricien et logiciel. Il connaissait donc parfaitement les deux mondes. Cependant, le 8086 avait un problème, c'est qu'il partait d'un ISA totalement nouveau et que le binaire n'était pas compatible. Si les programmes pour CP/M convenaient bien, alors c'était beaucoup plus rapide que le Z80, mais personne n'était disposé à le faire.

Morse a quitté l'entreprise peu de temps après, le 8086 était devenu ou non le plus gros échec d'Intel à ce jour.

L'histoire d'Intel dans les années 80 : les débuts du PC

En 1981, il y avait déjà des ordinateurs personnels dans les magasins, donc IBM n'a pas inventé l'ordinateur personnel, mais petit à petit ils étaient une menace pour le géant bleu et c'est pourquoi ils ont décidé de créer un projet à petit budget appelé Project Chess, basé sur utiliser le matériel existant et pour cela ils prendraient comme exemple les ordinateurs S-100 dérivés de l'Altair 8800.

À cette époque, le processeur le plus avancé pour ces ordinateurs était le 68000, mais ce processeur n'était pas prêt pour la production de masse. La solution? Il venait d'Intel, qui avait un Intel 8086 et sa version 8 bits, le 8088. Afin d'obtenir le contrat pour le CPU du premier PC IBM, ils ont dû accepter qu'il y aurait un deuxième fournisseur du processeur, une certaine société appelée AMD . Du jour au lendemain, un projet qui avait été le plus gros échec de son histoire est devenu son plus grand succès.

Le 8088 et le 8086 ont tous deux été les premiers processeurs avec l'ISA x86, ils étaient également les premiers processeurs d'un système domestique à avoir un ALU 16 bits. La différence entre les deux modèles ? Le 8088 avait un bus de données 8 bits et non 16 bits. Bien que ce qui ressortait le plus était son adressage mémoire 20 bits, qui permettait à un système d'avoir jusqu'à 1 Mo de mémoire, 16 fois plus que ce que supportait le 8080.

Le 80286, le plus grand saut IPC d'un processeur x86

Le succès de l'IBM PC a été écrasant, déjà en 1984, il était devenu la plate-forme par excellence en tant qu'ordinateur personnel pour les entreprises du monde entier, mais il était nécessaire de créer une version plus rapide qui est venue avec la création de l'AT PC et ce temps oui qu'IBM en totale confiance avec Intel lui a demandé de faire un nouveau CPU totalement rétrocompatible au niveau binaire, mais bien plus rapide.

Le 80286 a été le plus grand saut en IPC qui a été fait dans l'histoire des processeurs Intel, puisque ses performances par cycle d'horloge étaient plus du double de celles du 8086. Pour y parvenir, ses bus internes ont été améliorés qui ont arrêté ces multiplexés, le processus des instructions de capture a été optimisé et la fonctionnalité des instructions de saut a été améliorée. De plus, Intel incluait pour la première fois un MMU, qui fonctionnait par segments.

Par curiosité, il s'agit du processeur pour PC ayant la durée de vie la plus longue de l'histoire, car même en 1990, vous pouviez trouver des ordinateurs à vendre avec ce processeur.

Enfin le 32 bits, le 80386

Le 80386 n'était pas le premier processeur 32 bits de l'histoire d'Intel, mais l'iAPX 432 a l'honneur d'être, cependant, quand est venu le temps de créer une version 32 bits du 8086 Intel a repris de nombreux concepts de ce projet, bien que le le plus grand défi était de déplacer le code. La solution? Utilisez les mêmes registres, mais étendus en taille jusqu'à 32 bits. De plus, le 80386 était le premier processeur de l'histoire d'Intel avec un pipeline segmenté, qui était en trois étapes.

Même si le grand défi concernait le multitâche, l'idée d'avoir un processeur capable d'exécuter un système d'exploitation capable d'exécuter plusieurs programmes en même temps sur un ordinateur personnel ou un poste de travail. Pour cela, ils ont conçu une nouvelle MMU, cette fois prenant en charge la mémoire virtuelle par pagination, une méthode qui est utilisée aujourd'hui.

Grâce à ce CPU, le PC a fait un saut de qualité en tant que plate-forme, puisqu'il a apporté les nouvelles qui ont permis Windows de sa troisième version pour arrêter d'être une blague, ainsi que Linux/Unix et surtout cela a marqué la domination du PC sur les autres plates-formes.

Le 80486, une mise à jour mineure mais importante

La quatrième génération de processeurs x86 dans l'histoire d'Intel nous a apporté deux nouveautés importantes, la première d'entre elles étant les caches de premier niveau de données et d'instructions. La seconde était l'intégration de l'unité à virgule flottante, qui n'était plus un coprocesseur séparé pour devenir une partie intégrante de la CPU. Son pipeline ou segmentation allongée à 5 cycles lui a permis d'atteindre 100 MHz avec le modèle DX4.

C'était aussi le clou dans le cercueil du rival Motorola, qui a fini par s'associer à IBM et Apple pour créer les PowerPC. La raison? Intel ne s'est pas contenté d'une version légèrement améliorée du 386 et a répété le mouvement du 286 avec une augmentation incroyable de l'IPC, qui a certifié la plus grande puissance du PC par rapport à ses concurrents, mais a surtout donné à Intel la victoire finale sur Motorola.

Par curiosité, son architecte en chef était Pat Gelsinger, l'actuel PDG d'Intel.

L'Intel Pentium, le premier CPU multimédia de l'histoire

L'Intel Pentium a été le premier processeur superscalaire sous ISA x86, ce qui lui a permis d'exécuter 2 instructions en parallèle et en même temps. Grâce à cela, l'IPC par rapport à 80486 s'est amélioré de 40% dans le processus.

Des années plus tard, Intel a lancé le Pentium MMX, qui a apporté une modification à l'unité à virgule flottante, puisqu'il a implémenté le SIMD over register pour accélérer les programmes multimédias naissants de l'époque. Mais la durée de vie commerciale du Pentium MMX a été courte, car en 1997, lors de leur lancement, ils ont coïncidé sur le marché avec le Pentium II, juste un an après la version améliorée du processeur x86 de cinquième génération d'Intel.

Au niveau architectural, les changements étaient mineurs par rapport au 80486, mais la conception est revenue à nouveau entre les mains de ceux qui avaient créé le 80386 original qui a terminé la conception en 1992. En dehors de sa conception superscalaire, il était très conservateur, après tout. , l'entreprise avait cessé d'avoir de la concurrence, cependant, cela ne signifiait pas qu'elle était restée les bras croisés.

L'assassinat de RISC, l'ère P6

On dit que dans chaque décennie d'histoire Intel fait un grand changement dans ses CPU, dans les années 80 c'est le 80386 qui a mis à jour l'ISA à 32 bits et dans les années 90 c'était le Pentium Pro, un processeur qui était pensé comme un fer de lance du x86 au marché des postes de travail, alors dominé par les architectures RISC.

D'Intel, ils savaient très bien que le jeu d'instructions x86 avait des limites, c'est pourquoi Intel a créé à la fois une exécution dans le désordre et spéculative pour ce processeur. De plus, il a augmenté le nombre d'étapes de 5 à 14 et a ajouté le cache de deuxième niveau pour la première fois.

Sous l'architecture du Pentium Pro ou du P6 sont venus divers processeurs, publiés sous forme de générations de différents produits commerciaux.

• Le Pentium Pro a été le premier processeur à avoir le cache L2 intégré au processeur, jusque-là il était inclus sur la carte près du processeur.
• Quant au Pentium II, il était basé sur le Pentium Pro, mais il a déplacé le cache L2, bien qu'il l'ait laissé dans le même package, contrairement à son prédécesseur, il a été lancé pour le marché des PC domestiques, apportant la puissance du travail gares.
• Le Pentium III, quant à lui, incluait les instructions SSE et finit par réintégrer le cache L2 dans le processeur.

La stratégie d'Intel a fonctionné et à la fin des années 90, la plupart des architectures RISC languissaient complètement en attendant leur mort définitive. Seuls les ARM et les PowerPC utilisés dans le Macintosh ont survécu de loin, le reste avait l'épée de Damoclès sur eux et allait bientôt succomber.

Pentium 4, la fin d'une époque

Pour le Pentium 4, Intel a créé une nouvelle architecture appelée Netburst, qui a suivi la tendance du jour pour ajouter un grand nombre d'étages pour atteindre une vitesse d'horloge élevée. C'est avec ce processeur qu'Intel a atteint le plafond de vitesse et il a été découvert que la course basée sur cette métrique n'avait pas d'avenir, en raison de la consommation élevée des processeurs et de la température qu'ils généraient.

C'est à partir de l'expérience du Pentium 4 que la métrique « puissance par watt » a pris de l'importance et a commencé à concevoir des processeurs déjà basés sur le concept multicœur. En particulier, la raison en était qu'il était impossible de les monter sur des ordinateurs portables et qu'il avait fallu prolonger la durée de vie du P6 pour pouvoir lancer des processeurs pour ce type d'ordinateur en cours de fabrication à l'époque.

Les potins disent que c'était un Apple, obsédé par ses conceptions industrielles qui a donné à Intel une impulsion pour savoir s'il pouvait créer un cœur avec suffisamment de performances par watt et avec plus de puissance que le PowerPC, alors seulement il ferait le saut vers le x86. Et il en fut ainsi, mais avec lui, ils abandonnèrent également le nom Pentium pour en adopter un autre.

L'ère multicœur de l'histoire d'Intel

Les premiers Intel Core étaient basés sur l'architecture P6, mais avec une configuration dual-core. Cependant, ils avaient développé une deuxième génération révolutionnaire et considérée comme le meilleur processeur des années 2000.

Pour son développement, Intel a copié plusieurs idées sur l'Opteron d'AMD ; tout comme l'implémentation du Northbridge au sein du processeur et l'adoption de l'extension x86 64 bits. En termes de performances, ils ont presque doublé l'IPC et c'est le troisième plus grand saut de performances après celui réalisé avec les 80286 et 80486. Pour ce faire, ils ont amélioré l'exécution dans le désordre, rendu le CPU capable de gérer plus d'instructions dans parallèle et ils ont d'abord ajouté le Smart Cache sur les processeurs Intel.

Cependant, le Core 2 pourrait être considéré comme la génération zéro, puisqu'Intel a commencé à utiliser les marques Intel Core i3, i5 et i7 de l'architecture Nehalem, considérée comme la première génération d'Intel Core. Depuis lors, jusqu'à maintenant, nous avons eu plusieurs générations avec des améliorations progressives.

• Pont de sable/lierre : Intel a encore amélioré l'unité de prédiction de saut, en dehors de cela, il a amélioré des éléments tels que le cache micro-op, les unités entières et à virgule flottante et les performances de certaines instructions pour extraire des données de la mémoire.
• Haswell / Broadwell : Intel a de nouveau augmenté le nombre d'instructions que le processeur peut exécuter par cycle, en plus d'augmenter la bande passante des caches internes du processeur et d'améliorer le contrôleur de mémoire. Ils comprenaient également le contrôleur de tension intégré au processeur (FIVR).
• Génération SkyLake : Intel a amélioré le nombre d'instructions que le CPU peut décoder, mais n'a pas augmenté le nombre d'instructions qu'il peut exécuter en parallèle. Les changements par rapport aux générations précédentes sont très faibles (ils ont supprimé le FIVR).
• Rocket Lake-S / Tiger Lake : Il s'agit des actuels Rocket Lake-S et Tiger Lake, Après des années avec de légères améliorations dans l'IPC, Intel a décidé de suivre la voie d'AMD pour ne pas se laisser distancer.

Sa dernière version est l'Intel Core 12 avec architecture Alder Lake-S, qui est celle qui ajoute le plus de nouveautés depuis le lancement d'Intel Core 2 comme l'exécution avec des cœurs hétérogènes, l'ajout du Thread Director et d'autres nouveautés, nous ne savoir si ce sera le grand saut générationnel que l'entreprise fait à chaque décennie ou s'il y a quelque chose de plus sous le capot, ce qui est clair, c'est que l'histoire d'Intel est au moins passionnante.