Storia delle CPU Intel: come si sono evolute fino ad oggi?

Storia delle CPU Intel

Da quando è stata fondata da Gordon Moore e Robert Noyce il 18 luglio 1968, sono trascorsi più di cinque decenni in cui è diventata l'azienda leader nella produzione e progettazione di CPU per personal computer. Ecco perché abbiamo deciso di fare un tour di Intel's storia attraverso le sue CPU.

Intel è nota per i suoi processori con l'ISA x86, che ha avuto diverse evoluzioni nel tempo ed è diventato il linguaggio universale di tutte le applicazioni che girano sui nostri PC e sebbene siano apparsi altri set di registri e istruzioni Oggi l'ISA inventato dal L'azienda che Pat Gelsinger ora gestisce alla fine degli anni '1970 è ancora forte come il primo giorno, se non addirittura più forte.

La prima storia di Intel, prima dell'8086

Gordon Moore

Nella prima sezione di questa storia parleremo delle CPU che Intel ha realizzato prima dell'arrivo del PC IBM che li avrebbe portati al successo e ad essere il più grande produttore di processori per personal computer nella storia.

L'Intel 4004, la prima CPU su un chip

Intel 4004

Se guardi un qualsiasi libro di storia ti diranno che il primo CPU che Gordon Moore e Robert Noyce progettarono con il marchio Intel fu l'i4004, che è considerata la prima CPU completa costruita in un unico pezzo, poiché prima una CPU aveva tutti i suoi componenti suddivisi in diversi chip.

Tuttavia, all'epoca non era il prodotto di punta dell'azienda, poiché il suo capitale proveniva dalla vendita di memorie DRAM e SRAM per i minicomputer dell'epoca. A quel tempo non esistevano personal computer e la memoria ad accesso casuale era lo stato dell'arte. Sebbene non siano stati Noyce e Moore a venire al tavolo di progettazione per creare il 4004, è stato il lavoro di tre ingegneri: Federico Faggin, Ted Hoff e Stanley Mazor che hanno progettato una CPU completa a 4 bit per Busicom, una società di elettronica calcolatori giapponesi che avevano commissionato il progetto a Intel.

Così, quella che a quel tempo era un'azienda emergente rispetto ad altri colossi dell'epoca come Fairchild Semiconductor o Texas Instruments si occupò della creazione della prima CPU completa su un chip.

L'Intel 8008 e il terminale Datapoint

L'esperimento i4004 è servito a Intel per convalidare se stessa per il resto del settore, ma non erano ancora il gigante che sarebbero diventati anni dopo. L'era del PC non era ancora arrivata ei pochi utenti di computer continuavano a utilizzare terminali in multiproprietà collegati a un minicomputer che, paradossalmente, poteva essere grande quanto un frigorifero.

Una di queste società era Datapoint Corporation e il suo modello di terminale 2200 aveva una particolarità e cioè che la sua circuiteria non serviva solo da terminale remoto, ma aveva anche un computer completo, poiché poteva eseguire programmi grazie al fatto di avere la circuiteria integrata di una CPU all'interno. Anche in questo caso i tre architetti responsabili dell'i4004 hanno avuto il compito di ridurre tutti i complessi circuiti dell'8008 che vedete sopra queste immagini sull'i8008.

Purtroppo il progetto con Datapoint non è andato a buon fine e alla fine i rapporti tra le due società sono cessati completamente. Questo non ha impedito loro di finire la loro prima CPU a 8 bit, ma Intel non era molto soddisfatta del risultato.

L'Intel 8080 e il boom dell'S-100

Intel 8080 Storia Intel

Il terzo processore di Intel è nato di fatto: l'8008 era troppo limitato per utilizzare ed eseguire programmi complessi. Ecco perché Intel ha considerato un altro processore a 8 bit in grado di eseguire qualsiasi programma per computer e da lì è nato l'i8080.

Di nuovo Federico Faggin e Stan Mazor tornarono al lavoro, questa volta aiutati da Masatoshi Shima che aveva già collaborato con loro nella progettazione del 4004. Per curiosità, Faggin avrebbe lasciato Intel nel 1974 per fondare Zilog e creare una versione migliorata nel forma del famoso Z80 che era la CPU centrale di sistemi come Spectrum, MSX, Amstrad CPC e molti altri.

L'8080 non era una CPU costruita da zero, è stata costruita dal design dell'8008. Hanno mantenuto il sistema di interrupt, ma hanno migliorato l'indirizzamento da 16 KB di massimo RAM a 64 KB, aggiunte più porte periferiche e nuove istruzioni. Per quanto riguarda la velocità di clock, è passata da 0.5 MHz a 2 MHz, quattro volte più veloce del suo predecessore.

Altair 8800 8080

Questa CPU si è distinta per essere il processore principale dell'Altair 8800 creato dal Massachusetts Technical Institute che ha portato con sé la prima generazione di personal computer denominata S-100 per il fatto che i diversi componenti del computer erano collegati ad una scheda comune che utilizzava un'interfaccia con lo stesso nome. Il sistema operativo per la macchina MITS era il CP/M creato da Gary Kildall, il precursore di MS-DOS.

Grazie all'uso del bus S-100 come standard, presto apparvero ovunque cloni dell'Altair 8800, purtroppo l'esistenza dello Z80 migliorato lasciò Intel fuori dalla leadership di questi precursori dei personal computer.

La strada per l'Intel 8086

Microscopio 8086

C'è la convinzione che l'Intel 8086 fosse un processore realizzato da Intel su richiesta di IBM per il suo primo PC, il che è falso, poiché esisteva già da due anni prima e la sua storia non ha nulla a che vedere con il primo personal computer della allora gigante blu. Inoltre, inizialmente era un progetto minore all'interno dell'azienda di Gordon Moore, poiché l'8800, rilasciato come iAPX 432, era molto meglio sulla carta con un ALU a 32 bit, una MMU integrata e tutto il necessario per farlo. multitasking.

A peggiorare le cose, i tre moschettieri che avevano creato le prime tre CPU Intel se ne andarono, fu un solitario Stephen Morse che fu scelto per progettare l'8086 per due motivi: era un ingegnere elettrico e software. Quindi conosceva perfettamente entrambi i mondi. Tuttavia, l'8086 aveva un problema e cioè che partiva da un ISA totalmente nuovo e il binario non era compatibile. Se i programmi per CP/M andavano bene allora era molto più veloce dello Z80, ma nessuno era disposto a farlo.

Morse lasciò l'azienda poco dopo, l'8086 era diventato il più grande fallimento di Intel fino ad oggi, o meno.

La storia di Intel negli anni '80: gli inizi del PC

Nel 1981 c'erano già i personal computer nei negozi, quindi IBM non ha inventato i personal computer, ma a poco a poco sono stati una minaccia per il gigante blu ed è per questo che hanno deciso di creare un progetto a basso budget chiamato Project Chess, basato su utilizzano l'hardware esistente e per questo prenderebbero come esempio i computer S-100 derivati ​​dall'Altair 8800.

A quel tempo la CPU più avanzata per questi computer era la 68000, ma questa CPU non era pronta per la produzione di massa. La soluzione? Veniva da Intel, che aveva un Intel 8086 e la sua versione a 8 bit, l'8088. Per ottenere il contratto per la CPU del primo PC IBM, hanno dovuto accettare che ci sarebbe stato un secondo fornitore del processore, una certa compagnia chiamata AMD . Da un giorno all'altro, un progetto che era stato il più grande fallimento della sua storia è diventato il suo più grande successo.

Intel 8088

Sia l'8088 che l'8086 sono state le prime CPU con l'ISA x86, sono stati anche i primi processori in un sistema domestico ad avere un ALU a 16 bit. La differenza tra i due modelli? L'8088 aveva un bus dati a 8 bit e non a 16 bit. Sebbene ciò che spiccava di più fosse l'indirizzamento della memoria a 20 bit, che consentiva a un sistema di avere fino a 1 MB di memoria, 16 volte di più rispetto a quello supportato dall'8080.

L'80286, il più grande salto IPC da una CPU x86

Intel 80286

Il successo del PC IBM fu travolgente, già nel 1984 era diventato la piattaforma per eccellenza come personal computer per le aziende di tutto il mondo, ma era necessario creare una versione più veloce che arrivava con la creazione del PC AT e questo tempo sì che IBM in totale fiducia con Intel gli ha chiesto di realizzare una nuova CPU completamente retrocompatibile a livello binario, ma molto più veloce.

L'80286 è stato il più grande salto nell'IPC che sia stato fatto nella storia delle CPU Intel, poiché le sue prestazioni per ciclo di clock erano più del doppio di quelle dell'8086. Per raggiungere questo obiettivo, i suoi bus interni sono stati migliorati che hanno fermato questi multiplex, il processo delle istruzioni di cattura è stata ottimizzata e la funzionalità delle istruzioni di salto è stata migliorata. Inoltre, Intel per la prima volta includeva una MMU, che funzionava per segmenti.

Per curiosità è la CPU per PC più longeva della storia, visto che già nel 1990 si potevano trovare in vendita computer con questa CPU.

Infine i 32 bit, l'80386

Intel 80386

L'80386 non è stata la prima CPU a 32 bit nella storia di Intel, ma l'iAPX 432 ha l'onore di esserlo, tuttavia, quando è arrivato il momento di creare una versione a 32 bit dell'8086 Intel ha preso molti concetti da quel progetto, sebbene il la sfida più grande è stata spostare il codice. La soluzione? Usa gli stessi registri, ma di dimensioni estese fino a 32 bit. Inoltre, l'80386 è stata la prima CPU nella storia di Intel con una pipeline segmentata, che era a tre stadi.

Sebbene la grande sfida riguardasse il multitasking, l'idea di avere un processore in grado di eseguire un sistema operativo in grado di eseguire più programmi contemporaneamente su un personal computer o una workstation. Per questo hanno progettato una nuova MMU, questa volta supportando la memoria virtuale per paginazione, un metodo che viene utilizzato oggi.

Grazie a questa CPU, il PC ha fatto un salto di qualità come piattaforma, poiché ha portato le novità che permettevano Windows dalla sua terza versione per smettere di essere uno scherzo, così come Linux e soprattutto ha segnato il predominio del PC sulle altre piattaforme.

L'80486, un aggiornamento minore ma importante

80486

La quarta generazione di processori x86 nella storia di Intel ci ha portato due importanti novità, la prima delle quali le cache di dati e istruzioni di primo livello. La seconda era l'integrazione dell'unità in virgola mobile, che non era più un coprocessore separato per diventare parte integrante della CPU. La sua pipeline o segmentazione allungata a 5 cicli gli ha permesso di raggiungere i 100 MHz con il modello DX4.

Era anche il chiodo nella bara del rivale Motorola, che ha finito per collaborare con IBM e Apple per creare i PowerPC. La ragione? Intel non si è accontentata di una versione leggermente migliorata del 386 e ha ripetuto la mossa del 286 con un incredibile aumento dell'IPC, che ha certificato la maggiore potenza del PC rispetto ai suoi concorrenti, ma soprattutto ha dato a Intel la vittoria finale su Motorola.

Per curiosità, il suo principale architetto era Pat Gelsinger, l'attuale CEO di Intel.

Intel Pentium, la prima CPU multimediale della storia

Intel Pentium

L'Intel Pentium è stata la prima CPU superscalare sotto ISA x86, che ha portato con sé la capacità di eseguire 2 istruzioni in parallelo e allo stesso tempo. Grazie a ciò, il CPI rispetto a 80486 è migliorato del 40% nel processo.

Anni dopo, Intel ha lanciato il Pentium MMX, che ha apportato un cambiamento nell'unità in virgola mobile, poiché ha implementato il registro SIMD over in esso per accelerare i programmi multimediali incipienti dell'epoca. Ma la vita commerciale dei Pentium MMX è stata breve, poiché nel 1997, quando sono stati lanciati, hanno coinciso sul mercato con il Pentium II, appena un anno dopo la versione migliorata della CPU x86 di quinta generazione di Intel.

A livello architettonico le modifiche furono minori rispetto all'80486, ma il design tornò di nuovo nelle mani di coloro che avevano creato l'80386 originale che terminarono il progetto nel 1992. Al di fuori del suo design superscalare, dopotutto era molto conservativo. , la società aveva cessato di avere concorrenza, tuttavia, ciò non significava che fossero rimasti a guardare.

L'assassinio del RISC, l'era P6

Si dice che in ogni decennio di storia Intel faccia un grande cambiamento nelle sue CPU, negli anni '80 fu l'80386 ad aggiornare l'ISA a 32 bit e negli anni '90 fu il Pentium Pro, un processore che era pensato come una punta di diamante dall'x86 al mercato delle workstation, all'epoca dominato dalle architetture RISC.

Da Intel sapevano molto bene che il set di istruzioni x86 aveva dei limiti, ecco perché Intel ha creato sia l'esecuzione fuori servizio che speculativa per questo processore. Inoltre, ha aumentato il numero di stadi da 5 a 14 e ha aggiunto per la prima volta la cache di secondo livello.

Intel Pentium II

Sotto l'architettura del Pentium Pro o P6 sono arrivate varie CPU, rilasciate come generazioni di diversi prodotti commerciali.

  • Il Pentium Pro è stata la prima CPU ad avere la cache L2 integrata nel processore, fino ad allora inclusa sulla scheda vicino al processore.
  • Per quanto riguarda il Pentium II, era basato sul Pentium Pro, ma ha spostato la cache L2, sebbene l'abbia lasciata nello stesso pacchetto, a differenza del suo predecessore, è stato lanciato per il mercato dei PC domestici, portando la potenza del lavoro stazioni.
  • Il Pentium III, d'altra parte, includeva le istruzioni SSE e alla fine ha finito per integrare la cache L2 nel processore.

La strategia di Intel ha funzionato e alla fine degli anni '90 la maggior parte delle architetture RISC languiva completamente in attesa della loro morte definitiva. Solo gli ARM e i PowerPC usati nel Macintosh sono sopravvissuti di gran lunga, il resto aveva la spada di Damocle su di loro e presto avrebbe ceduto.

Pentium 4, la fine di un'era

Intel Pentium 4

Per il Pentium 4, Intel ha creato una nuova architettura chiamata Netburst, che ha seguito la tendenza del giorno di aggiungere un gran numero di stadi per ottenere un'elevata velocità di clock. Fu con questo processore che Intel raggiunse il limite della velocità e si scoprì che la corsa basata su quella metrica non aveva futuro, a causa dell'elevato consumo dei processori e della temperatura che generavano.

Fu dall'esperienza del Pentium 4 che la metrica “potenza per watt” iniziò ad avere importanza e si iniziò a progettare CPU già basate sul concetto multicore. Soprattutto il motivo era perché non erano fattibili per essere montati su laptop e avevano dovuto prolungare la vita del P6 per essere in grado di avviare CPU per quel tipo di computer che era in divenire in quel momento.

I pettegolezzi dicono che era una Apple, ossessionata dai suoi progetti industriali, che ha dato a Intel un impulso sulla possibilità di creare un core con prestazioni sufficienti per watt e con più potenza del PowerPC, solo allora avrebbe fatto il salto all'x86. E così fu, ma con esso abbandonarono anche il nome Pentium per adottarne un altro.

L'era multi-core della storia di Intel

Intel Core 2 Storia Intel

I primi Intel Core erano basati sull'architettura P6, ma con una configurazione dual-core. Tuttavia, avevano sviluppato una seconda generazione che era rivoluzionaria ed è considerata la migliore CPU degli anni 2000.

Per il suo sviluppo Intel ha copiato diverse idee sull'Opteron di AMD; così come l'implementazione del Northbridge all'interno del processore e l'adozione dell'estensione x86 a 64 bit. In termini di prestazioni, hanno quasi raddoppiato l'IPC ed è il terzo salto di prestazioni più grande dopo quello ottenuto con l'80286 e l'80486. Per fare ciò, hanno migliorato l'esecuzione fuori ordine, reso la CPU in grado di gestire più istruzioni in parallelo e hanno prima aggiunto la Smart Cache sui processori Intel.

Intel-Core-i9-12900K-ontano-lago

Tuttavia, il Core 2 potrebbe essere considerato la generazione zero, dal momento che Intel ha iniziato a utilizzare i marchi Intel Core i3, i5 e i7 dall'architettura Nehalem, considerata come la prima generazione di Intel Core. Da allora fino ad oggi abbiamo avuto diverse generazioni con progressivi miglioramenti.

  • Ponte di sabbia / edera: Intel ha nuovamente migliorato l'unità di previsione dei salti, oltre a ciò ha migliorato elementi come la cache micro-op, le unità intere e in virgola mobile e le prestazioni di alcune istruzioni per il recupero dei dati dalla memoria.
  • Haswell / Broadwell: Intel ha nuovamente ampliato il numero di istruzioni che la CPU può eseguire per ciclo, oltre ad aumentare la larghezza di banda delle cache del processore interno e migliorare il controller di memoria. Includevano anche l'In-CPU Voltage Controller (FIVR).
  • Generazione SkyLake: Intel ha migliorato il numero di istruzioni che la CPU può decodificare, ma non ha aumentato il numero di istruzioni che può eseguire in parallelo. Le modifiche rispetto alle generazioni precedenti sono molto contenute (hanno tolto la FIVR).
  • Rocket Lake-S / Tiger Lake: Si tratta dell'attuale Rocket Lake-S e Tiger Lake, dopo anni con lievi miglioramenti nell'IPC Intel ha deciso di seguire la strada di AMD per non rimanere indietro.

La sua ultima versione è l'Intel Core 12 con architettura Alder Lake-S, che è quella che aggiunge più novità dal lancio di Intel Core 2 come l'esecuzione con core eterogenei, l'aggiunta del Thread Director e altre novità, non sapere se sarà il grande salto generazionale che l'azienda fa in ogni decennio o c'è qualcosa in più sotto il cofano, ciò che è chiaro è che la storia di Intel è quantomeno entusiasmante.