História das CPUs Intel: como elas evoluíram até hoje?

História das CPUs Intel

Desde que foi fundada por Gordon Moore e Robert Noyce em 18 de julho de 1968, mais de cinco décadas se passaram nas quais ela se tornou a empresa líder na fabricação e design de CPUs para computadores pessoais. É por isso que decidimos fazer um tour por Intelda história por meio de suas CPUs.

A Intel é conhecida por seus processadores com o ISA x86, que teve várias evoluções ao longo do tempo e se tornou a linguagem universal de todos os aplicativos que rodam em nossos PCs e embora outros conjuntos de registros e instruções tenham aparecido para Hoje o ISA inventado pelo A empresa que Pat Gelsinger dirige agora no final dos anos 1970 ainda é tão forte quanto no primeiro dia, se não ainda mais forte.

O início da história da Intel, antes de 8086

Gordon Moore

Na primeira seção desta história, vamos discutir as CPUs que a Intel fabricava antes da chegada do IBM PC que os levaria ao sucesso e a ser o maior produtor de processadores para computadores pessoais da história.

O Intel 4004, o primeiro CPU em um chip

Intel 4004

Se você olhar para qualquer livro de história, eles dirão que o primeiro CPU que Gordon Moore e Robert Noyce projetado sob a marca Intel foi o i4004, que é considerado o primeiro CPU completo construído em uma única peça, já que antes um CPU tinha todos os seus componentes divididos em vários chips diferentes.

Porém, não era o carro-chefe da empresa na época, já que seu capital vinha da venda de memórias DRAM e SRAM para os minicomputadores da época. Naquela época não havia computadores pessoais e a memória de acesso aleatório era o estado da arte. Embora não tenham sido Noyce e Moore que vieram para a mesa de design para criar o 4004, foi o trabalho de três engenheiros: Federico Faggin, Ted Hoff e Stanley Mazor, que projetou uma CPU de 4 bits completa para Busicom, uma empresa de eletrônicos calculadoras do Japão que encomendaram o projeto da Intel.

Assim, aquela que na época era uma empresa emergente em relação a outros gigantes da época como a Fairchild Semiconductor ou a Texas Instruments foi responsável por criar o primeiro CPU completo em um chip.

O Intel 8008 e o Terminal Datapoint

O experimento i4004 serviu para a Intel se validar para o resto da indústria, mas eles ainda não eram os gigantes que se tornariam anos depois. A era do PC ainda não havia chegado e os poucos usuários de computador continuaram a usar terminais de compartilhamento de tempo conectados a um minicomputador que, paradoxalmente, poderia ter o tamanho de uma geladeira.

Uma dessas empresas era a Datapoint Corporation e seu modelo de terminal 2200 tinha uma particularidade que é que seu circuito não só servia como terminal remoto, mas também possuía um computador completo, já que podia executar programas graças ao fato de possuir o circuito integrado de uma CPU dentro. Mais uma vez, os três arquitetos responsáveis ​​pelo i4004 foram encarregados de reduzir todos os complexos circuitos 8008 que você vê acima dessas imagens no i8008.

Infelizmente o projeto com a Datapoint não deu certo e no final as relações entre as duas empresas cessaram por completo. Isso não os impediu de terminar sua primeira CPU de 8 bits, mas a Intel não ficou muito feliz com o resultado.

O Intel 8080 e o boom S-100

Intel 8080 História Intel

O terceiro processador da Intel nasceu da realidade: o 8008 era muito limitado para usar e executar programas complexos. É por isso que a Intel considerou outro processador de 8 bits que poderia ter a capacidade de executar qualquer programa de computador e daí nasceu o i8080.

Mais uma vez Federico Faggin e Stan Mazor voltaram ao trabalho, desta vez ajudados por Masatoshi Shima, que já havia colaborado com eles no design do 4004. Como curiosidade, Faggin deixaria a Intel em 1974 para fundar a Zilog e criar uma versão melhorada no forma do famoso Z80 que era a CPU central de sistemas como o Spectrum, MSX, Amstrad CPC e muitos outros.

O 8080 não era uma CPU construída do zero, foi construída a partir do design do 8008. Eles mantiveram o sistema de interrupção, mas melhoraram o endereçamento de 16 KB no máximo RAM para 64 KB, adicionou mais portas periféricas e novas instruções. Quanto à velocidade do clock, passou de 0.5 MHz para 2 MHz, tornando-o quatro vezes mais rápido que seu antecessor.

Altair 8800 8080

Este CPU destacou-se por ser o principal processador do Altair 8800 criado pelo Massachusetts Technical Institute que trouxe consigo a primeira geração de computadores pessoais denominados S-100 devido ao facto dos diferentes componentes do computador estarem ligados a uma placa comum que usava uma interface com o mesmo nome. O sistema operacional para a máquina MITS foi o CP / M criado por Gary Kildall, o precursor do MS-DOS.

Graças ao uso do barramento S-100 como padrão, clones do Altair 8800 logo apareceram em todos os lugares, infelizmente a existência do Z80 aprimorado deixou a Intel fora da liderança desses precursores dos computadores pessoais.

O caminho para o Intel 8086

Microscópio 8086

Há uma crença de que o Intel 8086 foi um processador feito pela Intel a pedido da IBM para seu primeiro PC, o que é falso, pois já existia há dois anos e sua história nada tem a ver com o primeiro computador pessoal da naquela época gigante azul. Além do mais, foi inicialmente um projeto menor dentro da empresa de Gordon Moore, já que o 8800, lançado como iAPX 432, era muito melhor no papel com uma ALU de 32 bits, um MMU integrado e tudo que você precisa para fazer isso. multitarefa.

Para piorar as coisas, os três mosqueteiros que criaram as três primeiras CPUs da Intel sobraram, foi um solitário Stephen Morse que foi escolhido para projetar o 8086 por dois motivos: ele era um engenheiro elétrico e de software. Então ele conhecia os dois mundos perfeitamente. Porém, o 8086 tinha um problema: partiu de um ISA totalmente novo e o binário não era compatível. Se os programas para CP / M se adequassem bem, era muito mais rápido do que o Z80, mas ninguém estava disposto a fazê-lo.

Morse deixou a empresa logo depois, o 8086 havia se tornado o maior fracasso da Intel até o momento, ou não.

A história da Intel nos anos 80: o início do PC

Em 1981 já havia computadores pessoais nas lojas, então a IBM não inventou o computador pessoal, mas aos poucos eles foram uma ameaça ao gigante azul e por isso decidiram criar um projeto de baixo orçamento chamado Projeto Xadrez, baseado em usam o hardware existente e para isso tomariam como exemplo os computadores S-100 derivados do Altair 8800.

Naquela época, o CPU mais avançado para esses computadores era o 68000, mas este CPU não estava pronto para produção em massa. A solução? Veio da Intel, que tinha um Intel 8086 e sua versão de 8 bits, o 8088. Para conseguir o contrato da CPU do primeiro IBM PC, eles tiveram que aceitar que haveria um segundo fornecedor do processador, uma certa empresa chamada AMD . Da noite para o dia, um projeto que havia sido o maior fracasso de sua história tornou-se seu maior sucesso.

Intel 8088

Tanto o 8088 quanto o 8086 foram os primeiros CPUs com o ISA x86, eles também foram os primeiros processadores em um sistema doméstico a ter uma ALU de 16 bits. A diferença entre os dois modelos? O 8088 tinha um barramento de dados de 8 bits e não de 16 bits. Mas o que mais se destacou foi o endereçamento de memória de 20 bits, que permitia a um sistema ter até 1 MB de memória, 16 vezes mais do que o 8080 suportava.

O 80286, o maior salto IPC de uma CPU x86

Intel 80286

O sucesso do IBM PC foi avassalador, já em 1984 ele havia se tornado a plataforma por excelência como computador pessoal para empresas em todo o mundo, mas era necessário criar uma versão mais rápida que veio com a criação do AT PC e este tempo sim que a IBM em total confiança com a Intel pediu a ele para fazer uma nova CPU totalmente compatível com versões anteriores no nível binário, mas muito mais rápido.

O 80286 foi o maior salto em IPC que já se deu na história dos CPUs Intel, já que seu desempenho por pulso de clock era mais que o dobro do 8086. Para isso, foram aprimorados seus barramentos internos que impediam esses multiplexados, o processo de captura de instruções foi otimizado e a funcionalidade das instruções de salto foram melhoradas. Além disso, a Intel pela primeira vez incluiu um MMU, que funcionou por segmentos.

Como curiosidade, é o CPU para PC de vida mais longa da história, já que ainda em 1990 era possível encontrar computadores à venda com este CPU.

Finalmente os 32 bits, o 80386

Intel 80386

O 80386 não foi a primeira CPU de 32 bits na história da Intel, mas o iAPX 432 tem a honra de ser, entretanto, quando chegou a hora de criar uma versão de 32 bits do 8086, a Intel tirou muitos conceitos daquele projeto, embora o o maior desafio foi mover o código. A solução? Use os mesmos registradores, mas com tamanho estendido para até 32 bits. Além disso, o 80386 foi o primeiro CPU na história da Intel com um pipeline segmentado, que tinha três estágios.

Embora o grande desafio tivesse a ver com multitarefa, a ideia de ter um processador que pudesse rodar um sistema operacional capaz de rodar vários programas ao mesmo tempo em um computador pessoal ou estação de trabalho. Para isso, eles projetaram um novo MMU, desta vez com suporte para memória virtual por paginação, um método que é usado hoje.

Graças a este CPU, o PC deu um salto de qualidade como plataforma, pois trouxe as novidades que permitiam Windows de sua terceira versão para deixar de ser uma piada, bem como Linux e acima de tudo, marcou o domínio do PC sobre outras plataformas.

O 80486, uma pequena, mas importante atualização

80486

A quarta geração de processadores x86 na história da Intel nos trouxe duas novidades importantes, a primeira delas os caches de primeiro nível de dados e instruções. A segunda foi a integração da unidade de ponto flutuante, que deixou de ser um coprocessador separado para se tornar parte integrante da CPU. Seu pipeline ou segmentação alongada em 5 ciclos permitiu que ele atingisse 100 MHz com o modelo DX4.

Foi também o prego no caixão da rival Motorola, que acabou se juntando à IBM e Apple para criar os PowerPCs. O motivo? A Intel não ficou satisfeita com uma versão ligeiramente melhorada do 386 e repetiu a mudança do 286 com um aumento incrível no IPC, que certificou o maior poder do PC em comparação com seus concorrentes, mas especialmente deu à Intel a vitória final sobre a Motorola.

Como curiosidade, seu arquiteto-chefe foi Pat Gelsinger, o atual CEO da Intel.

O Intel Pentium, o primeiro CPU multimídia da história

Intel Pentium

O Intel Pentium foi o primeiro CPU superescalar sob ISA x86, que trouxe consigo a capacidade de executar 2 instruções em paralelo e ao mesmo tempo. Graças a isso, o IPC em relação a 80486 melhorou 40% no processo.

Anos depois, a Intel lançou o Pentium MMX, que fez uma mudança na unidade de ponto flutuante, já que implementou nela o SIMD over register para acelerar os incipientes programas de multimídia da época. Mas a vida comercial do Pentium MMX foi curta, já que em 1997 quando foram lançados eles coincidiram no mercado com o Pentium II, apenas um ano após a versão aprimorada do CPU x86 de quinta geração da Intel.

No nível arquitetônico, as mudanças foram menores em comparação com o 80486, mas o design voltou novamente para as mãos daqueles que criaram o 80386 original que o finalizou em 1992. Fora de seu design superescalar, ele era muito conservador, afinal. , a empresa havia deixado de ter concorrência, no entanto, isso não significa que eles tenham ficado de braços cruzados.

O assassinato da RISC, a era P6

Diz-se que a cada década da história a Intel faz uma grande mudança em seus CPUs, nos anos 80 foi o 80386 que atualizou o ISA para 32 bits e nos anos 90 foi o Pentium Pro, um processador que foi pensado como ponta de lança de x86 para o mercado de estações de trabalho, que era dominado pelas arquiteturas RISC na época.

Da Intel, eles sabiam muito bem que o conjunto de instruções x86 tinha limitações, por isso a Intel criou a execução fora de ordem e especulativa para este processador. Além disso, aumentou o número de estágios de 5 para 14 e adicionou o cache de segundo nível pela primeira vez.

Intel Pentium II

Sob a arquitetura do Pentium Pro ou P6 vieram várias CPUs, lançadas como gerações de diferentes produtos comerciais.

  • O Pentium Pro foi o primeiro processador a ter o cache L2 embutido no processador, até então ele costumava ser incluído na placa perto do processador.
  • Já o Pentium II foi baseado no Pentium Pro, mas retirou o cache L2, embora o tenha deixado no mesmo pacote, ao contrário de seu antecessor, foi lançado para o mercado de PCs domésticos, trazendo o poder do trabalho estações.
  • O Pentium III, por outro lado, incluiu as instruções SSE e acabou integrando o cache L2 de volta ao processador.

A estratégia da Intel funcionou e, no final dos anos 90, a maioria das arquiteturas RISC definhou completamente, aguardando sua morte final. Apenas os ARMs e os PowerPCs usados ​​no Macintosh sobreviveram de longe, o resto tinha a espada de Dâmocles sobre eles e logo iria sucumbir.

Pentium 4, o fim de uma era

Intel Pentium 4

Para o Pentium 4, a Intel criou uma nova arquitetura chamada Netburst, que seguiu a tendência da época de adicionar um grande número de estágios para atingir uma alta velocidade de clock. Foi com esse processador que a Intel atingiu o teto de velocidade e descobriu-se que a corrida baseada nessa métrica não tinha futuro, devido ao alto consumo dos processadores e à temperatura que eles geravam.

Foi a partir da experiência do Pentium 4 que a métrica “potência por watt” passou a ter importância e começou a projetar CPUs já baseadas no conceito multicore. Principalmente porque eles eram inviáveis ​​para serem montados em laptops e tiveram que estender a vida útil do P6 para poder lançar CPUs para aquele tipo de computador que estava sendo fabricado na época.

As fofocas dizem que foi uma Apple, obcecada com seus designs industriais que deram à Intel um pulso sobre se ela poderia criar um núcleo com desempenho suficiente por watt e com mais potência do que o PowerPC, só então daria o salto para o x86. E assim foi, mas com ele também abandonaram o nome Pentium para adotar outro.

A era multi-core da história da Intel

Intel Core 2 História Intel

O primeiro Intel Core foi baseado na arquitetura P6, mas com uma configuração dual-core. No entanto, eles desenvolveram uma segunda geração que foi revolucionária e é considerada a melhor CPU dos anos 2000.

Para seu desenvolvimento a Intel copiou várias idéias para o Opteron da AMD; assim como a implementação do Northbridge no processador e a adoção da extensão x86 de 64 bits. Em termos de desempenho, eles quase dobraram o IPC e é o terceiro maior salto de desempenho depois do obtido com o 80286 e o ​​80486. Para isso, eles melhoraram a execução fora de ordem, tornando a CPU capaz de lidar com mais instruções em paralelo e eles primeiro adicionaram o cache inteligente nos processadores Intel.

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Porém, o Core 2 poderia ser considerado a geração zero, já que a Intel passou a usar as marcas Intel Core i3, i5 e i7 da arquitetura Nehalem, considerada a primeira geração do Intel Core. Desde então até agora tivemos várias gerações com melhorias graduais.

  • Sandy / Ivy Bridge: A Intel novamente melhorou a unidade de previsão de salto, além disso, melhorou elementos como o cache micro-op, as unidades de ponto flutuante e inteiro e o desempenho de certas instruções para buscar dados da memória.
  • Haswell / Broadwell: A Intel novamente expandiu o número de instruções que a CPU pode executar por ciclo, além de aumentar a largura de banda dos caches do processador interno e melhorar o controlador de memória. Eles também incluíram o Controlador de Tensão In-CPU (FIVR).
  • Geração SkyLake: A Intel melhorou o número de instruções que a CPU pode decodificar, mas não aumentou o número de instruções que pode executar em paralelo. As mudanças em comparação com as gerações anteriores são muito pequenas (removeram o FIVR).
  • Rocket Lake-S / Tiger Lake: É o atual Rocket Lake-S e Tiger Lake, após anos com leves melhorias no IPC a Intel decidiu seguir o caminho da AMD para não ficar para trás.

Seu último lançamento é o Intel Core 12 com arquitetura Alder Lake-S, que é o que mais agrega novidades desde o lançamento do Intel Core 2 como execução com núcleos heterogêneos, adição do Thread Director e outras novidades, não saber se será o grande salto geracional que a empresa dá a cada década ou se há algo mais por baixo dos panos, o que fica claro é que a história da Intel é no mínimo emocionante.