回顾历史梦幻处理器：微软惹的祸！RISC 进军个人电脑市场尝试失败！(90 年代)

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来源：科技新报 作者：痴汉水球

本篇文章将带你了解 :

• BC Micro──ARM 进军个人市场的鼻祖

• PowrPC/ x86 并存──传说中的PowerPC 615

2003 年出版的《计算机结构：计量方法》第三版（也是历来最厚最重版本）附录C〈RISC 指令集架构总览〉（″ASurvey of RISC Architectures for Desktop, Server, and Embedded Computers″）将RISC 分成两个族群。

• 桌机和服务器：DEC 的Alpha、HP 的PA-RISC、IBM 与Motorola 的PowerPC、SGI 的MIPS、Sun 的SPARC。

• 嵌入式应用：ARM、ARM Thumb（16 位元编码压缩型式）、Hitachi SuperH、Mitsubishi M32R、SGI MIPS16。

结果回顾历史，RISC处理器在个人电脑市场比较有头有脸者，仅苹果的Power Mac 系列。今天论桌机和笔电，排除自己做处理器的苹果和微软摆明不想认真玩的Windows On ARM（WOA） 产品，几乎不见RISC 的影子，都是x86 双雄的天下。

BBC Micro：ARM 进军个人市场鼻祖

至于为何x86 指令集兼容处理器能统治个人电脑市场，说到底，也是受惠于微软Windows 操作系统、Office 办公套装软件与庞大生态体系的庇荫（笔者早年一度坚持IBM OS/2，但撑不到半年还是乖乖投奔Windows 95）。1995 年8 月24 日，从Windows 95 刚上市就热卖的那刻起（中文版是同年11 月28 日，微软首次与便利商店通路合作，让你在7-11 也买得到），就注定x86 处理器在这个领域的地位无可动摇。

其实RISC 处理器抢滩个人电脑，最早可追溯至1981 年12 月1 日，由艾康电脑公司（Acorn Computers）为英国广播公司（BBC）计算机认知计划（Computer Literacy Project）设计和生产BBC Micro 家用电脑，今日移动式运算平台拥有举足轻重地位的ARM 指令集兼容处理器（早期名称为Acorn Risc Machine，后来更名为Advanced RISC Machine）最初就是为BBC Micro 及后续型号设计。

▲ ARM 起源：1981 年，英国BBC Micro 家用电脑，然后走上30 年后彻底征服智能手机市场的大道。

曾参与IBMSystem/38的IBM 前院士GlennHenry，1994 年创办日后成为威盛电子（VIA）x86 处理器技术基础的Centaur，原意半人半马，来自想打造同时兼容MIPS 与x86 的处理器，以便将MIPS推进个人电脑市场，也因评估技术不可行，才转专注研发x86 指令集兼容处理器。

▲ 这是x86 挑战「RISC 诸神」的初期战绩，但能战到最后的RISC，只有看起来最弱的IBM。

但1994 年11 月22 日，也是AIM 联盟（苹果、IBM、Motorola）发布第一颗PowerPC 处理器（PowerPC 601）隔年，Glenn Henry 老东家IBM 发布了神奇的PowerPC 615，号称同时兼容三种指令集架构：64 位元PowerPC、32 位元PowerPC 与32 位元80x86。这颗处理器采用当时最先进的0.35μm 制程（英特尔晚了近一年），晶粒面积高达330mm²。

值得一提，苹果1994年3 月14 日发布第一台Power Mac 6100/60，到1995 年1 月，苹果就累积销售高达100 万台的PowerMac 系统。

PowrPC / x86 并存：传说的PowerPC 615

更重要的是，IBM采取「硬件」手段而非软件模拟，PowerPC 615 里塞了一个和英特尔初代Pentium 同等级的x86 核心（这也是芯片如此巨大的主因，也有人称为「透过硬件实作的模拟器」），不仅脚位与Pentium 兼容（应为Socket 5），更号称执行x86 指令集效能，也不输给首款超标量流水线x86 处理器的Pentium。这意味IBM 曾经「从头到尾」自行研发高效能x86 处理器微架构。

这看似天方夜谭的不可能任务，还不只是「简报王」，IBM 公开PowerPC 615 时早就做好实际可用的工程样品。IBM 并未公布何时启动专案，但极可能早在1991 年结成AIM 联盟时就开工了。非常可惜的是，IBM 从未透露PowerPC 615 的技术细节（内容想必极度刺激），只希望假以时日，也有像苹果那如梦似幻「水瓶座」四核心处理器计划，以非正式管道公诸于世的那一天。

前面提到PowerPC615 使用领先英特尔整整一年的最先进制程技术，从下图即可感受到这是多大的芯片，推测晶体管总量超过1,000 万。也可多少看出指令集架构复杂度对晶体管数量和晶粒面积的影响，像PowerPC 601 就比初代Pentium 有更高时钟频率、1.5 倍指令执行能力与两倍容量L1 快取存储器。英特尔就承认，相较同等级RISC 处理器，Pentium 约多30%晶体管，「贡献」维持x86 指令集的兼容性。

总之，PowerPC615 使「RISC 处理器可原生执行Windows 95」技术可行性，成了伸手可及的目标，那时笔者是高中时代，初次听闻PowerPC 615 之时，一想到「有机会组一台可跑Windows 95 和Mac OS 的电脑」就兴奋不已。

但问题来了，这件历史性的重大战略契机，却从未成为世人眼前的现实，原因很简单：因微软不愿支持这颗神奇的混血妖怪。到头来，苹果终究2006 年达成笔者的愿望，却以终结PowerPC──甚至整个RISC──在个人电脑市场的发展为代价。

此外，据传推动PowerPC普及的AIM 联盟，其他两个成员（苹果、Motorola）也不认同IBM 试图打造「与主流x86 处理器脚位兼容PowerPC」的想法。Motorola 态度较暧昧，但苹果就摆明「打造只有苹果园的世外桃源，不想与Wintel 旧世界打交道」的姿态。

当然，技术角度看来，即使微软出手相助，也有充分理由相信PowerPC 615 的价格和耗电势必高不可攀，也很可能发生与英特尔的产品兼容性疑虑，甚至根据「后见之明」，注定衍生出与一连串系统总线专利与指令集授权的法律纠纷（英特尔的竞争对手都是受害者）。PowerPC 615 里那IBM 自研x86核心的实际表现，也很可能是个大问号。

既然没Windows可跑，苹果也摆明不会开放Mac OS 给PowerPC 615，可用的操作系统只剩下传说的Linux 前身MINIX（出自大名鼎鼎的Andrew Tanenbaum）和特殊版OS/2，因此IBM 很快中止PowerPC 615，留下无数揣测和无声叹息，世人无缘亲眼见识IBM 亲手打造的x86 处理器核心究竟有多厉害。

历史没有如果，但若苹果和微软都愿意支持PowerPC 615，计算机工业史会不会大幅改写、x86 在个人电脑和云端数据中心服务器的霸权是否牢不可破，就只能留待各位慢慢思考了。

曾有资格取代x86 的Alpha 处理器错在哪里？

但IBMPowerPC 615 并非唯一RISC 进军个人电脑市场的尝试，1990 年代末期还真的出现过「背后有微软大力支持，产品和技术也都有，更可和AMD 策略结盟，但被自己的愚蠢决策活活搞死」经典惨案：传奇性的效能王者DEC（Digital Equipment Corporation）Alpha处理器与FX!32 x86 模拟器。

DEC 在1996 年跟微软联合发布FX!32 模拟器（二进制转译），可让执行原生版Windows NT 操作系统的Alpha 处理器平台跑32 位元x86的Windows 应用程序时，号称「效能可达x86 原生环境40%~50%（最佳化后达70%），然后因同时期Alpha 处理器享有对x86 的压倒性高时钟频率，足以抵消转译造成的损耗而有余」。

大学时代的笔者曾在某届COMPUTEX（台北国际电脑展）DEC 摊位一亲芳泽，唯一印象是「速度确实不快，但还可接受，尚有改善空间，前景一片光明」。

不过DEC 与后来买家康柏（Compaq），都不重视「借进入个人电脑市场做大基本盘，低价普及化，建立可长可久的生态系统」这件事。DEC 是到1997 年3 月17 日，才与三菱联手推出规格极度无诚意的Alpha 21164PC（PCA56），对上稍晚登场的英特尔Pentium II（1997 年5 月7 日），除了高时钟频率和低单价（都被昂贵的系统芯片组抵销还有余，一加上去成本直接倍增），完全缺乏竞争优势，态度也不甚积极。

▲ 500MHz的Alpha 21164 处理器在原生Windows NT 操作系统透过FX!32 模拟器执行32 位元Windows应用程序，可借压倒性时钟频率优势取得与200MHz 的PentiumPro 互有长短的表现，至于「原始能力」差距就更明显了。这让Alpha 成为计算机工业史上最有资格完全取代80x86 的RISC 处理器家族。

1996 年加入AMD、2008 年夏天升任CEO的Dirk Meyer，曾经历Alpha21064 与21264 研发工作，领导誉为「x86 世界的Alpha 21264」Athlon（K7），也确立从DEC 取得EV6（21264）系统总线授权。换言之，假如DEC 真的有心，早该直接找上AMD，共同研制有价格竞争力、功能完善的共通系统平台架构。这一直是Alpha「PC」的最大弱点。

下表数据也隐约透露指令集架构的影响，一切尽在不言中。说Alpha 是计算机工业史上最简洁优美的指令集架构，没有之一，绝非过誉。

事实上，AMD 还「真的」开发出可同时用在Athlon 和Alpha 21264 的系统芯片组AMD-751（Irongate）与AMD-761（Irongate-2），也提供DEC 自家21272 / 21274 芯片组没有的AGP，但也仅代工生产Alpha 21164PC（PCA57）的三星采用。

▲ AMD在K7 世代采用来自DEC 授权的EV6 总线，这使得K7 和Alpha 21264 共用系统平台架构成为伸手可及的可能性，况且AMD 也的确开发出两者共通的系统芯片组，但DEC 并没有掌握这可推广Alpha 的大好机会。

康柏1999 年8 月23 日以「只有5% 的Alpha 系统出货时安装Windows NT」为由，宣布退出与微软联手发展Windows NT 后继版，也停在Alpha 系统内建Windows NT。

一周后，继1997年宣布放弃MIPS 和PowerPC，微软迅速声明Windows 2000 不会有Alpha 版（含让Windows NT 核心进入个人电脑的Windows XP），彻底斩断Alpha 普及化的最后一丝希望，白白浪费天时（FX!32）、地利（微软）、人和（AMD）兼具的大好机会。相对「非战之罪」的IBM PowerPC 615，DEC 的Alpha 就堪称「自作孽不可活」了。

▲ FX!32 二进位转译器是Alpha 取代x86 的王牌，但DEC并没有好好善用，到后来甚至连微软Windows NT 兼容性都被自己舍弃了。

这里也不得不稍微谈谈1990 年代末期的时代背景：全世界都傻傻相信，英特尔与惠普（HP）携手的IA-64 指令集和「64 位元真命天子」Itanium 处理器，将以秋风扫落叶之势一统RISC 高阶服务器江山，并逐步向下渗透x86 既有地盘，政治正确，毫无怀疑空间。

但事后诸葛，延续「比英特尔拥有过的一切（包括Itanium）都好」Alpha 累积的成果才是看似最正确的选择，也不必浪费时间弄什么IA-32 EL（Execution Layer）。俗语说得好，千金难买早知道。但假使英特尔可预知悲惨的结局，搞不好就像今天这样死心塌地专注x86（最起码服务器和个人电脑的确如此），不对RISC 做任何「非分之想」。应该吧？

▲ 如果时间可以重来，英特尔大概会直接沿用Alpha 累积的成果，也不必大费周章重新做轮子，弄什么IA-32 EL 只为了解决1996 年DEC 就搞定的问题，更何况还晚了整整十年。

行文至此，回到原点，最能决定指令集架构与兼容处理器站稳个人电脑市场的主宰者，还是手握Windows 操作系统的微软。ARM 跟RISC-V 能否踏入甚至站稳这块被x86 双雄主导的战场，还是得静观微软的动向。

结论就套句1986年推动苹果「水瓶座」计划的法国巴黎人Jean-Louis Gassée 个人专栏的精辟观点：说穿了，x86 指令集的「霸权」，建立在微软Windows 的兼容性之上，除此之外，x86 指令集并没有英特尔（和AMD）想的那么有价值。