微处理器(MPU)大战

程嵩
1994-03-25

        
        MPU(微处理器)是计算机的心脏，它决定了计算机的各种能力特别是运算速度。计算机的更新换代首先体现在MPU的更新换代，谁领导了MPU，谁便领导了计算机的新潮流。争夺计算机的领导权，往往表现在争夺MPU的领导权。
        例如，Intel(英特尔)靠它的MPU几乎席卷了个人机CPU领域而树立起硬件之王的形象，工作站靠它的RISC型MPU的性能价格比迅速提高，打败了通用大中型计算机，掀起了震撼整个计算机产业的小机器化浪潮。
        以前，MPU还只限于用在个人机、工作站上。现在一方面由于它自身性能的提高，另一方面由于并行技术的发展，已开始用于大中型计算机和巨型计算机上。因为它可以大量生产、价格便宜，所以采用并行许多MPU作为大中型计算机的CPU，已成为它们要想在竞争上保存下来必须采取的措施。
        正是因为MPU越来越重要，MPU领域的大战也越发激烈。现在MPU有两大类型，即CISC(复杂指令系统计算机)型和RISC(精简指令系统计算机)型，前者主要用于个人机，后者主要用于工作站。
        因此MPU大战，也表现在以下几条战线上：
        第一、CISC阵营内部之争，主要是Intel的ix86系列(以IBM兼容机为首的大部分个人机都用它作用CPU)和Motorola(摩托罗拉)的68000系列(主要是Apple(苹果)的个人机用它作为CPU)之争。现在已以Intel大获全胜而告终。
        第二、RISC阵营内部之争，现在是群雄并立，而且从前年起大家都推出新一代的产品，可以说正杀得难解难分。这个阵营内部存在着五大势力集团。一是 Sun Microsystems集团，TI(美德州仪器)、富士通等均属之，典型产品为Super SPARC，现在占世界RISC市场的38%。二是MIPS集团，MIPS公司因经营不善已于前年被SGI(硅图像)所兼并，但这一集团并没有垮，NEC(日本电气)、东芝、西门子等均属之，典型产品有R4400等，这一集团占世界RISC市场的42.6%。三是IBM-摩托罗拉集团，其典型产品是刚推出的POWER PC，前年的市场占有率虽只有8.6%，但去年由于新产品的推出，有了飞跃的提高。四是HP(惠普)集团，日立、冲电气等均属之，其典型产品为PA-RISC，市场占有率为8.2%。五是DEC集团，三菱电机属之，其典型产品为ALPHA，虽然其性能是现有RISC中最好的，但由于价格、配套软件等各方面问题，销售量很小，开发所花的投资迟迟收不回来。
        第三、CISC同RISC之间之争，本来CISC占领个人机市场，RISC占领工作站市场，各有各的势力范围，彼此井水不犯河水相安无事。在改进性能方面的竞争犹如和平竞赛，谈不上兵戎相见。然而，近年来RISC优越性越来越突出，用途越来越广，使CISC不得不吸收它的长处，去年3月Intel推出的Pentium(奔腾)芯片，便兼有RISC特点，性能也已直上RISC芯片，也可用于工作站，这给RISC阵营以巨大威胁。另方面个人机的市场10倍于工作站以上，RISC阵营早就想染指这一领域，现在RISC芯片价格不断降低，这一愿望已能实现。于是IBM便把刚推出的POWER PC用在个人机上。因此目前这两个阵营之争，直接表现在Pentium同POWER PC的短兵相接上。Pentium主要依靠同ix86兼容，拥有高达几百亿美元的丰富软件资源；POWER PC靠的是不仅性能略优于Pentium，而且价格还比它便宜三分之一。这一战线还刚刚接火，一时胜负还难分晓。
        第四、日本和美国间之争。多少年来基本上形成这样格局：日本依靠其善于组织大规模生产降低成本的特长，垄断了电路比较简单、需要量非常大的存储器生产；美国依靠其技术高超，垄断了MPU的生产。存储器产品彼此之间没有多大特点，大家主要靠降价进行竞争，因此是薄利商品；MPU产品各厂家之间门户森严，只要在竞争中取胜便可高价出售，因此是厚利商品。日本早就垂涎MPU领域，但苦于技术不行，只好委曲求全。首先，它看上了最有发展前途的RISC领域，以甘当小学生的态度分别加入美国的各个RISC集团。经过几年来的“生聚”、“教训”，现在觉得已经羽翼丰满，可以依靠同美国伙伴合作，先在这一领域一试身手，然后自立门户同美国较量一番。于是便在酝酿一场日美之间的MPU大战。现在这场战争还没有正式爆发，但已是“风雨欲来风满楼”了。本文要介绍的就是这方面的最新情况。
        上面权当楔子，下面言归正传，准备分五个方面来谈这一问题。
        
        ●企图依靠制造技术取胜
        在广岛县东广岛市有个NEC的半导体制造子公司，它有一条制造4M至16M DRAM(动态随机存取存储器)的生产线。去年夏天起向它投入了新型IC(集成电路)用的晶片，所要生产的新型IC便是NEC同美国MIPS合作进行开发、制造的64位RISC型MPU“VR4400”。这一时钟频率为75兆赫的新产品被称为“希望之星”是MIPS阵营用来同Pentium对抗的产品。
        当前的生产规模不过月产1万个，同月产300万个DRAM的该厂生产能力相比，真是微不足道。它已充分体现出高附加价值。虽然VR4400的售价尚未公开，然而按当前的行情，售价将超过10万日元，而1个4M DRAM售价不过1千多日元，生产1个VR4400，其产值便相当于生产100个DRAM，因此月产1万个VR4400便相当于月产100万个DRAM，从产值上说是不可小看的。
        如果从企业效益上看，MPU同DRAM因附加价值造成的差别更是一目了然。前年，因4M DRAM市场疲软而陷于困境的日本主要半导体厂家，几乎都出现赤字。与其形成鲜明对比的，几乎垄断个人机MPU市场的Intel，销售额达58亿美元，创下了10亿美元纯利润这一历史最高记录，而且还从NEC手中夺下世界半导体企业首位的宝座。
        利润的差别造成投资能力的差别，势必影响企业的竞争力，因此日本厂家普遍抱有危机感。它们迫切感到也要进入MPU市场才有出路。然而美国利用知识产权这一武器，严重阻碍它们迈开步子。
        80年代中期，曾经获得“X86”系列MPU生产许可权的富士通，突然接到Intel通知，要求其停止生产。虽然富士通以“并未违约为由”，同Intel进行多次交涉，最后富士通还是只能生产到“286”。
        不仅富士通如此，1984年起Intel也指控“NEC的MPU系违法仿制Intel产品”，同它打了一场官司。摩托罗拉同样也向法院控告日立制造所侵害了它的MPU专利权。
        结果，虽然法院都认为它们并未违法，然而却提出一非常现实的问题，即日本厂家的MPU战略必须摆脱对Intel和摩托罗拉结构(设计思想)的依赖。
        日立制作所去年1月便把自己独立开发的32位RISC型MPU商品比，准备以下一代便携式信息终端作为它的使用者而出售。
        现在，IBM、HP、Sun MicroSystems等计算机厂家正纷纷推出各自结构的RISC型MPU同Intel对抗。这些厂家都不是半导体专业厂家，所以日本半导体厂家觉得自己还大有可为。它们正既靠自己独立开发、又同美国厂家合作，想通过两条腿走路的方针进入MPU市场。
        通常人们认为，在DRAM中起关键作用的是加工技术，而在MPU中起关键作用的是智力，也就是软件的高低，即逻辑电路设计是否高明。可是，日本厂家认为它们返回MPU的优势，仍在于加工技术。它们正依靠掌握着下一代乃至下下一代的微细加工技术，来寻求合作伙伴。现在，NEC、东芝已明确了同MIPS合作，以进行RISC型MPU的生产。Sun MicroSystems去年越过了同TI、富士通已有的合作关系，把一部分RISC型MPU品种委托给日立生产，理由是日立拥用双极CMOS(互补型金属氧化物半导体)这一特殊制造过程的最先进技术。
        如果日本厂家能在从线宽0.5微米(相当于16M DRAM)向0.35微米(相当于64M DRAM)乃至0.25微米前进时，仍在微细加工竞争中保持领先于美国的地位，并以此为武器来取得在结构(设计思想)这一软件领域的领导权，则到了2000年时，现在在MPU领域的日美地位就会发生逆转，也就是说日本将超过美国。
        
        ●当前者先向Intel开火
        美MIPS公司的合作者NEC于去年8月24日在东京举行的记者招待会上，为了说明同MIPS合作所开的、制造的RISC型MPU产品战略，声称今年起搭载“Windows NT”的个人机将投入市场，它将同MPU 厂家Intel一决雌雄。MIPS阵营希望能在搭载“Windows NT”的机器中占有一半的份额。
        在会场上便放着一台NEC在美国出售的RISC个人机。它所搭载的MPU便是“VR4400”。为了反驳Intel的说法，即只有Intel的MPU才能运行“Windows NT”以前OS(操作系统)使用的软件，所以特意从美国把它运来，用以证明MIPS系的MPU同样也能运行以前的软件。
        在制造、销售RISC型MPU的日本厂家中，同Intel交火走在最前面的，是MIPS阵营的NEC和东芝。这是因为事实上支配个人机OS的Microsoft(微软)所推出的新一代OS“Windows NT”可在MIPS系的MPU上运行，因而它们有能力立即同Intel对抗。然而，在MPU领域进行新开拓的机会，也给这两家公司带来种种烦恼。
        去年5月NEC在美国亚特兰大举行的世界上最有影响计算机展览会“COMDEZ”上，发表了这一搭载VR4400的个人机。仅仅在此之前一个月，NEC才决定发表这一新机种。
        对于半导体部门为了要出售MIPS的RISC型MPU，硬要使个人机用上它，个人机部门有很大反感和不安。因为这种个人机虽只在美国出售，但担心会使日本国内用户得到这样印象，即NEC 要改变采用Intel芯片的路线。这反映了两个部门考虑问题角度的不同。半导体部门想的是要打破Intel垄断；在日本国内个人机市场占有过半份额的个人机部门，想的是如何保持对过去软件的继承性，因此同Intel利害一致。
        NEC要加入MPU大战，就无法回避这一矛盾。NEC领导层不顾个人机部门的不安，决定这样做，反映了它决心用MIPS系MPU来同Intel对抗。
        同属于MIPS阵营的东芝就不这样做，它的个人机部门仍然奉行Intel路线不变，而让半导体部门单独同Intel作战。
        高举MIPS旗帜向Intel挑战的NEC、东芝，能否胜利尚未可知。在美国，舆论界普遍认为IBM和Motorola集团的POWER-PC，才是Intel的强劲对手，没有多少人认为MIPS能取胜。
        不过，NEC和东芝或许以它们的大量生产技术的优势为武器，能使MIPS系MPU成本低，因而提高其竞争力。例如，NEC制造的“VR4200”，其运算性能较Intel的“486DX2”约快70%，但其价格却便宜得多。据美国专业杂志估计，VR4200的制造成本为37美元，因此它的样品售价只要8000日元(约75美元)便有可观利润，然而现在486DX2的售价却高达3万日元(约280美元)左右，其价格竞争力之悬殊由此可见。
        东芝也正在开发MIPS系低价格版的桌上型个人机，要求其性能价格比达到Intel的二倍。
        人们认为，Intel能否顺利地把Pentium转移到线宽0.6微米的设计上，对MIPS的胜负极为关键。因为Pentium现在用的是线宽0.8微米的设计，所以芯片面积大、成本高。因此转移到0.6微米，是Intel的当务之急。如果这一转移不能很快完成，用户自然会纷纷采用RISC型MPU的个人机。
        在出现这种的趋向变化时，NEC和东芝本身能否克服自身的惯性，及时发起对Intel的攻击，将是决定胜负的关键。
        
        ●小机器化促使MPU成为主战场
        ?高举以UNIX工作站为中心的开放系统旗帜的富士通认为，计算机的开放化，离不开MPU的高性能化，而它有能力用最先进的半导体技术来实现MPU高性能化。
        富士通会津若松工厂二部正在试制预定于今年初出售的MPU。去年7月富士通从美Cypress半导体公司那里收买了从事半导体设计的LOS技术公司，由它根据Sun Microsystems的“SPARC”结构(设计思想)而开发的“Hyper SPARC”便是正在试制的MPU。
        现在，Cypress已能使用线宽0.6微米、二层金属配线的半导体制造技术，使时钟频率为55至80兆赫的“Hyper SPARC”商品化。富士通则要使用线宽0.5微米、三层金属配线的半导体制造技术，使其芯片面积缩小和进一步高速化。目前RISC型MPU，大部分都采用线宽0.6微米技术。富士通是使线宽0.5微米化的先锋。此外，它于1991年收买的美Hull计算机系统公司，所设计的64位SPARC系MPU也将于今年年中开发出来。
        富士通在6年前便从Sun Microsystems取得SPARC的制造销售许可权。然而在SPARC的尖端产品开发上，Sun是依靠同TI合作的。富士通的主要努力方向，不是放在使计算机高速化上，而是放在如何使其用于OA(办公自动化)设备中的廉价片开发上，始终给人一种只愿意从事平平常常开发工作的印象。
        所以这样，是因为要开发新的MPU，耗资要以亿美元计，富士通不愿意为此投入过多资金。然而，现在富士通正在改变这种形象，开始从事面向高速机的开发。导致这样转变的背景是富士通需重新调整半导体部门。作为世界第二大计算机厂家的富士通，正面临着要进行重大的结构调整。只要小机器化动向(用个人机、工作站取代通用大中型机)不变，半导体同样要从双极(半导体)型往CMOS型转变。
        富士通半导体部门的重大特点之一，便是主要利用双极型技术制造高速IC(集成电路)，因为这是使通用大中型机高速化所必不可少的技术。然而现在通用机的需求正在减少，工作站和个人机的需求正在增加。因此半导体事业的主战场也要转移到使用CMOS技术的MPU上。尽管收买LOS的工作不是半导体部门、而是开放系统事业部门负责，然而加强MPU事业，却是为了富士通计算机事业所必需的。
        此外，通用机本身也在变化。因为它的需要量低，使用专门为它生产的双极型IC必然成本高，得不到用户的欢迎。因此把用于小机器上能大量生产的CMOS型MPU，用于通用机上使其成本降低便成为当务之急。富士通已于前年发表了最多可搭载1024个SPARC的并行处理计算机“AP1000”，这代表着富士通今后的通用机路线。
        在MPU方面动手晚了的富士通，知道如果它仅仅满足于世界第二大计算机厂家就会出麻烦。所以前年6月便在名为“单片巨型计算机”中，使世界上第一个向量处理处理器“Micro VP”商品化。
        采纳巨型机的运算处理方法，使MPU也能进行大量数值运算。今后随着SPARC系MPU单片化，有可能出现巨型超级个人机和巨型超级工作站。对富士通来说，参加MPU大战，将是决定其计算机王国兴衰的决定性一战。
        
        ●企图先在PDA市场打开缺口
        ?去年1月日立制作所在出售它的RISC型MPU“SH系列”时，强调这是“绝对的单片”，并说明使用它可以省掉一个调制解调器。
        日立当前瞄准的市场是汽车发动机控制、硬盘驱动器控制等，它是由MCU(微型控制器)延伸而来的市场。然而，日立同时也在瞄准大型市场，如面向PDA(个人数字式助手)这样的上一代便携式信息终端，出售它的MPU。
        日立认为，在个人机领域，Intel占领MPU、Microsoft占领OS，已经根深蒂固，要想动摇它不太容易。PDA是新出现的领域，还没有谁已树立牢固的地盘。只要MPU的性能好便有充分的机会。现在正在同已从事PDA的三四家厂家，洽谈如何将其用于它们的设计中。
        PDA中的便携式信息终端，除了有日程安排、电子帐本等功能外，还有用笔输入生成文件、以及通信功能等，今后的市场规模将超过个人机。例如有人预计2000年时年销售量将达到1亿5千万台。现在Apple已推出Newton Messagepad(牛顿消息簿)、AT&T(美国电报电话)公司也已推出这方面产品。
        现在MPU厂家已经围绕PDA产品展开一场激战。如AT&T采用自己开发的RISC型MPU“Hobit”，Apple则采用英ARM公司开发的RISC型MPU，Motorola发表“Dragon”作为PDA用的MPU，Intel也向美VLSI技术公司提供使用许可，允许它在“x86”结构的基础上开发PDA用的芯片组。
        然而日立深信它自己的SH性能，认为特别是它能使CPU部分超乎寻常地小。SH的时钟频率为20兆赫，运算速度达16MIPS(1MIPS为每秒100万条指令)。AT&T的Hobit时钟频率为30兆赫，运算速度为20.3MIPS。从这些指标看，Hobit显然比SH好，然而用Hobit时CPU的面积达62平方毫米，而SH约为它的十分之一，只有6.58平方毫米。CPU面积的缩小，意味着在一个芯片上可以容纳更多的外围功能的电路。实际上，SH上便包含有DMA(直接存储器存取)控制器、串行接口、A/D(模/数)变换器等多种外围功能。对于必须小型化的PDA，这无疑是极具魅力的。
        当然日立要争夺PDA市场的道路不是平坦的。因为就是PDA，MPU同OS的搭挡也是极为重要的。现在Hobit已同GO公司笔输入OS组成搭档，VLSI的MPU已同Microsoft的OS组成搭档。而SH还正在寻找OS搭档。目前已有一些PDA厂家表示愿意使用SH，因此会有OS愿意同它组成搭档的。
        日立是靠HP的帮助使RISC型MPU商品化，因此人们对它能在工作站以外有多大作为，不抱过多希望。美国专门杂志《微处理器报告》不客气地说：它在OS开放化以及开发PDA等新市场方面努力还不够，因此在竞争中保留下来的可能不大，前景还捉摸不定。
        现在日立不得不把“宝”押在SH上。自从它同Motorola发生专利纠纷以来，开发自己的结构并将其应用到各个方面，已成为日立的最迫切课题。
        美国领导计算机技术革新的现状短期内不会改变，因此采用美国的MPU结构也是成功的捷径。然而要真正取胜还有别的问题。例如即使硬件强大但如软件还要依赖别人，终究还是跛足巨人。正是由于这一点，日本企业的利润增长不尽如人意。日立正提出“日之丸”路线试图改变这种状况。这一向下一代大型市场挑战的姿态正受到人们关注。
        
        ●谁是最后的胜利者
        ?最近DEC夸口说，在MPU大战中，最后能生存下来的只有Intel.IBM-mOTOROLA和DEC三家。然而DEC当前在五大RISC集团中还是最小的一个。其他四个集团早已存在，DEC是前年通过ALPHA芯片才树起山头。尽管DEC起步晚，但ALPHA用的时钟频率达200兆赫，是当前最快的MPU。
        同样在MPU方面起步晚的三菱电机，正通过同DEC在APHA方面合作，来开展它的RISC型MPU事业。日本五大半导体厂家(NEC、东芝、日立、富士通、三菱电机)已分别参加了除IBM之外的所有RISC集团。
        “这些集团中，谁将是最后的胜利者”，或者“它们是否将拜倒在Intel的垄断面前”，是人们感兴趣的问题。
        权威人士指出，从长远来说计算机将是不向MPU和OS是哪一种的开放世界，在性能上取胜的就是胜利者。
        在实际中，执个人机世界OS牛耳的Microsoft同MPU搭档的Intel之间的关系，也正在发生巨大变化。以前Microsoft的OS只能在Intel的MPU上运行。刚推出的新一代OS“Windows NT”则除了Intel外，还能在MIPS和DEC系的MPU上运行。使用自己OS的IBM开发的POWER PC，也正在同Microsoft洽谈，希望Windows NT也能在POWER PC上运行。
        另外，Sun Microsystems在开发名为“WABI(Windows应用二进制码界面)”的软件，它使为“Windows”编写的应用软件，也能在UNIX工作站上运行。WABI将在包括IBM和HP等在内的UNIX阵营内推广。一旦WABI得到普及，本来只限于在UNIX工作站中使用的PISC型MPU，也将赢得广大的个人机市场，个人机OS将成为开放的世界。
        如果高性能化成为取胜的条件，则日本厂家擅长的微细加工技术将成为有力的武器。
        NEC开始投资950亿日元建设NEC九州工场。一开始便将用0.35微米技术生产64M DRAM。它的另一个目标是生产MIPS和东芝将于今年年中商品化的下一代RISC“T5”。这一新的MPU，其整数运算性能将为现在IMPS系最高机种“R4400”的两倍，当大部分MPU厂家还正在往线宽0.5微米转移时，NEC就在建立0.35微米的生产线，这无疑是对它们的巨大威胁。
        不过即使在性能竞争中取胜，日本厂家仍有问题需要解决。这就是美国厂家拥有结构(设计思想)这一软件的领导权。从过去的历史看，已经证明了谁在这方面掌握了领导权，谁就能称霸于计算机世界。
        在个人机世界，Intel和Microsoft已夺取了胜利的宝座，IBM成为最大的失败者。一个原因就是因为当时美国司法部曾指控IBM违反了“反垄断法”，IBM担心触犯这一法律不敢充分利用关键的软件权利，以至领导权旁落到这两家公司手里。否则，即使IBM分给其他厂家一些权利，也许还能维持领导权。
        计算机厂家的MPU战略，往往是最大限度地抗议自己的MPU，使其成本最低。而利用别人MPU的厂家，在降低成本上就很困难。所以日本厂家为了真正同美国展开决战，正想从目前还要借助于美国技术，走向自己进行开发设计。它们认为，目前在RISC型MPU中风行的超标量和超流水线构造，再有5至10年便将过时，那时必须使用新的结构。日本厂家正在厉兵秣马，决心用自己的电路设计，在下一代MPU大战中，战胜美国对手。