近来，HTC 以 11 亿美元价码，出售代工部门给 Google 的新闻，让笔者不得不回忆起，1997 年 11 月先跟国家半导体合并、随后出售给 VIA，在高效能 x86 处理器发展史占有一席之地的 Cyrix，与史上第一款 Pentium 兼容处理器6×86「M1」。
距今已 22 载的 1995 年，Windows 95 的问世前所未见地刺激个人计算机的市场需求，以 Intel Pentium 为首的高效能超纯量（Superscalar）x86 处理器，自然而然成为执行微软全新32 位元作业系统的引擎，而 1995 年底上市的 Intel Pentium Pro，和 1996 年拥有和 Windows 95 相同使用者界面的 Windows NT 4.0，更敲开了 x86 处理器涌入工作站与服务器市场的大门。
在当时，「Pentium 跑 95、Pentium Pro 跑 NT」是不可质疑的搭配，而 Pentium Pro 执行16 位元程序码效能不佳的疑虑，更让这约定俗成的潜规则，更加牢不可破。
但过没多久，1996 年个人计算机零售市场却出现了 Intel 以外的另类选择：价格较廉、时脉较低、整数运算更强，但浮点运算更弱、使用起来更烫的 Cyrix 6×86「M1」，它也引爆了短暂的 x86 处理器战国时代。
1995 年到 2000 年这段期间，堪称是处理器与显示芯片市场最热闹的时期，这在论 x86 处理器只想到Intel 和 AMD（可能连 VIA 都快被遗忘了）、显示芯片仅列出nVidia 和 AMD 的今天，实在令人难以想象。
微软视窗作业系统最重大里程碑Windows 95，和最普及办公室生产工具Office 95 的问世，带来了个人计算机发展史上最巨大的升级潮与采购潮，远较过去作业系统更飢渴难耐的系统效能需求，也刺激了对更高速处理器与更快 2D 视窗加速的需要，吸引来自四面八方的众多英雄好汉，瓜分这块肥美的市场。
套句当时PC Magazine「Inside Track 专栏」的评论：市场仍可允许x86 处理器标上不菲的高价，即使是小厂，只要些许市占率，即可掠取丰厚的利润。所以不分新秀老将，像「有晶圆厂才是真男人」的 AMD、「三百壮士」的 Cyrix、IDT 投资的 Centaur、众多台湾企业集资的 Rise、僱用 Linus Torvalds的 Transmeta、AMD K6 起源的 NexGen，甚至在前苏联开发超级计算机背景的 Elbrus 等，无不磨刀霍霍，企图从 Intel 身上割下一块肥肉。
但严格说来，真正勉强交出像样成绩单的，除了今天依旧与 Intel 激烈交火的 AMD，就仅剩 Cyrix 了，其他厂商的表现，实在不用多说。
以旧世代Intel处理器脚位进行升级，提供跨代性能表现的Cyrix
有别于今日Intel、AMD 的处理器脚位，自从K7 时代的 Slot A 开始「你走你的阳关道，我过我的独木桥」，没经历过个人计算机上古时期的读者，可能较难想象，当初众多「Intel 脚位兼容处理器」百家争鸣的盛况，还包含今日少人知悉、在此市场以开发x87 浮点辅助运算器起家的 Weitek 与 Chips and Technologies（后来被 Intel 购并）等。
笔者曾瞻仰其他网站的「达人高见」：使用与 Intel 相同的插槽，是个人计算机发展史上极为罕有的情况。拜托，在做主机板可以做到股王的年代（意思就是主机板的价格和获利都高到令人发指），你家的处理器不能和 Intel 共享脚位，才是让人感到诡异的怪事。
这些厂商的共同点：在比较老旧的 Intel 处理器脚位上，提供接近下一世代产品效能表现的替代品，抢攻旧系统的升级市场。当然，如果效能和价格具竞争优势，也有办法取得Intel 最新的系统总线授权，这些厂商也希望可直接跟 Intel 在相同脚位上硬碰硬，追求更高产品单价与获利，并设法攻入 OEM 大厂的供应链。
Cyrix 就以此块市场起家，例如FasMath 83D87 可装在 387 的脚位，提供比 Intel 80387 浮点辅助运算处理器多出 50% 的效能，而 486SLC/DLC 则是在 386 平台，带来部分Intel 80486 的特色，如第一阶快取存储器等。
而 Windows 95 推出之际，在 486 系统安装Cyrix 5×86（或 AMD 的 Am5x86）的「穷人第五世代计算机」，更是受学生欢迎的低阶 Pentium 替代品，当年光在学生宿舍就不知见证了多少案例。
因延宕而错失「首款非循序指令执行超纯量x86处理器桂冠」的Cyrix 6×86
前面提到，Windows 95 与 Windows NT 4.0 带来的市场动量，引爆了 x86 处理器的效能革命，CISC 指令集的 x86 处理器，也破除了昔日RISC 狂信者那「CISC 无法管线化、无法高时脉、无法超纯量」的多年诅咒，从整数运算效能为起点，开始具备挑战RISC 诸神的实力（但浮点运算受制于堆栈架构的 x87 指令集，难以飞跃性成长，这瓶颈到了 SSE 出现后才慢慢消失）。
如同第五世代战斗机需要的 3S：匿踪（Stealth）、超音速巡航（Super Cruise）、超机动性（Super Maneuverability），所谓80586 时期的第五世代x86 处理器，为了高效能，也同时追求 3 个 S：
•
超纯量（Superscalar）
：一个时脉可同时执行一个以上的指令。
•
超管线（Superpipeline）
：更高的运作时脉与后继的成长空间。
•
延展性（Scalability）
：支援服务器与工作站市场必备的多处理器环境。
Cyrix 首款正面挑战Intel Pentium，甚至在整数运算保有越级挑战Pentium Pro 潜力的 6×86「M1」，拥有前两项特性，并多出减轻暂存器相依伤害的「暂存器重新命名机制（非循序指令执行）」与「预测执行」，而缺乏第 3 个要素。当时市场上唯一三者兼备的 x86 处理器，仅有 1995 年 11 月上市的 Intel 新旗舰Pentium Pro，而上市时间一再延宕至 1996 年初，也让 Cyrix 6×86 痛失了「史上首款非循序指令执行超纯量 x86 处理器」的桂冠。
处理器既然是「产品」，产品就必然有「规格」，有规格就自然可以「比一比」，我们就来比较一下，在预定上市的 1995 年，6×86 跟同期的 x86 处理器（顺便拖 MIPS R10000 进来当 RISC 对照组，让各位看一下RISC 全盛期的荣光），规格差在哪里。
这张和后来实际状况有点出入的简略概观比较，其实就已经隐隐约约散发出对 Cyrix 不妙的气息了：制程劣势，这在 1996 年 Intel 开始大量销售0.35 µm（350nm）制程处理器时，就对 Cyrix 更加不利了。
奠定未来数年微架构基础的6×86「M1」
不过「三分靠打拚，七分天注定」的制程劣势，带来更烫的运作温度和更高的制造成本是一回事，延宕已久的 Cyrix 6×86 在微架构设计，相较于对手Intel Pentium，却颇有看头。这里会花点篇幅仔细介绍，因为之后数年 Cyrix 的处理器产品，其管线结构均换汤不换药。
超纯量（Superscalar）部分，提供两条功能相对完整的管线
：Intel Pentium 的 U/V 管线须完美配对指令，如限定两个简单的单时脉周期整数运算指令（有少数例外，在此不论），才能发挥100% 的效率，因为只有U 管线能执行全部指令，V 管线仅能处理较简单者。所以像一个整数和一点浮点、或两个浮点指令配对，在 Pentium 都不被允许同时执行。
但 6×86 即使也有类似限制，如 X/Y 管线仅前者可执行分支指令与浮点运算，但远较 Pentium 弹性，且可在指令译码阶段，交换彼此负责的工作，所以在 Pentium 需要一个一个处理的指令流，在 6×86 就更有机会同时送作堆一起执行。
利于时脉发展空间的深度管线
：七阶的超管线（Superpipeline）分离了「从存储器载入资料」、「进行有效位址计算」与「回存资料到存储器」3 个动作，有效减少了存取快取存储器的延迟，足以媲美同期的 Alpha 21164（七阶）与 MIPS R10000（八阶），也意谓着比较高的时脉延展潜力，虽然受制于外包代工的制程（SGS Thomson与IBM），在与 Intel 竞争的过程中，完全显现不出其价值。
因管线深度加长，势必加强分支预测效率，与减轻预测错误的代价（Misprediction Penalty），这部份 6×86 大致近似Pentium，但增加了存放函数返回位址缓冲区（Return Stack Buffer），而配置指令预先撷取缓冲区，也缩短了发生预测错误时，回复指令管线运行需要的时脉周期数。
暂存器重新更名（Register Renaming）与存储器旁路（Memory Bypassing）
：这些与非循序指令执行相关的功能，堪称M1 微架构的重头戏。
讲的单纯一点，透过配置数量比指令集定义的逻辑暂存器、更多的实体暂存器为缓冲（6×86 用 32 个实体暂存器，「更名」成 8 个 x86 指令集定义的通用暂存器），可减轻因发生不同指令存取相同暂存器，导致「撞衫」但并非真正的资料相依时，指令管线的停滞时间。而发生快取误失（Cache Miss）时，指令管线亦可继续执行后继指令。
如发生「真正的」暂存器资料相依，如第一个指令要从存储器载入至某暂存器，第二个指令再对此暂存器进行加法运算，6×86 可同时执行这两个指令，并将第一个指令在 AC2 阶段的存储器资料，「Bypass」到后面指令的 EX 执行阶段。这情况发生在 Pentium 的话，就只能慢慢等了。
但这 3 种凌驾Pentium 的特色，都被 1995 年底发表、采取解耦式超纯量（Decoupled Superscalr）的 Pentium Pro 统统比下去了，后来P6 微架构降尊纡贵为进入桌机市场的 Pentium II，更是 20 世纪末期Intel 诸多竞争者的恶梦。
况且，除了制程以外，6×86 也不是没有弱点。
指令集兼容性仅有 486 水平
：Cyrix 在被国家半导体购并前，并未获得Intel 技术授权，完全藉由逆向工程独立开发x86 兼容处理器，所以自然而然不是百分百兼容Intel 产品，像 Intel 在 Pentium 新增的指令，如非常知名的 CPUID，在 6×86 就付之阙如（原本1994 年芯片Tape Out 时，Cyrix 宣称会支援，但后来预设关掉）。
Intel 在 Pentium 使用者手册，故意保持空白的「附录H」中，描述的众多新指令与新功能，如用来计算指令周期数的 RDTSC，Cyrix 也以「避免制造法律纷争」为由，统统不碰，若不幸碰到了，就视为非法指令，至于所谓「Undocumented」的非公开指令，更连提都不用提了。无法完全兼容的严重后果，就是软件公司需要特别为 6×86 撰写补丁程序，以确保兼容性。
同场加映 AMD 当时的处境：拚死拚活逆向工程，也要在 K5 挤出附录H 的兼容性，成果在此不论。
这也是 x86 处理器发展史一个潜在地雷，不像其他RISC 家族都有明确的版本演进规范，x86 指令集一直缺乏公定版本，很多厂商自己光明正大搞自己的特殊指令（包括Cyrix，后文会提到），而 Intel 基于「既得利益」，压根不打算做这功德无量的好事。
支援多处理器环境受限
：初代 Pentium 可透过外挂单价28 美元的 82498DX 先进可程序化中断控制器（APIC）实作双处理器环境，而 P54C 时期开始，更直接将其内建于处理器，成为无须外挂系统连结芯片（Glueless）的原生方案，但 6×86 并未整合APIC，而是采用自家SLiC，也只有VIA Apollo 芯片组提供支援。
其实x86 并不是到 Pentium 才有多处理器系统。由 17 位因 iAPX432 计划失败而离职的 Intel 员工所创立，堪称对称式多处理器架构（SMP）技术先驱，后来被 IBM 购并的 Sequent Computer Systems，就曾先后推出一系列采用386 与 486 的多处理器产品线。这些象征「x86 团结就是力量」的产品，全都仰赖特制系统芯片组与特化过的作业系统，才能搞定正确路由（route）系统中断至各处理器的宿疾，且因专属规格所费不赀，P54C 时代的 Pentium 才就此划下句点。
但双 Pentium 处理器环境，因低落的快取存储器与系统总线效能而缺乏竞争力，这缺陷到了 Pentium Pro 才釜底抽薪（这也强化了用 Pentium Pro 跑 Windows NT 的诱因）。即使Cyrix「硬上」，惨况只会跟 Pentium 如出一辙。
浮点运算效能不彰
：6×86 并没有像 Pentium 一样拥有管线化的浮点运算单元，浮点运算效能输了 Intel 一大截，这对那时方兴未艾的电玩游戏需求是一大打击，这也是一般计算机玩家对当时Intel 竞争者的刻板负面印象。而软件开发者优先为 Pentium 最佳化，加重了 Cyrix 的劣势，并难以提高产品的销售单价，对制造成本已偏高的 Cyrix 更是雪上加霜。
较落后的共享式第一阶快取存储器
：6×86 并非采取比较流行的指令／资料分离式第一阶快取，而是两者共享一块16kB 双埠的共享式设计。跟 Intel Pentium 指令／资料个别8kB 相比，虽然单一16kB 理应可提高命中率，但也容易发生存取指令与资料时「打架」的问题。为此，Cyrix 另外摆放了一块「L0」的 256 Byte 指令快取，做为补强之用。
即使没有任何证据足以证明，Cyrix 的设计真的比较差，但从事后「M3」（Jalapeno）企图重回「正道」来看，我们有充分的理由相信，这只是基于成本考量而做的不得已决定。
后面我们会陆续介绍研发资源极度有限的 Cyrix，其 PR 值（P-Rating）的基准由来，如何勉力改造先天不足的 M1 微架构，持之以恒的推出新产品，以及改弦易辙为整合绘图核心单晶片方案先驱者的故事。
（
未完待续......
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来源 | 台湾水电工协会－ 非在职工友
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