Процессоры Cyrix: ушли в историю, но не забыты

Многим из вас, без сомнения, знакомы такие фирмы, как Intel, AMD, Qualcomm, IBM, Texas Instruments и, возможно, даже VIA – но у истоков производства современных чипов стояла еще одна компания, о которой нужно знать: это Cyrix.

За лучшую часть времени своего примерно десятилетнего существования компания Cyrix открыла миллионам пользователей мир персонального компьютинга в виде доступных по цене десктопных машин. Однако лучший продукт этой компании стал для нее роковым: этот чип оказался неприспособленным к популярной игре, и вскоре компанию поглотил более крупный партнер.

В истории настольных ПК начало 1990-х было удивительным временем.

Компания Intel очевидно лидировала в жесткой конкуренции на рынке микропроцессоров; Apple переключилась на архитектуру IBM PowerPC, в то время как чипы Motorola 68K медленно тянули компьютеры Commodore Amiga в могилу. Маленький костер Arm тогда поддерживали только Apple и еще несколько фирм, и будущий гигант в то время был сосредоточен почти исключительно на разработке процессора для провальной линейки Newton.

Примерно в это же время процессоры AMD постепенно избавлялись от репутации «кальки» с чипов Intel. После копирования нескольких поколений своих CPU с чипов Intel компания AMD наконец разработала собственную архитектуру, которая к концу девяностых хорошо зарекомендовала себя с точки зрения цены и производительности.

И, по крайней мере, часть этого успеха могла бы достаться Cyrix, у которых на протяжении некоторого времени была возможность захватить домашний рынок ПК и стереть в порошок AMD вместе с Intel, но компания не реализовала этот шанс и в конце концов канула в лету.

Скромный старт

Компания Cyrix была основана в 1988 году Джерри Роджерсом (Jerry Rogers) и Томом Брайтманом (Tom Brightman) и начала как производитель высокоскоростных математических сопроцессоров x87 для центральных процессоров 286 и 386. В основном из этих соображений основатели компании ушли из Texas Instruments, причем в перспективе они собирались, ни много ни мало, замахнуться на Intel и победить их на их же поле.

Роджерс начал кампанию по найму лучших инженеров Соединенных Штатов и в скором времени заслужил репутацию свирепого босса команды из 30 человек, которых заставляют делать невозможное.

Первые математические сопроцессоры компании по производительности превосходили аналоги от Intel примерно на 50% и при этом стоили дешевле. Это позволило скомпоновать вместе процессор AMD 386 и сопроцессор Cyrix FastMath и в результате получить более дешевый эквивалент производительности CPU 486. Это вызвало интерес со стороны отрасли и побудило Роджерса к следующему шагу по завоеванию рынка процессоров.

В 1992 году Cyrix представила свои первые центральные процессоры (CPU): 486SLC и 486DLC, которые должны были конкурировать с чипами Intel 486SX и 486DX. В части контактов они были совместимы с сокетами 386SX и 386DX, что подразумевало возможность их использования для быстрого апгрейда систем на относительно старых материнских платах 386. Производители также использовали их в бюджетных ноутбуках.

По производительности оба варианта слегка уступали CPU Intel 486, но значительно превосходили 386-й CPU.

Чип Cyrix 486 DLC не мог конкурировать с Intel 486SX на равных тактовых частотах, но это был полностью 32-разрядный процессор с килобайтным кэшем L1, и стоил он значительно дешевле.

В то время энтузиасты любили разгонять процессор 486DLC до 33 МГц, чтобы получить на нем производительность близкую к той, которую обеспечивал чип Intel 486SX на частоте 25 МГц. Однако это достигалось не без проблем: на старых материнских платах, где не было дополнительных линий контроля кэша или регистров CPU, которые позволяли бы включать и выключать встроенный кэш, процессор мог работать нестабильно.

В Cyrix также разработали вариант "прямой замены" под названием Cx486DRu2, а в 1994 году выпустили версию процессора "двойной частоты" под названием Cx486DRx2, которая была оснащена цепями согласования кэша, встроенными непосредственно в CPU.

К тому моменту, однако, Intel выпустила свой первый процессор Pentium, что послужило толчком к снижению цен на 486DX2 – до таких отметок, что до той поры более бюджетная альтернатива от Cyrix потеряла свою привлекательность. Теперь дешевле было перейти на плату 486, чем покупать процессор Cyrix для апгрейда старой 386-й платы. Когда в 1995 году вышел процессор "тройной частоты" 486DX4, это было уже слишком мало и слишком поздно.

Крупных производителей ПК, таких как Acer и Compaq, 486-е процессоры Cyrix не впечатлили, и они предпочли использовать вместо них 486-е процессоры AMD. Тем не менее, это не помешало Intel потратить годы на судебные разбирательства в попытках доказать, что серийное производство чипов Cx486 нарушает их патенты (этот процесс Intel ни разу не выиграла).

В конечном счете Cyrix и Intel потеряли право на судебный иск, и Intel согласилась с правом Cyrix на производство собственных чипов x86 на заводах-обладателях кросс-лицензии Intel, как то – Texas Instruments, IBM и SGS Thomson (в дальнейшем STMicroelectronics).

Никогда не повторяйте один и тот же фокус дважды… если только вы не Cyrix

В 1993 году Intel выпустила процессор Pentium – на базе новой микроархитектуры P5 и наконец-то под клиентоориентированным наименованием, которое легко могло быть в ходу у массового пользователя. И, что более важно, этот процессор поднял планку производительности массовых ПК, открыв новую эру в истории персонального компьютинга.

Инновационная суперскалярная архитектура позволяла выполнять две команды (инструкции) за один такт. 64-разрядная внешняя шина данных обеспечивала чтение и запись большего количества данных при каждом обращении к памяти. Более быстрый модуль операций с плавающей точкой (FPU) позволил повысить пропускную способность чипа в 15 раз по сравнению с 486-м, помимо улучшения ряда других показателей.

Cyrix ответила на этот вызов, снова создав промежуточный плацдарм для материнских плат с сокетом Socket 3, которые не тянули новый процессор Pentium. Этот плацдарм обеспечил процессор Cyrix 5x86, который вышел раньше Pentium и, работая на частоте 75 МГц, предлагал многое из функционала процессоров пятого поколения, таких как Pentium и AMD K5.

Процессор Cyrix 5x86 с радиатором.

Cyrix даже выпускала 100- и 133-мегагерцовые версии этого процессора, но они не обеспечивали все заявленные характеристики улучшенной производительности, поскольку включение соответствующих функций приводило к нестабильной работе процессора. Потенциал оверклокинга был ограничен. Эти модификации оказались короткоживущими, и через полгода Cyrix сняла их с производства и приступила к разработке принципиально новой схемы процессора.

Кульминация Cyrix через призму Quake

В 1996 году Cyrix представила процессор 6x86 (M1), который ожидали как еще одну более-менее приличную «заплатку» для старых платформ Intel с 5-м и 7-м сокетами. Но это был не просто чип для апгрейда бюджетных систем – это было действительно маленькое чудо микропроцессорной техники, где было реализовано то, что казалось невозможным: комбинация ядра RISC со многими свойствами архитектуры CISC.

Также процессор 6x86 продолжал опираться на оригинальный набор команд x86 и стандартный микрокод, в то время как процессоры Intel Pentium Pro и AMD K5 использовали динамическую трансляцию команд в микрооперации.

В части контактов этот чип был совместим с сокетом Intel P54C и выпускался в шести модификациях с запутанной номенклатурой, которая, по идее, должна была соответствовать уровням производительности, но фактически не была привязана к конкретным спецификациям, в частности – к тактовой частоте.

Например, чип 6x86 PR166+ работал максимум на 133 МГц, но на рынке позиционировался как эквивалентный или даже лучший аналог Pentium, работавшего на 166 МГЦ; позднее эту маркетинговую стратегию пыталась использовать AMD.

Однако чип 6x86 самоидентифицировался как 486-й процессор, поскольку не поддерживал полный набор инструкций Intel P5. И это быстро стало проблемой, потому что большинство разрабатываемых приложений постепенно оптимизировалось под архитектуру Pentium P5, чтобы максимизировать выигрыш в производительности, обеспечиваемый новыми инструкциями.

Cyrix со своей стороны улучшила совместимость 6x86 с платформами Pentium и Pentium Pro в версиях чипов 6x86MX и 6x86MII.

Основным коммерческим аргументом в пользу чипов 6x86 была их лучшая, чем у Pentium, производительность в целочисленных операциях, что давало им реальное преимущество в то время, когда большинство приложений и игр опиралось на целочисленную математику. Одно время Cyrix даже пыталась накинуть премиальную наценку за эту прибавку к производительности, но эта стратегия успехом не увенчалась.

Снимок микросхемы процессора Cyrix 6x86MX.

Как оказалось, блок FPU (floating-point unit, модуль операций с плавающей точкой) в чипах 6x86 был всего лишь слегка модифицированной версией сопроцессора Cyrix 80387 и, соответственно, он был значительно медленнее FPU с новой схемой, встроенной в процессоры Intel Pentium и Pentium Pro.

Справедливости ради отметим, что он все-таки был в 2-4 раза быстрее FPU Intel 80486, и по общим показателям производительности процессоры Cyrix 6x86 превосходили предложения от Intel. Но это соотношение сил сохранялось только до тех пор, пока разработчики программных приложений, и в первую очередь 3D-игр, увидев растущую популярность Pentium, не начали оптимизировать свои коды на ассемблере в направлении использования преимуществ FPU P5.

Когда в 1996 году студия id Software выпустила Quake, компьютерные геймеры, игравшие на процессорах 6x86, вдруг столкнулись с неудовлетворительной частотой кадров, которая едва достигала неиграбельных 15 fps, если не прибегать к снижению разрешения до 320 x 200.

И только топовый чип линейки Cyrix 6x86MX PR2/200 обеспечивал более-менее приемлемые 29 fps. В то же время, пользователи систем на платформе Intel без проблем получали в Quake нормальную частоту кадров даже на разрешении 640 x 480.

Легендарный разработчик игр Джон Кармак (John Carmack) открыл, что на чипах Pentium целочисленные и вещественные операции можно частично распараллелить по времени выполнения, поскольку они задействуют разные блоки ядра P5 во всех инструкциях, кроме загрузки. И этот метод не работал на ядре Cyrix, которое обнаружило слабость своего модуля FPU. Хотя во всех других бенчмарках производительности CPU тогдашние обозреватели получали 30-40%-ное превосходство 6x86 над Pentium.

Тогда, в середине 90-х, никто не знал, в каком направлении будут развиваться вычислительные алгоритмы, и Cyrix сделала ставку на целочисленные операции. В результате в их процессорах практически отсутствовала конвейеризация инструкций – по существу, ключевой принцип для современных десктопных процессоров. Принцип конвейеризации заключается в разбиении задач на ряд операций, которые затем выполняются разными блоками процессора одновременно, что повышает эффективность вычислений. Модуль FPU процессора Pentium был конвейеризован, и это позволяло осуществлять вещественные графические вычисления в Quake с крайне малой задержкой.

Проблема Cyrix легко решалась, и разработчики программ выпускали соответствующие патчи к играм и приложениям. Однако конкретно id Software потратила слишком много времени на разработку и оптимизацию Quake именно под микроархитектуру P5, и они ни разу не пытались адаптировать игру под что-то другое.

Процессорам AMD K5 и K6 посчастливилось несколько больше, чем Cyrix, но они все-таки заметно уступали в классе процессорам Intel на момент выхода Quake, которая была исключительно популярна и положила начало новому поколению 3D-игр.

В результате, за этот проигрыш в производительности, процессоры Cyrix подверглись суровой критике со стороны энтузиастов, в глазах которых рейтинг компании заметно упал. Поскольку Cyrix так и не смогла заключить серьезные контракты с крупными OEM-партнерами (производителями готовых ПК), разочарование энтузиастов, составлявших основу клиентской базы Cyrix, стало для компании особенно тяжелым ударом.

Ситуацию усугубляло еще и то, что у Cyrix не было собственных заводов для производства чипов, и компания опиралась на производственные мощности партнеров, которые, со своей стороны, использовали наиболее продвинутые техпроцессы для выпуска собственной продукции. В результате процессоры Cyrix выпускались на базе техпроцесса 600 нм, тогда как чипы Intel – на базе 300 нм.

Это отрицательно сказывалось на энергетической эффективности, из-за чего процессоры Cyrix «славились» своим сильным нагревом – до такой степени, что энтузиасты даже ставили на них самодельные плитки, используемые как нагревательные приборы. Они также были крайне чувствительны к низкокачественным блокам питания, а их разгонный потенциал – ограничен. Однако это не останавливало ряд пользователей (таких как автор этой статьи, у которого второй компьютер был оснащен процессором Cyrix 6x86-P166+), поддерживавших существование этих процессоров еще некоторое время, пока они не почили в бозе.

Закат первого серьезного конкурента, посягнувшего на гегемонию процессоров Intel

Ближе к 1997 году Cyrix всячески старалась наладить партнерство с такими компаниями, как Compaq и HP, поскольку установка процессоров Cyrix в готовые компьютеры этих фирм обеспечила бы Cyrix стабильный доход. Они также пытались подавать в суд на Intel по поводу нарушения патентов на технологии управления напряжениями и переименования регистров процессора, но этот вопрос был быстро решен путем принятия обоюдного кросс-лицензионного соглашения, что позволило обеим компаниям сконцентрироваться на производстве более продвинутых процессоров.

Известный рекламный плакат National Semiconductor.

Судебная тяжба стала дополнительным бременем для компании, уже испытывавшей финансовые затруднения. Оказавшись перед угрозой банкротства, Cyrix согласилась войти в состав National Semiconductor. Это выглядело истинным благом. Компания наконец получала доступ к солидным производственным мощностям и присоединялась к команде с сильными маркетинговыми позициями, способной заключать крупные контракты. Производственные соглашения с IBM были еще в силе, но в конечном счете Cyrix перевела все свое производство на заводы National Semiconductor.

Но, как оказалось в дальнейшем, это было началом конца Cyrix. National Semiconductor не были заинтересованы в производстве высокопроизводительных компьютерных компонентов, а хотели делать малопотребляющие микросхемы SoC («системы на чипе»).

Действительно, Cyrix вроде бы воспрянула с выходом повсеместно ругаемого чипа 5x86 MediaGX на основе ядра 5x86, который включал в себя встроенные звуковую и видеокарту и контроллер памяти и работал на частоте 120 или 133 МГц.

Это был слабый процессор, но он смог выглядеть убедительно в глазах Compaq, которая использовала его в своих бюджетных компьютерах Presario. Это подхлестнуло интерес к процессорам 6x86 со стороны других OEM-компаний – в качестве весомых примеров можно назвать Packard Bell и eMachines.

Смена основного профиля разработок не остановила Cyrix в их попытках делать более производительные процессоры, но здесь было больше обещаний, чем реальной продукции. National Semiconductor в конце концов продали Cyrix тайваньскому производителю чипсетов VIA Technologies, но к тому моменту ключевые персоналии уже ушли из компании, и процессор MII получился малоинтересным компонентом, который не нашел покупателей.

Последним проектом Cyrix стал чип MII-433GP, который работал на частоте 300 МГц и, «благодаря» своему неудачному названию, в конце концов сгинул в сравнениях с 433-мегагерцовыми процессорами, намного его превосходившими. AMD и Intel были заняты погоней за частотой 1 ГГц и выше, и понадобилось еще 20 лет, прежде чем Arm смогла сравняться и бросить вызов этим двум гигантам десктопного и серверного рынка – не говоря уже про их тотальное господство в сегменте ноутбуков.

Компания VIA забила последний гвоздь в крышку гроба Cyrix, использовав этот бренд для переименования процессоров "Centaur", которые фактически базировались на ядре WinChip3 от IDT. National Semiconductor продолжали продавать чипы MediaGX еще несколько лет, прежде чем переименовали эту серию в Geode и в 2003 году продали чертежи в AMD.

Три года спустя AMD представила самый малопотребляющий в мире x86-совместимый процессор, который потреблял всего 0.9 Вт и базировался на ядре Geode, как на завещании изобретательных разработчиков из команды Cyrix.

Значение наследия Cyrix

Независимо от того, был у вас когда-нибудь компьютер на процессоре Cyrix или нет, опыт этой компании имеет большое историческое значение.

Несмотря на то, что «при жизни», в течение примерно десяти лет своего существования, компания Cyrix не оказывала существенного влияния на отрасль, их провалы и в конечном счете крах подтвердил, что повышение показателей производительности IPC (instructions-per-clock, количество инструкций, выполняемых за один такт) – более продуктивное направление приложения сил компаний-производителей процессоров, чем просто повышение тактовой частоты.

По сей день Intel и AMD в каждом новом поколении своих чипов стараются повысить номинальные тактовые частоты, но, после достижения отметки 3 ГГц, большая часть реального прогресса обусловлена модернизацией ключевых компонентов микроархитектуры процессора (и его кэшей). Яркий пример этому – развитие архитектуры AMD Zen, в ходе которого они менее чем за четыре года повысили однопоточную производительность на 68%.

Важно отметить, что компания Cyrix смогла успешно противостоять правовому (и финансово подкрепленному) давлению со стороны Intel, которая в 90-е годы подавала в суд почти на все фирмы, засветившиеся на рынке процессоров.

На примере двух судебных процессов было показано, что тяжбы вредят рынку, тогда как кросс-лицензионные соглашения позволяют осуществлять «перекрестное опыление», способствующее дальнейшему развитию опыта наработок и взаимной выгоде различных компаний.

Также можно сказать, что компания Cyrix работала без собственных производственных мощностей еще до того, как это стало мэйнстримом. В наше время это стандартная практика большинства полупроводниковых гигантов, таких как AMD, Qualcomm, Broadcom, Nvidia, Apple, Marvell, Unigroup China и HiSilicon, производство чипов которых зависит от других компаний, таких как TSMC.

Маркетинговая стратегия Cyrix никогда не была особенно сильной до их слияния с National Semiconductor, и в 2000-е годы их ошибки повторила AMD с процессорами Athlon и Sempron.

Они подчеркивали, что их процессоры быстрее процессоров Intel, хотя работают на меньших тактовых частотах, но это не всегда находило достаточные подтверждения в синтетических бенчмарках и реальных приложениях. AMD больше не практикует эту маркетинговую схему, но некоторая путаница остается и по сей день.

Сегодня вы вряд ли встретите процессоры Cyrix где-нибудь кроме пунктов утилизации цветных металлов и винтажных компьютеров энтузиастов. По некоторым данным, настольные ПК с процессорами Cyrix использовались, как минимум, до 2010 года, то есть эти чипы пробыли в употреблении еще около десяти лет после того, как фирма-производитель практически растворилась в портфолио VIA Technology. Скорее всего, в происходящих от VIA современных процессорах Zhaoxin из оригинальных архитектур Cyrix не используется ничего, но только время может показать, насколько хорошо разработчики этих чипов изучили славное наследие Cyrix.