ia64和X86

英特尔推出X86架构已满20年了，同486相比，Pentium向前迈进了一大步， 而PⅡ的前进步伐则没有这么大了，X86 CPU的发展似乎已到了尽头。 

英特尔非常清楚，是X86指令集限制了CPU性能的进一步提高，因此，他们正同惠普一道努力开发下一代指令集架构（Instruction Set Architecture ，ISA）： EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing，显性并行指令计算)。对英特尔而言， IA－64（英特尔的64位架构）是下一个10到15年的架构。新的ISA将使英特尔摆脱X86架构的限制，从而设计出超越所有现有RISC CPU和X86 CPU的新型处理器。那么EPIC的先进之处在什么地方呢？为什么英特尔会放弃使它成为芯片巨人的X86架构呢？ 

一、IA－32的问题 

我们知道，工程师可以通过提高每个时钟的指令执行数来提高性能，英特尔新的指令集的首要目的在于，让指令更容易解码，更容易并行执行。这样就可以不受限制地开发新型处理器。 

但是，对工程师而言，兼容8086的X86指令集一直是必须完成的任务。毕竟，兼容前代产品是使英特尔成长壮大起来的关键因素，而且还可以保护用户原先的投资和使用数以百万计应用软件。既然如此，为什么又要放弃整个X86指令集重新开始呢？X86的不足在什么地方？ 

（1）可变的指令长度 

X86指令的长度是不定的，而且有几种不同的格式，结果造成X86 CPU的解码工作非常复杂，为了提高CPU的工作频率，不得不延长CPU中的流水线，而过长的流水线在分支预测出错的情况下，又会带来CPU工作停滞时间较长的弊端。 

（2）寄存器的贫乏 

X86指令集架构只有8个通用寄存器，而且实际只能使用6个。这种情况同现代的超标量CPU极不适应，虽然工程师们采用寄存器重命名的技术来弥补这个缺陷，但造成了CPU过于复杂，流水线过长的局面。 

（3）内存访问 

X86指令可访问内存地址，而现代RISC CPU则使用LOAD/STORE模式，只有LOAD和STORE指令才能从内存中读取数据到寄存器，所有其他指令只对寄存器中的操作数计算。在目前CPU的速度是内存速度的5倍或5倍以上的情况下，后一种工作模式才是正途。 

（4）浮点堆栈 

X87 FPU是目前最慢的FPU，主要的原因之一就在于X87指令使用一个操作数堆栈。如果没有足够多的寄存器进行计算，你就不得不使用堆栈来存放数据，这会浪费大量的时间来使用FXCH指令（即把正确的数据放到堆栈的顶部）。 

（5）4GB限制 

这似乎不是问题，但是，在6年前，主流PC只有4MB内存，而目前的绝大部分PC装备了64MB以上的内存，是以前的16倍，所以，在下一个十年，PC内存突破1GB绝对不会令人惊讶，而且目前的大型服务器已经使用了1GB以上的内存，突破4GB内存的情况很快就会出现。 

（6）芯片变大 

所有用于提高X86 CPU性能的方法，如寄存器重命名、巨大的缓冲器、乱序执行、分支预测、X86指令转化等等，都使CPU的芯片面积变得更大，也限制了工作频率的进一步提高，而额外集成的这些晶体管都只是为了解决X86指令的问题。