The Unabridged Pentium 4 - IA32 Processor Genealogy

于优优

市場競爭更帶來更複雜的處理器與系統平臺。偏偏市面上一直缺乏統整英特爾x86發展史的書籍，除非長期認真收集整理艱澀難讀的原廠技術文件，長年持續關心其技術脈絡及更迭，否則難以描繪出完整的觀念輪廓。

複雜的x86指令集帶來「詭異」的處理器設計
有些評論，也許你依舊耳熟能詳：一，x86是一套先天不足、後天失調的指令集架構，多年來和難兄難弟DEC VAX，一同被無數計算機結構教科書當作「指令集設計的標準錯誤示範」的「北港香爐」。

二，然而，要打造出一顆兼顧高效能與低成本的x86處理器，是非常困難的工作。這些門檻，都充分反應在長達數年的開發時程與天文數字般的研發成本。以486為例，其人力平均工時就是同期RISC處理器的數倍之譜，Pentium 4更是耗費四年、動用5000名工程師和燒掉超過十億美元的血淚結晶。

此外，歷史的教訓證明「魚與熊掌不可兼得」，既然指令集複雜難搞，產品實作必定充滿了取捨和折衷，難以面面俱到。先前Google批判「大多數沿用桌上型核心的伺服器處理器，並不適合資料中心應用」，就是最好的例證。

但這還不打緊，拜個人電腦市場之所賜，在傾全力建置最先進的製程與巨大產能之外（x86處理器的製程技術幾乎都領先RISC一個世代以上），要如何設計出「利於量產」的x86處理器，更是英特爾等廠商念茲在茲的頭號使命。種種因素一路累積下來，結合數目急速膨脹的新指令，高速x86處理器清一色都擁有「詭異」的微架構與程式設計師難以掌握的行為模式，這趨勢在英特爾的Pentium 4世代到達了最高峰。

隱而不現的是，廠商基於商業機密等考量，也絕不會在原廠技術文件和程式最佳化手冊「講清楚，說明白」，增加程式設計師的困擾。筆者某位在某知名數位影音播放軟體廠商擔任資深工程師的好友，就對Pentium 4的超深指令管線與讓人摸不著頭緒的習性頗有微詞，而這僅為冰山的一角。

詳細整理英特爾x86處的技術細節
所幸《The Unabridged Pentium 4: IA32 Processor Genealogy》一書的問世，給予來不及「參與過去」的人綜觀英特爾x86世界的契機，揭露英特爾x86處理器不曾公開的秘密。書如其名，堪稱是目前唯一「未刪節的（unabridged）」最完整x86技術手冊，一本厚達1700頁的大磚頭。

全書分為12部分，總計77章節，礙於裝訂的厚度限制，其中以英特爾史上最成功x86微架構「P6」歷史為主的16章節PDF檔案，納入隨書附贈的光碟。以簡介處理器在電腦中所扮演的角色及多工作業系統的基礎概念為開端，一步一步的介紹386、486、Pentium、輝煌的P6系列、Pentium 4和Pentium M的演進，從古老的8086真實模式、386引進的虛擬86模式、x86的記憶體定址模式、英特爾x86處理器的硬體規格、系統匯流排通訊協定，到新增的指令集，無一不包。

雖然書中內容多數均歸納整理自英特爾的技術文件，但充分整合處理器的實作特色與隨之衍生的特性資訊。更重要的是，每個段落的標題都是「有意義」的，直接一語道破重點，頗具畫龍點睛之效，便於快速翻閱讀者欲找尋的資料。

全書最值得大書特書之處，莫過於對英特爾史上最神秘x86處理器Pentium 4與NetBurst微架構的精確描述，光是快取記憶體、超執行緒、Prescott核心和系統匯流排的地方就值回書價，一揭數年來模糊不清、爭論不斷的技術焦點。

所謂「內行人看門道，外行人看熱鬧」，本書也不乏吸引非技術人員的材料，詳列了當時英特爾歷年來所有x86處理器的產品代碼、規格概要和未來時程表－無論是倖存還是被腰斬者，包括「NetBurst的悲劇」主角「Tejas」、邁向10GHz時脈的「Nehalem」，以及讓P6大復活的「Merom」等，頗具參考價值。

作者更刻意釐清坊間人云亦云、積非成是的錯誤觀念。書中先將Pentium M置入Pentium 4的產品時程表，再表示「之所以放在這裡，是因為很多人誤以為Pentium M是Pentium 4的一員，其實它只是Pentium III的衍生版本」。用心之深切，由此可見一斑。

資訊略嫌過期，但無損價值
本書是2004年出版，到今天已相隔近三年，自然無法涵蓋英特爾x86處理器近期的技術資訊及發展，像64位元指令集延伸、Vanderpool虛擬化技術、La Grande安全運算技術、以Merom為首的Core微架構處理器家族、32個SSE3補充指令與英特爾在2006秋季IDF公開的48個SSE4指令等。隨著Pentium 4的淡出，此書對技術人員的實用性也勢必大打折扣。（有趣的是，隨書光碟的PDF檔標示這是「第一版」，暗示未來可能會有更新的版本）

另外，如同書名，全書只有英特爾x86處理器，未涵蓋到另一家x86處理器大廠AMD的產品。只想透過一本書就搞懂x86世界的讀者，可能會大失所望。

瑕不掩瑜之處在於，本書在英特爾前院士Bob Colwell的監修加持下，依然是x86處理器技術手冊的不二之選，那句「這是一本英特爾該寫卻未寫的書（This is the book Intel Should have written, but now they don't have to.）」註腳毫無過譽。如你想溫故知新、重新認識這地球上最普及的指令集架構與處理器，絕對不會讓你失望。文⊙劉人豪