【转】20世紀末的x86神風特攻隊NS486 國家半導體NS586(1996年)
硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊NS486
by 痴漢水球 2022.05.03 12:23PM
1990年代初期在x86的領域，出現了類似1970年代的處理器熱潮，不分新來後到，許多公司都想進軍x86指令集相容處理器市場，其中也包括了成立於1959年的老牌類比晶片廠商國家半導體(NS, National Semiconductor)。國家半導體也在1997年收購Cyrix，但卻在x86雙雄開始大亂鬥的1999年，將其脫手給台灣的VIA。
- 神風特攻隊駕駛員：國家半導體
- 公司成立時間：1959年5月27日
- 公司消失時間：2011年9月23日(被TI併購)
- 員工人數：5800人(2010年)
- 最具象徵性產品：NS486
- 由盛而衰的轉折：沒有，這是非常長壽的產品，到現在還可以在TI網站找到
- 未能實現之遺憾：N7 (N7-lite, NS586L)
硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Cyrix(上) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Cyrix(中) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Cyrix(下) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Centaur WinChip (上) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Centaur WinChip (中) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Centaur WinChip (下) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Rise mP6 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Transmeta Crusoe 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Transmeta Efficeon 國家半導體打從一開始就不準備與Intel正面競爭主流個人電腦處理器，而將眼光看向嵌入式系統、低成本機上盒 (STB) 和後來的低價網路個人電腦 (NetPC)，目標是設計出一個簡單高效並整合大量週邊裝置的單晶片x86處理器，並定價於20至30美元。
NS486計畫啟動於1994年底或1995年初，代號是魔戒中的星之女王Elantari (又名ESF94001)，並為此在國家半導體內成立名為Arador (魔戒中的第十四任登丹人酋長)的研發部門。近似於日後構成VIA處理器核心的Centaur那套「簡單、迅速、便宜」哲學，NS486在其開發過程中的三個優先項目，依重要性分別是「時程」、「成本」和「性能」。 所以NS486的指令管線只有三階 (指令擷取/解碼、執行、回寫)，在0.65 μm製程時的目標時脈是25MHz (電壓5V)。為了最小化晶片面積並考量嵌入式應用的即時性需求，有別於Intel 486的8kB或16kB第一階快取記憶體，NS486只有1kB的直接映射 (Direct-Mapped) 快取。 此外，NS486並不支援x86指令集的真實模式 (Real Mode)，所以無法支援DOS作業系統，也沒有浮點運算器 (FPU) 和記憶體管理系統 (MMU)。結果就是NS486的核心僅有25.6萬電晶體，約為Intel 486整合運算核心的一半，在0.65 μm製程時的晶粒面積僅29.6 mm²。 但這並不代表NS486就毫無看頭，事實上，在當時國家半導體在Super I/O為首的整合式外圍週邊晶片佔有領導地位。內核本身相對簡單，但如果要添加其他功能，通常具有不同的製程和訊號屬性，才是最困難的地方，這讓整合大量週邊控制單元的NS486變得與眾不同。 根據不同的需求，NS486分別有「全套」的NS486SXF (25美元) 和「半套」的NS486SXL (15美元)，最初兩者共用晶片，直到1998年國家半導體才替NS486SXL製作獨立的晶粒，以進一步降低成本。
不過技術歸技術，來自Intel的法律干擾手段又是另一回事。在1990年代設計x86指令集相容處理器的非技術性挑戰來自法律部門。在當時Intel聲稱即使是任何再簡單的x86處理器設計都「必須」至少侵犯一向Intel的專利。然而，國家半導體卻是從頭設計了NS486，包含微碼 (Microcode)，並搬出可追溯至1970年代的Intel許可證明 (正是該許可證導致國家半導體併購Cyrix)。 硬科技：為何Intel的競爭者都要如此辛苦 前面有提到「時程」，而國家半導體那充滿魔戒味的研發團隊也不辱使命的在1996年初完成了最初的NS486樣品，並支援當初許多常見的即時作業系統 (RTOS, Real-Time OS)，包括pSOS+、QNX、VxWorks和VRTX。如同前述，因沒有真實模式，因此沒有DOS。 在1997年，NS486SXF被應用於基於Java程式語言的Java Nanokernel作業系統，可直接在硬體上執行Java VM。硬體供應商包括PARVUS (PC104規範主板)、BCT (開發板) 和其他幾家製造現成的基於NS486的單板電腦 (SBC, Single Board Computer)。在1996年11月，國家半導體發表了使用名為Odin、基於網路瀏覽器的網路電腦參考設計，這是當時第一款低於200美元網路瀏覽器個人電腦。
國家半導體達成了「時程」與「成本」的目標，但在「性能」方面亦不遑多讓。因國家半導體最佳化NS486的指令時序，讓很多簡單指令能單時脈週期內完成，NS486在整數運算的表現相當不錯，在某些情況甚至可擊敗Intel的486DX。
NS486在推出時，在嵌入式x86領域幾乎沒有競爭對手，Intel的386EX和AMD的386SC更貴更慢，而Intel那時專注於升級先進製程量產Pentium與Pentium Pro，老舊晶圓廠則通通挪去生產業務蓬勃發展中的系統組和乙太網路晶片，AMD將心力放在「消化」併購NexGen後得到的資產，也導致缺乏足以抗衡NS486的486等級產品。 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊NexGen Nx586/Nx686 (上) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊NexGen Nx586/Nx686 (下) 但在1997年，國家半導體決定與Cyrix合併 (實際上是收購) 卻改變了很多事情，至少在1997年12月之前，任何關於NS486的產品規格手冊都還是處於 “Preliminary (初步的)” 的狀態。在1999年，國家半導體將NS486標示「不推薦用於新產品」，雖然NS486在2003年甚至更晚仍在繼續生產。 這也影響到NS486後繼者的命運：相容於Intel Pentium的N7(NS586)。這就是另一個截然不同的故事了。請各位科科繼續期待本專欄的「幻之處理器系列」。
硬科技：幻之處理器系列國家半導體NS586(1996年)
by 痴漢水球 2022.05.12 02:34PM
時代背景：成立於1959年的國家半導體 (NS, National Semiconductor)，在1990年代初期一腳踏入x86指令集相容處理器的戰場，藉由「逃避雖可恥但有用 (誤)」的策略，開發時程僅一年餘的NS486成功的在嵌入式市場開闢了一片藍海。也理所當然的，國家半導體需要開發 Intel Pentium等級的下一代，但卻剛好遭遇了與Cyrix的併購案... 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Cyrix(上) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Cyrix(中) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Cyrix(下) 起始於NS486開始樣品階段的1996年初，一路持續到1997年，國家半導體計畫中的 “N7” 就不間斷的浮現於部份資訊媒體的版面，也不時出現與Cyrix MediaGX的比較。無論如何，Cyrix併購案到了1998年才完成，這也意味著這款神秘的 “N7” 早已開發了一段時間，甚至很可能是在NS486開發工作開始後沒多久就計畫好的—即使最終從未誕生。 依據已知的資料，N7是一款時脈133MHz的Intel Pentium等級產品 (雖然有「相容Pentium腳位」的說法，但看在整合大量週邊I/O的份上，實際上應該不可能)，核心採用NS586，是強化版本的NS486，管線階段從三階延長至五階，使用更先進的0.35 μm製程。
類似前代的NS486，N7計畫至少分成兩部份：N7-Lite (暗示著會有一個「完整版N7」) 與NS586L，所有設計的共同核心是NS486的大幅強化版NS586，不僅將第一階快取從1kB改為8kB (4kB指令 + 4kB資料)，預先擷取緩衝區加倍到32 Bytes，允許在不同管線階段可存取快取記憶體，補回前代沒有的記憶體管理單元，並提供某種程度的非循序指令執行能力。 當然，如同NexGen的Nx586與追求「簡單、迅速、便宜」的Centaur WinChip，這種並非超純量 (Superscalar) 的超級純量 (Super Scalar) 微架構，怎麼說都很難抗衡同時脈的Intel Pentium。 國家半導體宣稱133MHz的NS586核心相當於95MHz的Pentium，也意味著勝出Pentium 75等級的AMD 5x86-133。不過NS586沒有整合浮點運算器，也沒有支援MMX指令集。 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊NexGen Nx586/Nx686 (上) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊NexGen Nx586/Nx686 (下) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Centaur WinChip (上) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Centaur WinChip (中) 硬科技：20世紀末的x86神風特攻隊Centaur WinChip (下) NS586核心電晶體數量約為93萬 (其中42.6萬是快取記憶體)，在0.35 μm製程時的晶粒面積是29.6 mm²，略小於0.65 μm製程的NS486 (29.6 mm²)。 N7-Lite整合了更多的外部週邊，包含了SVGA解析度的2D繪圖控制器、基於TI TMS320C50的DSP與音效控制器，更適合打造單晶片的機上盒與網路電腦，售價30美元。較低階的NS586L取消了繪圖、音效和PCI匯流排，但多出了VL/ISA匯流排，預定作為NS486的同腳位升級版，售價25美元。 按照1997年10月的消息，國家半導體預計在1998年第二季提供樣品，並暗示將會有一個完整版本的N7，具備諸多未公開的功能，例如對應CRT或LCD面板的繪圖核心、更大容量的記憶體、乙太網路控制器和IDE硬碟控制器。 但Cyrix併購案卻改變了一切，得到MediaGX的國家半導體再也沒有必要去大費周章的開發另一款同質性幾乎相同的產品，NS586核心的N7也就成為消逝在歷史洪流之中的幻之處理器。
