x86, le origini dell'architettura: perché è feudo di Intel e AMD

Mentre ARM si sta affacciando sempre più convintamente sui settori dei data center, dei sistemi per la guida autonoma e per l’intelligenza artificiale oltre che più di recente anche sul mercato dei PC (ARM presenta il SoC Cortex-A78C progettato per i notebook), altre aziende stanno valutando l’utilizzo di processori RISC-V derivati da design completamente royalty-free: Cos’è RISC-V e perché tutti ne parlano.

Perché la piattaforma x86, ancora oggi la più comune in assoluto, è storicamente rimasta “feudo” esclusivo di Intel e AMD?

Diciamo subito che tutto parte dalle questioni legate alla proprietà intellettuale. Per comprendere il presente e il futuro è indispensabile fare un po’ di storia.

Piattaforma x86: come è nata e quali sono stati gli sviluppi sotto la spinta di Intel e AMD

La CPU Intel 8086 è stata lanciata alla fine degli anni ’70 come evoluzione della precedente 8080. Si tratta dei processori precursori delle CPU che sarebbero poi apparse sul mercato nel corso degli anni ’80 e presentate prima da IBM per poi debuttare nei primi PC “cloni” di quelli lanciati da Big Blue.

La particolarità dell’8086 era che, pur non potendo eseguire codice nativo 8080, aveva un compilatore retrocompatibile. Si trattava di una CPU a 16 bit che integrava una ALU (unità aritmetica e logica) più abile nelle moltiplicazioni e divisioni supportando 1 MB di RAM. Integrava circa 29.000 transistor ma anche con Lotus 1-2-3 le prestazioni erano talmente scarse che durante le operazioni di ricalcolo si poteva assistere alla ricostruzione della tabella sullo schermo a partire dall’angolo superiore sinistro per arrivare in basso a destra.
Dalla stessa CPU fu derivata una versione meno performante (8088) a 8 bit che ottenne un buon successo sul mercato essendo commercializzata a costo inferiore.

La stessa AMD aveva sviluppato un clone dell’Intel 8080, AMD 9080: fu realizzato svolgendo attività di reverse engineering senza ottenere preventivamente una licenza da parte di Intel.
L’azienda lavorò su un chip alternativo stante la volontà di IBM di individuare un altro fornitore di chip. Era il 1982, quando l’IBM 5150 – uno dei primi PC in assoluto basato sull’architettura x86 – era sul mercato soltanto da pochi mesi.

La “pressione” esercitata da IBM portò Intel e AMD ad accordarsi: alla prima venne di fatto chiesto di concedere in licenza la sua tecnologia e la corrispondente proprietà intellettuale ad AMD in modo che quest’ultima potesse sviluppare il suo processore AM286.

L’intesa fu rotta con il lancio del processore 80386 da parte di Intel che, di nuovo, è stato “derivato” da AMD svolgendo nuove attività di reverse engineering e chiamato AM386. Ne scaturì un contenzioso tra le due società che arrivò in tribunale e si concluse soltanto nel 1994 quando la Corte Suprema dello Stato della California (USA) si pronunciò in favore di AMD di fatto bollando come legittimo l’utilizzo delle estensioni a 32 bit relativamente all’ISA (Instruction Set Architecture) x86.
Da allora AMD ebbe il permesso per creare CPU compatibili con il set di istruzioni e registri IA-32 di Intel usati dal processore 80386 in avanti.

Nel 2003 fu però AMD a introdurre per prima le sue CPU con estensioni a 64 bit (x64 o x86-64). Diversamente a quanto avvenne in precedenza con la pluriennale vertenza legale che si ingenerò, AMD non si oppose alla concessione in licenza dell’estensione a Intel che iniziò a implementarla nei suoi processori Core 2.

Gli accordi di cross-licensing nell’ambito dell’architettura x86 sono quindi proseguiti fino ai giorni nostri: sia Intel che AMD hanno via a via applicato una serie di aggiunte al set di registri e alle istruzioni lasciando libera l’azienda concorrente di abbracciare o meno le modifiche.

C’è però un aspetto importante che non tutti conoscono della storica sentenza risalente al 1994: se qualcuno vorrà acquistare AMD come ad esempio NVidia ha recentemente fatto ARM, la decisione del tribunale californiano perderebbe di efficacia. Di fatto, quindi, salvo accordi tra le parti, un soggetto terzo che acquisisse AMD non potrebbe più produrre processori x86 perché le stesse estensioni x64 sono state costruite usando come base l’IA-32 di Intel.

VIA, anche se da tempo ha abbandonato la competizione con Intel e AMD, è il terzo soggetto che lavorò avendo in mano una licenza per l’utilizzo dell’ISA x86.
Ciò avvenne perché nel 1997 VIA acquisì Cyrix che originariamente ha realizzato un clone del chip 80387, il co-processore matematico del processore 80386, per poi sviluppare una sua propria versione del 486.
Cyrix ottenne da Intel il permesso di usare il set di registri e istruzioni x86 senza alcuna limitazione. Il fatto è che l’azienda non riuscì a sviluppare adeguatamente il suo business e sotto l’egida di VIA le cose non andarono meglio. Anche perché tra VIA e Intel nonché tra VIA e AMD non fu siglato alcun accordo di cross-licensing quindi l’azienda perse rapidamente tutte le sue quote di mercato in Occidente rimanendo sulla piazza solamente a Taiwan e in Cina.

A distanza di quasi quarant’anni (era il 12 agosto 1981 quando IBM introdusse sul mercato il suo 5150), l’architettura x86 comincia a dare qualche segno di cedimento. Nonostante AMD stia vivendo un ottimo momento con i Ryzen 5000 e l’architettura Zen 3, che hanno confermato l’ottimo lavoro svolto dagli ingegneri dell’azienda di Sunnyvale nel corso degli ultimi anni (AMD presenta l’architettura Zen 3 e i nuovi processori Ryzen 5000), e Intel abbia fatto eccellenti passi in avanti con i recenti Tiger Lake in attesa della “rivoluzione ibrida” chiamata Alder Lake (Processori ibridi Intel Alder Lake: arrivano nuovi dettagli in attesa del lancio dei Tiger Lake H), la decisione di Apple di sviluppare un suo processore personalizzato a partire dal design ARM – chiamato A14X – per i futuri Mac è un po’ lo specchio dei tempi: Processore Apple A14X per i nuovi Mac: quanto sarà potente il sostituto degli Intel Core.

Se quindi nessun altro soggetto ha potuto inserirsi nel mercato dei processori x86 per via della “chiusura” del design, l’impostazione della britannica ARM potrebbe chiamare a raccolta nuovi produttori e spingere coloro che già operano nel settore “mobile” a “fare il salto” per passare al mercato dei PC, oltre che a quello dei server, workstation e data center.
Huawei, ad esempio, lo sta già facendo: di recente è stato “avvistato” un PC desktop proprio basato su SoC ARM (Huawei non sembra essere ancora pronta con il suo PC basato su processore ARM).

Incombe però la “spada di Damocle” dell’acquisizione di ARM da parte di NVidia: Huawei vede a rischio il suo accesso ai SoC ARM dopo l’acquisizione da parte di NVidia.
Ancora una volta le acquisizioni e i delicati equilibri tra le varie aziende potranno condizionare in bene o in male l’evoluzione dei futuri processori.

Nell’articolo Differenza tra processori ARM e x86 abbiamo visto cosa cambia tra le due piattaforme.

Sullo sfondo, lo ricordiamo, RISC-V e il progetto di un processore europeo: A che punto si trova lo sviluppo del processore europeo: iniziativa EPI.