Steven Rodgers e Richard A. Uhlig, executivos da Intel, fazem neste artigo um balanço sobre a evolução do processador x86 nesses quase 40 anos de existência
Já faz praticamente 40 anos que a Intel lançou o seu primeiro microprocessador x86, o Intel 8086. Lançado no dia 8 de junho de 1978, o 8086 equipou o primeiro computador pessoal da IBM e literalmente mudou o mundo. Por meio de disciplina, imaginação e o avanço implacável da Lei de Moore, a Intel continua a inovar apresentando melhorias para a sua arquitetura de conjunto de instruções (ISA, na sigla em inglês) x86 com cada nova geração de microprocessadores. As inovações da Intel conquistaram um espetacular sucesso comercial e a Intel protege cuidadosamente seus direitos de propriedade intelectual dessas invenções.
Benefícios da inovação ISA x86
O investimento da Intel na inovação do conjunto de instruções ao longo dos últimos 40 anos habilitou avanços de longo alcance na computação e forneceu ótimos benefícios para consumidores, empresas e indústrias inteiras. Essas inovações incluem:
Aplicativos melhores e mais empolgantes para PCs: Uma das primeiras melhorias para a ISA x86 foi a tecnologia MMX, apresentada em 1996. “Esta extensão acelerou cálculos comuns no que na época foi chamado de “experiência multimídia” e incluiu áudio, gráficos 2D e 3D, vídeo, síntese e reconhecimento de fala e algoritmos de comunicações de dados, permitindo que os desenvolvedores de software projetassem aplicativos multimídia de melhor qualidade e mais empolgantes para o PC”, disse Alex Peleg, Intel Fellow e inventor da tecnologia Intel MMX.
Visualização melhorada e renderização em tempo real para mundos complexos: Apresentadas em 1999, as Streaming SIMD Extensions (SSE) incluíam instruções voltadas para aplicativos que operam em matrizes de elementos de dados de ponto flutuante de precisão única (geometria 3D, renderização 3D e aplicativos de codificação e decodificação de vídeo). “O aumento do desempenho oferecido pela SIMD-FP ISA de precisão única melhorou a qualidade da imagem para aplicativos 3D em tempo real, melhorando assim a visualização nas plataformas PC e habilitando a renderização em tempo real de mundos complexos”, ressaltou Mohammed Abdallah, Intel Fellow e inventor da tecnologia Intel SSE.
Experiência de usuário e transmissão online melhoradas: Outro salto na tecnologia SIMD, as Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2) foram lançadas nos microprocessadores Pentium® 4 e processadores Intel® Xeon® com a extensão SSE2. As SSE2 incluíram 144 novas instruções SIMD de 128-bit que melhoraram o desempenho para aplicativos multimídias, de criação de conteúdo, científicos e de engenharia. “As extensões Intel SSE2 e a microarquitetura Intel® NetBurst® do processador Pentium 4 habilitaram uma experiência de usuário melhorada em áreas como áudio online e transmissão de vídeo, processamento de imagem, criação de conteúdo em vídeo, reconhecimento de fala, aplicativos e jogos 3D, multimídia e ambientes de usuário multitarefa”, disse Glenn Hinton, Intel Senior Fellow, que foi responsável pelo desenvolvimento da microarquitetura do processador Pentium 4 e é inventor da tecnologia Intel SSE2.
Melhoria do desempenho SIMD multigeração: Nos anos que se seguiram, a Intel continuou melhorando as capacidades SIMD de seus processadores com SSE3, SSSE3 e SSE4, que melhoraram o desempenho de cargas de trabalho de mídia, imagens e 3D. A partir de 2011, os processadores da Intel foram melhorados ainda mais com a inclusão das Intel® Advanced Vector Extensions (AVX), AVX2 e AVX-512, que aceleram o desempenho para cargas de trabalho e usos como simulações científicas, análises financeiras, inteligência artificial (AI)/aprendizagem profunda, modelagem e análises 3D, processamento de imagem e áudio/vídeo, criptografia e compressão de dados.
Escalabilidade e capacidade de gerenciamento do sistema melhoradas: As Intel Virtual-Machine Extensions (VMX) permitiram que a plataforma funcionasse como múltiplos sistemas virtuais, cada um capaz de rodar sistemas operacionais e aplicativos em partições separadas. Para melhor desempenho e facilidade de uso, a Intel apresentou as Intel Transactional Synchronization Extensions (TSX).
Criptografia avançada: A Intel incluiu as AES New Instructions (AES-NI), um conjunto de instruções de criptografia para melhorar o algoritmo Advanced Encryption Standard (AES) e acelerar a criptografia de dados nos processadores da Intel, fornecendo assim ambientes de TI mais rápidos, proteção de dados mais acessível e melhor segurança. Da mesma forma, as Intel SHA Extensions forneceram um conjunto de instruções voltado para a aceleração do Secure Hash Algorithm (SHA), um algoritmo de hashing criptográfico muito empregado para autenticação de mensagens, assinaturas digitais e proteção da integridade de dados.
Melhorias de segurança: A Intel inventou a Intel Memory Protection Extensions (MPE) para endurecer o software contra-ataques maliciosos projetados para causar ou explorar saturações do buffer. Outras melhorias de segurança para a ISA x86 incluem as Intel Safer Mode Extensions (SMX), projetadas para fornecerem um lançamento calculado e controlado do software do sistema que estabelecerá um ambiente protegido para si mesmo e qualquer software adicional que elas possam executar. A mais recente melhoria de segurança, as Intel® Software Guard Extensions (SGX), fornecem uma maneira para proteger alguns códigos e dados de publicação ou modificação por meio do uso de áreas protegidas da execução na memória.
Memória de alto desempenho: Mais recentemente, a Intel apresentou as suas melhorias patenteadas da ISA para habilitar a tecnologia Intel® Optane™, com a 3D XPoint™, uma revolucionária solução de memória que reduz a latência e acelera os sistemas para cargas de trabalho que exijam alta capacidade e armazenamento rápido.
Assim, à medida que a ISA x86 proprietária da Intel se aproxima de seu 40º aniversário, a Intel acelera de forma implacável, avançando a cada geração, aplicando disciplina e imaginação para conquistar o impossível.
Protegendo a inovação ISA x86
A Intel investe enormes recursos para avançar a sua dinâmica ISA x86 e, por isso, a Intel deve proteger esses investimentos com um forte portfólio de patentes e outros direitos de propriedade intelectual. O gráfico a seguir demonstra que a inovação implacável dos conjuntos de instruções é traduzida em um portfólio de patentes mais profundo e dinâmico com mais de 1600 patentes em todo o mundo referentes a implantações de conjuntos de instruções.
A Intel protege cuidadosamente suas inovações x86 e não licenciamos amplamente outros para que as usem. Ao longo dos últimos 30 anos, a Intel reforçou atentamente os seus direitos de propriedade intelectual contra infrações por microprocessadores de terceiros. Um dos primeiros exemplos foi o reforço pela Intel da sua patente seminal “Crawford ‘338”. Nos primeiros dias de nossos negócios de microprocessadores, a Intel precisava reforçar seus direitos de patentes contra várias empresas, incluindo United Microelectronics Corporation, Advanced Micro Devices, Cyrix Corporation, Chips and Technologies, Via Technologies, e mais recentemente a Transmeta Corporation. Ações de reforço têm sido desnecessárias nos últimos anos já que as outras empresas têm respeitado os direitos de propriedade intelectual da Intel.
No entanto, temos escutado relatos de que algumas empresas podem tentar emular a ISA x86 proprietária da Intel sem a autorização da Intel. A Emulação não é uma tecnologia nova e a Transmeta foi notavelmente a última empresa a alegar ter produzido um processador compatível com a x86 usando técnicas de emulação (“morfologia de código”). A Intel reforçou patentes relacionadas às melhorias no conjunto de instruções SIMD contra a implantação da x86 da Transmeta mesmo que ela tenha usado a emulação. De qualquer forma, a Transmeta não foi bem sucedida comercialmente e deixou o negócio de microprocessadores há 10 anos.
Apenas o tempo dirá se novas tentativas de emular a ISA x86 da Intel terão um destino diferente. A Intel dá as boas vindas à concorrência leal e estamos confiantes de que os microprocessadores da Intel, que foram especificamente otimizados para implantar a ISA x86 da Intel por quase quatro décadas, fornecerão experiências incríveis, consistência entre diferentes aplicativos, e uma amplitude total de ofertas para consumidores, capacidade de gerenciamento total e integração da TI para a empresa. No entanto, não acolhemos a violação ilegal de nossas patentes e esperamos que outras empresas continuem a respeitar os direitos de propriedade intelectual da Intel. Fortes proteções de propriedade intelectual permitem que a Intel continue a investir os enormes recursos necessários para avançar a ISA x86 dinâmica da Intel e a Intel continuará sua vigilância para proteger suas inovações e investimentos.
Steven Rodgers é vice-presidente executivo e conselheiro geral da Intel Corporation. Richard A. Uhlig é Intel Fellow da Intel Labs e diretor de Pesquisa de Sistemas e Software.
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