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No próximo domingo, dia 8 de junho, o processador X86 da Intel completa 30 anos. O primeiro modelo de 16 bits, o chip 8086, foi lançado em 1978, iniciando a era da popularização dos chips, um dos maiores sucessos da história da computação.

O “X86″ se refere a um conjunto de instruções de linguagens para a máquina presente em certos processadores da Intel e de algumas outras companhias. Ele define essencialmente as regras de uso e vocabulário para o chip.
Do 8086 passando pelos modelos 80186, 80286, 80386, 80486 e vários modelos Pentium, até os atuais chip de múltiplos núcleos e processadores para aplicações móveis incorporaram, com o tempo, um conjunto crescente de instruções x86, mas cada uma mantendo a compatibilidade com os membros anteriores da família.

Nas três décadas desde a introdução do 8086, a família x86 passou sistematicamente dos desktops para os servidores e de computadores portáteis a supercomputadores. No caminho, a tecnologia abafou uma série de arquiteturas concorrentes. Mesmo alguns fabricantes que pareciam blindados à concorrência, como a Apple com o chip Motorola PowerPCs para a linha Macintosh da Apple, se renderam AP x86, nos últimos anos.

Mas como a arquitetura da Intel conquistou esse domínio no mercado de computação? Veja a seguir algumas respostas:

O começo
O primeiro microprocessador da Intel foi o 4004, de 4 bits, feito para uma calculadora japonesa, em 1971. Ele foi rapidamente substituído pelo modelo 8080, de 8 bits, em 1975. O modelo 8080 foi usando no computador pessoal Altair 8800 PC, que era vendido em um kit, enviado pelo correio. (Bill Gates e Paul Allen fundaram a Microsoft para vender uma versão do Basic para o Altair 8800.)

Fabricante de memórias?
A Intel fabricou seu primeiro microprocessador em 1971, em resposta a um pedido da Busicom, fabricante japonesa de calculadoras. No entanto, em 1968, os fundadores da Intel tinham em mente investir na produção de memórias para semicondutores e tal chip tornou-se o primeiro produto da companhia, em 1969.

Por quase 20 anos, a Intel se concentrou na produção de memórias. Mas em 1984, segundo Albert Yu, vice-presidente sênior aposentado da Intel, a companhia estava sendo espremida pelos fabricantes japoneses – 100% do lucro vinha dos processadores, mas 80% dos gastos com pesquisa e desenvolvimento eram investidos em memórias.

“Nossa estratégia e nosso investimento estavam completamente desalinhados com a realidade”, lembra-se Yu em seu livro “Creating the Digital Future”. No ano seguinte, a Intel relutantemente saiu do mercado de memórias.

Três anos depois, o chip 8086 chegou ao mercado. A seleção da IBM do chip 8088, uma variante do 8086, para fortalecer seu computador pessoal no início da década de 80 deu à arquitetura x86 um momento de destaque e ajudou a torná-la um padrão da indústria que persiste até hoje.

Patrick Gelsinger, engenheiro elétrico, designer de chips e agora vice-presidente executivo da Intel, diz que o ponto crítico da indústria de PCs foi a introdução do chip 80386, de 32 bits, em 1985. Ainda não era óbvio naquela época que o x86 precisava ser atualizado em relação aos 16 bits do modelo anterior, diz ele. “As pessoas diziam ‘O que você quer dizer com 32 bits? Isso é para minicomputadores e mainframes.’ Eles diziam que estávamos sendo extravagantes.”

Ao mesmo tempo, a Compaq Computer anunciava PCs baseados nos chips 386, que eram três vezes mais rápidos do que os modelos usados no IBM PC (chips 80286 de 16 bits).

De acordo com a Intel, a IBM deixou de lado o modelo 386, inicialmente, porque não havia uso para a computação de 32 bits. A big blue também estava desenvolvendo um sistema operacional de 16 bits proprietário, o OS/2.

Lembranças do x86
Tudo mudou com o advento do chip 386, lembra Gelsinger. “Nós mudamos de uma indústria vertical para uma indústria horizontal e isso realmente nos abriu o mundo”.

O chip 386 foi seguido pelo 486, em 1986. Ao notar que não poderia usar números como marcas registradas, a Intel quebrou, a partir dele, a convenção de batizar microprocessadores em 1993, quando nomeou a quinta geração de chips Pentium, no lugar de 586.

Numerosas gerações de chips continuavam com a marca Pentium (Pro, Pentium II e Pentium D, por exemplo), e a Intel, desde então, acrescentou as marcas Celeron, de menor capacidade e Core 2, mais avançado, nas versões seguintes do x86.

Apesar das mudanças de nomes – sem mencionar os aperfeiçoamentos de design que geraram um crescimento extraordinário em velocidade, potência e eficiência – todos esses chips são baseados na série x86, que começou com o 8086 e continua se expandindo até hoje.

Ingredientes de sucesso
Porque o x86 tem sido tão bem-sucedido por tanto tempo, deixando para trás e, em alguns casos, vencendo completamente a arquitetura de microprocessadores com os quais compete?

Para iniciantes, o x86 veio no momento exato. Por volta de 1978, computação resumia-se a migrar de imensos e caros computadores centrais para menores e mais baratos microcomputadores. Isso se seguiu por muitos anos. O desktop foi a próxima fronteira lógica.

Além disso, o x86 demonstrou uma característica que tinha sido prevista em 1985 por Gordon Moore, que acabou se tornando CEO da Intel. Essencialmente, Moore disse que a performance dos microprocessadores seria duplicada a cada dois anos sem aumento no custo. Sua previsão, apelidada mais tarde de ‘Lei de Moore’, provou-se correta, e o x86 tornou-se a espinha dorsal da computação, partindo dos centros de dados para empresas e usuários domésticos.

E o 8086 e seus sucessores continuaram a fortificar o relacionamento entre dois gigantes da indústria de desktops. Bill Gates e Paul Allen tentaram, mas não conseguiram desenvolver a linguagem de programação Basic para o processador Wimpy 8008 em 1972. Porém, eles o transformaram no mais poderoso 8080 que eles fixaram dentro do microcomputador Altair em 1975.

Aquilo marcou o começo de uma parceria real entre Intel e Microsoft que criaria uma gigantesca base de software que continua a dirigir a indústria até hoje. De todos os fatores que conduziram ao sucesso da arquitetura do x86, provavelmente nenhum é tão importante quanto à invenção do software – e não há exemplo melhor para demonstrar esse fato do que o temor do processador RISC.

O risco RISC
No final da década de 80 e início dos 90, uma série ameaça ao x86 surgiu na forma dos processadores RISC (Reduced Instruction Set Computing) como o Sun Sparc, os processadores PowerPC, em máquinas IBM, Apple e Motorola, e os MIPS.

A idéia era que um processador poderia rodar muito mais rápido se trabalhasse com instruções mais simples, com cada instrução executando cada ciclo de clock, no lugar de um ciclo elaborado e múltiplo de instruções usado em chips CISC (Complex Instruction Set Computing) como o x86.

A espiral do software
Na mesma época foi lançado o 800486, quando o então Chief Executive Officer (CEO) da Intel, Andy Grove, desenvolveu uma espécie de conclusão para a Lei de Moore, chamada “espiral de software.” Patrick Gelsinger, chefe da arquitetura 486, explica:

“A idéia da espiral era que apresentaríamos um hardware que fosse mais rápido do que o software existente e então permitiríamos que o software o acompanhasse, sendo que os requerimentos do hardware iriam saltar novamente. E essa espiral é o que realmente tem direcionado a indústria por muitos e muitos anos.”

A espiral ainda funciona hoje com os chips de múltiplos núcleos disponíveis, tendo poucos softwares que realmente podem tirar vantagem deles rodando em múltiplos processadores de uma só vez. Esta é a razão pela qual a Intel está gastando milhões de dólares internamente e em universidades, para desenvolver ferramentas e técnicas de programação paralela.

Mashup
Outro momento decisivo na história do x86 ocorreu em 1995, afirma Todd Mowry, professor de ciência da computação da Universidade Carnegie Mellon e consultor de pesquisas da Intel. Era o lançamento do Pentium Pro, um microprocessador com algumas funções radicalmente inovadoras, como a capacidade de antever uma linha de instruções, adivinhar quais seriam necessárias e então executá-las prontamente. Esta mudança passou a manter o processador ocupado a maior parte do tempo e, combinada a um cachê extremamente rápido no chip, ofereceu saltos em performance para algumas aplicações.

“A coisa era radicalmente diferente”, diz Mowry, “foi quando eles usaram os benefícios do RISC sem modificar o conjunto de instruções. Eles fizeram isso traduzindo as instruções do x86 em micro-operações que são mais parecidas com as instruções do RISC. Então o que você tinha era uma máquina RISC dentro de uma x86, e isso eliminou o atraso de performance.”

Competição interna
A Intel apresentou o chip 8080, de 8 bits, em 1975 e imediatamente o CEO, Gordon Moore começou a se preocupar com o que viria depois. Ele queria que fosse uma arquitetura capaz de sustentar a empresa por décadas.

Muitos funcionários da Intel apoiavam a extensão da arquitetura 8080 para 16 bits, enquanto outros, incluindo Moore, eram favoráveis ao desenvolvimento de uma nova, e mais avançada, arquitetura.

Enquanto engenheiros em Santa Clara, na Califórnia (EUA), se concentravam em avançar na arquitetura x86, Moore contratou engenheiros brilhantes e abriu um laboratório em Portland, no Estado do Oregon, para desenvolver um processador que ficou conhecido como iAPX 432 “micro-mainframe.”

Mas o design era tão avançado – incluindo funções para chips de múltiplos núcleos que não seriam usadas em 25 anos – que o processador tornou-se muito grande e complexo.

Lançado finalmente em 1981 como um processador de 32 bits, o modelo 432 era caro e lento, e não vendeu. Os clientes da época pareciam contentes com os chips de 16 bits 8088 e 80286.

E se o iAPX 432 tivesse sido um sucesso da década de 70? “O x86 não teria sido inventado”, diz o professor da UC Berkeley, David Patterson.

Rumo aos extremos
Hoje, o x86 chegou ao extremo da computação. Em 28 de abril, a Intel anunciou uma parceria com a Cray Inc. para desenvolver novos computadores equipados com chips baseados em x86. (A Cray já usa processadores x86 de 64 bits da linha Opteron da AMD).

E em uma conferência para desenvolvedores em Shangai, em 2 de abril, a Intel anunciou seu menor processador, o Atom baseado em x86. Ele consome menos de 2,5 watts de energia, comparado com um modelo tradicional usado em laptops, cuja média de consumo é de 35 watts. Esta semana, a empresa lançou dois novos chips Atom para ultraportáteis e desktops.

Então, o x86 pode sobreviver por mais 30 anos? Há forças atuando para transformar o design dos microprocessadores, mesmo em curto prazo, mas poucos prevêem o fim do x86. “É difícil ver qualquer razão pela qual outro conjunto de instruções assumiria porque há muitos softwares valiosos que rodam no x86”, observa Mowry, da Carnegie Mellon.