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前有AWS与华为,后有微软和苹果,ARM架构为何吃香

[摘要]过去一年间,芯片产业正在经历巨变。
过去一年间,芯片产业正在经历巨变。

无论是在PC互联网时代,还是移动互联网时代,x86架构都曾是PC市场、数据中心领域不可撼动的垄断者。而现在“以英特尔为代表的x86架构厂商受到了‘背叛’。” 一位不愿意透露名字的业内人士这样向中国软件网形容到。

挑战者是芯片产业另一架构——ARM:“苹果发布了搭载ARM架构的M1芯片笔记本,微软也要用ARM架构自研芯片了。这以前可都是x86架构的大客户。”该业内人士说。

尽管在PC互联网时代,ARM架构非常小众化。但随着3G、4G网络兴起,移动互联网时代ARM架构显然迎来了发展,并成为移动互联网时代的新王者。

不仅如此,随着万物互联时代到来。能看到,在移动终端市场称霸的ARM,也正在向PC市场、数据中心领域试探……

01、 RISC与CISC

在谈x86架构与ARM架构之前,我们不妨先来了解下RISC与CISC。这是因为,无论是x86架构还是ARM架构,由其组成的CPU均包含着大量实现各种功能的指令或者微指令。而RISC与CISC,便是这些指令的结合,即指令集。

其中,CISC全称Complex Instruction Set Computers,即复杂指令集计算机。 “早期计算机运算速度慢,为了提升性能,开发者不断在指令系统中添加指令。虽然性能越来越高,但这也使其指令集越来越复杂。”业内人士说。

而在CISC指令集中,由其使用频率也产生了“二八定律”,即20%的简单的指令被反复使用,使用量约占整个程序代码的80%;剩下80%左右的指令很少使用,其使用量约占整个程序代码的20%。

正是这样,RISC诞生了。RISC全称Reduced Instruction Set Computers,即精简指令集计算机。其设计初衷便是通过精简指令系统减少硬件设计的复杂程度,提高指令执行速度。在RISC中,无论简单还是复杂的操作,均由简单指令的程序块完成。

目前,CISC的代表为x86架构,如英特尔、AMD;RISC的代表为ARM架构、IBM Power。

“基于CISC的CPU,包含着丰富的电路单元,因此其面积更大、性能更高,自然功耗也大。”业内人士介绍到,“基于RICS的CPU,其内部电路单元较少,面积也小,功耗自然也低。”

02、 走向PC市场,更运用于云服务

RISC与CISC的不同,基于x86架构的CPU更强调性能,对功耗及续航并不太关注。因此,x86架构主要用于PC和数据中心领域。从互联网时代一直到今天的智能时代,这一架构在PC和数据中心领域都是绝对领导者。这也成就了英特尔、AMD两家芯片巨头。

而ARM架构,由于更注重功耗,对性能要求并不高。因此更多用于移动终端设备,如手机、平板。所以,ARM架构在PC互联网时代并未得到发展。这也解答了文章开头,为何ARM架构在3G、4G时代伴随着移动互联网时代迎来发展。

“你能看到,无论是高通骁龙、还是华为海思麒麟、三星猎户座,还是苹果的A系列处理器,目前市面上的智能手机处理器,都是基于ARM架构。ARM+Android的‘双A’阵营成为移动互联网时代的最大赢家。” 业内人士总结到。

不仅如此,在“收割”了移动终端市场后,ARM架构正逐渐向PC和数据中心领域进军。 如最广为人知的苹果新款MacBook便搭载了苹果自研的ARM架构处理器M1。苹果透露,搭载M1芯片的MacBook Air系统相比已上市的配备1.2GHz 4核英特尔酷睿i7处理器的MacBook Air系统,其CPU速度提升3.5倍;视频处理速度提升3.9倍;图形处理速度提升7.1倍。

更重要的是,得益于ARM架构在功耗方面的优势,搭载M1芯片的MacBook在提升性能的同时,进一步延长了电池的续航时间。据悉,搭载M1芯片的MacBook,无线上网时间可达17小时。其功耗比相比2012年的MacBook,提升3倍。

在2019年,华为也发布了搭载高通骁龙850处理器的MateBook E,该笔记本也搭载了ARM架构处理器。

除了在PC市场的应用,ARM架构更是运用到了服务器以及云服务中去。如AWS re:Invent 2018大会上,AWS基础设施副总裁Peter DeSantis便首次公开了基于ARM架构的AWS Graviton服务器处理器,并推出了基于Graviton的云实例EC2 A1。

“众所周知的是,云服务对性能的要求极高,能将ARM架构运用于云服务中,这本身便是对ARM架构的肯定。” 业内人士认为。

的确,Peter DeSantis也表示,相比基于英特尔或AMD芯片的云服务,Graviton的运行成本降低45%,并公开提供租赁服务,即用户可以自行选择基于英特尔、AMD或者Graviton处理器提供的服务。

在AWS re:Invent 2019大会上,Graviton迎来了第二代。AWS表示,Graviton2相较x86架构同类产品,计算量提升4倍,性价比提升最高达40%。

华为也在2019年发布了基于ARM架构的鲲鹏920芯片,以及三款搭载鲲鹏920芯片的泰山(TaiShan)ARM服务器。

此外,微软2020年12月份也被爆出,正为自家Azure云服务以及Surface笔记本设备设计基于ARM架构的处理器。

03、 万物互联,ARM架构发展的又一契机

“移动互联网时代,ARM架构几乎收获了市面上所有的移动设备提供商。如今,ARM架构又吸引了云服务商的关注。”业内人士这样总结ARM。

在该业内人士看来,之所以ARM架构逐渐被用于PC和数据中心领域。

一是因为得益于工艺制程、软件优化等原因,基于ARM架构的处理器性能已大幅提升。

二是因为功耗及成本。 “随着数据中心的规模越来越大,其耗电量会愈发引起云服务商的关注,所以会更多尝试低功耗的ARM架构。同时,通过自研芯片替代英特尔或者AMD,云服务商的成本也会降低,进而降低云服务的单价,提升竞争力。”

ARM公开的数据显示,自1991到2017年的26年中,基于ARM架构的芯片出货量超过1000亿颗;从2017年到2020年2月,短短三年间,基于ARM架构的芯片出货量达到600多亿颗,即ARM 2017年到2020年3年的出货量达到此前26年出货量的60%,增速惊人。

这还并不是ARM架构的高峰。面对即将到来的智能时代,无论是业内人士还是中国软件网都认为,ARM架构还将继续扩大其市场。原因在于三方面:

首先是物联网带来的机遇。 伴随着智能时代的到来,物联网将兴起,而移动终端以及嵌入式终端设备是物联网的重要组成部分,这恰是ARM架构最擅长的领域。物联网更多的终端接入量意味着更多基于ARM架构的芯片出货量。

其次是PC及数据中心领域带来的市场。 未来,将会有更多的PC厂商及云服务商推出基于ARM架构的PC设备及云服务。

最后是英伟达+ARM的组合效应。 2020年9月英伟达宣布以400亿美元收购ARM成为业界最大的事件。一个擅长GPU,一个擅长CPU。双方的组合将重塑数据中心市场。

需注意的是,目前英伟达收购ARM一事尚有悬念,包括中国、英国、日本等多个国家反垄断机构将对该笔交易进行评估,并决定是否同意收购。




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