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龙虎逗:ARM的时代 X86能否延续PC传奇,fabless

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随着智能手机的不断发展与硬件“军备竞赛”日渐激烈,原本躲在幕后的手机处理器也开始不断聚焦在镁光灯下,像高通、英伟达、德州仪器、三星等芯片厂商逐渐被大家所熟知,他们不断地发出各种声音,高调的宣传、造势,风头甚至盖过了手机厂商,一时间,各种处理器几乎成了手机领域的主角。

当人们还在为英伟达率先推出的A9架构四核芯片性能更强,还是高通最新研发的“Krait”架构双核芯片性能更强的问题喋喋不休时,Intel带着自己的X86架构气势汹汹的闯了进来。这给本来就混乱的芯片市场带来了更大的震动。Intel这个芯片领域的霸主绝对是个野心勃勃的家伙。它的矛头并非指向高通、也不是英伟达,而是全部。

Intel这个庞然大物,无论走到哪里都是无法被忽视的,受到威胁的手机芯片厂商开始按捺不住,于是,隐藏在更深层的幕后操控者开始浮出水面,它就是ARM。人们才发现,原来ARM才是整个移动芯片领域的主宰,无论是高通还是英伟达,抑或三星、苹果等,实际上都是ARM联盟的成员之一。ARM已经占据了智能手机芯片领域95%以上的市场份额,包括平板电脑等,ARM实际上已经完全控制了整个移动芯片领域。

相比强大的Intel,ARM依然微不足道,但是,Intel所面对的对手,实际上是整个ARM联盟,而竞争的核心则是X86架构和ARM架构之间的竞争。在移动芯片市场,ARM掌握着绝对的话语权,它绝不允许任何异己插足,哪怕是不可一世的Intel。Intel要想战胜ARM也绝非易事,后来的事实也证明,Intel进入移动市场,受到了极大的阻力。

Intel绝不是一个容易放弃的家伙,而ARM也绝不会坐以待毙。两者之间的战争不可避免,而这,也将是处理器芯片市场未来3到5年的主旋律,最终无论是谁胜出,都将影响处理器领域未来10年的格局。

在手机中国编辑部,意见也产生了分歧,以CNMO徐小磊为代表的一派坚决拥护Intel,而以腾少为代表的一派则认为ARM将会最终击败Intel,保持移动芯片的统治地位。双方的口角从未停止过,今天,双方的矛盾再度升级,看来,必须要有一场唇枪舌战的辩论,才能化解双方的矛盾。本次辩论我们也请来了手机中国编辑部的老大小虫inter作为裁判,主持这次辩论。舌战一触即发,你将支持哪一派?期待您的共同参与。

小虫inter为了大家对Intel和ARM两家公司有更深入的了解,在辩论之前,我先讲述一下Intel和ARM的历史,以及他们的恩怨纠葛。

早在上个世纪八九十年代就曾经有人预言,属于ARM的新帝国与Intel领导的PC帝国之间,迟早必有一战,而这个预言也在今日得到应验。

ARM与Intel的恩怨纠葛由来已久,自上个世纪80年代ARM公司成立以来,向前迈出的每一步,都伴随着Intel的身影。与Intel这样强大的对手处于同一时代,既是不幸,也是万幸。在移动互联网的大潮到来之前,ARM始终生活在Intel的阴影之下,在夹缝中寻求生存机会,同时,也由于Intel有意无意的推动与威胁,强迫ARM不断的向前发展,最终成就了ARM一方霸主的地位。

ARM公司成立

ARM公司于1978年成立于剑桥大学,最初研发了基于MOS Technology 6502处理器的BBC Micro处理器系统,这颗处理器在上世纪80年代至90年代,曾主宰了英国的教育市场,但这并没有给ARM带来可观的收益,更可怕的是,此时ARM迎来了一生的对手——Intel,在强大的Intel面前,弱小的ARM别无选择,只能妥协。ARM希望与Intel合作,并向Intel申请286处理器样片,但不幸的是,遭到了Intel无情地拒绝。

没有退路的ARM不得不考虑研制一颗属于自己的处理器。由于采用X86架构的Intel处理器过于强势,ARM无法正面回击。而X86采用的是CISC(复杂指令集),强调高性能,因此,为了避开与Intel的竞争,ARM重新定义了自己的设计理念:低成本、低功耗、高效率,也因此选择了RISC(精简指令集)。

严格来讲,这样的设计理念与当时的市场潮流并不吻合,但ARM别无选择。而凑巧的是,若干年后的今天,这个理念与智能手机的需求不谋而合。也因此成就了ARM的神话。

ARM1问世

1983年10月,ARM开启研发计划,直到1985年4月26日,第一个ARM处理器架构——ARM1问世。但是由于ARM1的结构过于简单,当时并没有引起人们的注意,而同年10月17日Intel发布的386处理器几乎吸引了所有人的目光。这也注定了ARM1的无所作为。

由于财务状况遭遇危机,1985年2月,不得不将49.3%的股份出售给当时的IT巨头Olivetti, 但是Olivetti的庇护没有给ARM带来机遇。Olivetti企图涉足PC领域,挑战在这个领域的霸主Intel。对ARM并不重视,仅仅将ARM处理器用于研发。ARM的状况变得更加糟糕,看不到希望的ARM最终决定独立。

ARM与Apple合作

1990年11月,ARM与Apple和VLSI共同出资创建了新的ARM,并把公司名称由“Acorn RISC Machine”更名为“Advanced RISC Machine”。Apple投入3百万美金拥有了ARM公司43%的股份,主要用于苹果当时正在研发的Newton项目,这个项目的终极目标就是生产世界上第一台平板电脑,显而易见,由于理念过于超前,这个项目最终夭折。(十几年后,乔布斯再次推出iPad,席卷了全球。)

1998年,ARM公司在英国和美国同时上市,但是由于Newton项目被乔布斯取消,ARM失去了利用价值,Apple逐渐卖出了所持ARM的股份。然而今天,Apple即使准备付出100倍的代价,也无法购回这些股份。

在此期间,ARM还迎来了另一个转机,1993年,Cirrus Logic和德州仪器公司TI(Texas Instruments)先后加入ARM阵营。并开始与诺基亚进行合作。此后,诺基亚的巨大成功,使得ARM逐渐摆脱了财务危机,业务不断扩大。至1993年底,ARM已有50个员工,销售额达到10M英镑。

同年,ARM迎来了公司成立以来最重要的一颗处理器内核——ARM7,这颗内核引起了当时的处理器巨头DEC的关注,DEC获得了ARM架构的完整授权,并于1995年开始研发基于ARM指令集的StrongARM内核,并且得到了业界的广泛认可。StrongARM的成功也使得ARM开始被业界关注。

XScale诞生与死亡

不过由于DEC技术与商业的严重背离,在与Intel的竞争中很快败下阵来,直到1998年,DEC逐渐变卖了自己的全部资产,而Intel从DEC手中获得了StrongARM与ARM架构的完整授权,这也使得Intel与ARM第一次走到了一起。

StrongARM的注入使Intel的处理器迈入新的时代,Intel具备了向所有RISC处理器同时宣战的能力,最终一统PC和服务器领域。被Intel收购后,StrongARM拥有了一个新名字——XScale,加上Intel强大的生态系统,XScale强势进军嵌入式领域。

从1998年到2006年期间,XScale处理器席卷了整个嵌入式领域。甚至将当时的王者摩托罗拉半导体打的一蹶不振。Intel的处理器技术极大地促进了ARM内核的发展,对ARM今后的成功起到了重大的推动作用。

虽然XScale架构取得了巨大的成功,但是并没有使Intel盈利,Intel用长达八年的时间发现了一个事实,ARM的廉价授权策略并不能使处理器厂商获利,而最终获利者仅仅是ARM自身而已。更糟糕的是,Intel迎来了一个可怕的对手——AMD。AMD的异军突起使Intel的财务状况出现了严重的问题。

2006年,财报表现不佳的Intel开始了有史以来最大规模的裁员。并且做出了一个重大决定,将并不盈利的XScale处理器出售给马维尔(Marvell)。可悲的是,当时的马维尔并不需要XScale处理器,看重的仅仅是ARM指令集的完整授权。之后马维尔很快推出了自家的基于ARM指令集的处理器,XScale架构的命运终于走到了尽头。

此后,Intel全力对抗AMD,几年之后终于将AMD彻底击败。但是回头时却发现,ARM已经迅速发展壮大,并且控制了整个嵌入式处理器领域。这个不经意间培养的对手,让当下的Intel遭遇了空前的窘境。PC市场已经开始下滑,Intel必须找到新的增长点,才能保证其在移动互联网的大潮之下不被吞没,智能手机就是最好的切入点。决心重返嵌入式处理器领域的Intel与ARM联盟之间的战争由此拉开序幕。

小虫inter说到底,Intel与ARM之间的竞争还是架构之间的竞争,更深入点讲,应该是CISC(复杂指令集)与RISC(精简指令集)两个标准之间的竞争。两位认为哪一种架构在移动芯片领域更有优势?

腾少自然是ARM架构更有优势。X86架构讲究的是“重性能,轻功耗”。不得不承认,在过去的几十年时间里,X86顺应了PC时代的潮流,因此取得了巨大的成功。然而今天,移动互联的时代已经到来,智能手机以及平板电脑等移动上网设备成为了时代的主宰。移动设备讲究的是“高效率,低功耗”,与X86的理念背道而驰,这也是X86进军移动芯片领域屡屡受阻的根本原因。

再说ARM,自1978年成立以来,在过去将近30年的时间里,ARM的发展步履维艰,但是仍然在艰苦的环境中生存了下来。在经历了将近30年的寒冬之后,终于迎来温暖的春天。ARM成立之初制定的“低成本、低功耗、高效率”的产品理念与当今智能手机的需求不谋而合。时势造英雄,ARM的成功顺应了时代的潮流,X86已经是强弩之末,想要入侵移动芯片领域,简直是逆天而为。

CNMO徐小磊逆天而为?这种话你也说的出口?历史剧看多了吧?现实生活中根本就不存在天命所归,往往事在人为。架构是死的,工程师是活的。Intel在技术以及工艺方面的优势是有目共睹的,Intel可以通过强大的技术手段以及先进的工艺对X86处理器进行优化,从而降低功耗,提升性能。

另外,Intel之所以在移动端依然沿用X86架构,是因为X86架构支持向前兼容,将来必有一天,智能手机与平板电脑以及PC之间将会全面打通,此时,Intel多年积累起来的软件生态系统将会发挥巨大的作用,到时候,恐怕ARM只能坐以待毙了吧!

腾少不要误导人,通过技术和工艺确实可以在一定程度上降低处理器的功耗,但是X86的底层结构是无法改变的。众所周知,X86采用的是CISC(复杂指令集),CISC的每一条指令不仅冗长,而且不等长,需要指令译码器对每条指令的起止位置进行判断,然后才能够执行。这个过程不仅使处理效率大大降低,而且使功耗也明显增高。这一点就是CISC最大的弊端。

恰恰相反,ARM采用的是RISC(精简指令集),RISC最大的特点就是指令简短,而且等长。等长指令的好处就是无需对指令的起止位置进行判断,从而大大提高执行效率,也极大的减少了功耗。

RISC顺应移动芯片的需求,而CISC背离移动芯片的需求。孰优孰劣,一看便知。

CNMO徐小磊你说的没错,在功耗和效率方面,RISC确实有着先天的优势,但同时这也是RISC最大的劣势。我们可以尝试用发展的眼光看问题。目前手机的智能化程度还远远不够。基于RISC的ARM处理器应对娱乐和日常应用绰绰有余,但是这仅仅作为内容的消耗设备。一旦涉及到程序开发等内容产出的任务,ARM处理器过于简单的指令集就无能为力了。

智能手机、平板电脑与PC的融合是大势所趋,智能手机或者平板电脑连上显示屏以及其他外设,便可以代替电脑的设想,单靠基于RISC的ARM处理器是很难实现的。RISC的极简主义也注定了ARM处理器的局限性。未来必然属于Intel,这一点毫无疑问。

小虫inter两位说的都有道理,关于CISC与RISC哪个更好的争论自始至终就没有停止过。就目前来讲,在移动芯片领域,基于RISC的ARM更具优势。而从长远来考虑,二者的特点也并非绝对,基于CISC的X86架构会不断简化,而ARM则会不断地增强,未来的发展,是两者不断同化的过程。

小虫inter性能是衡量处理器的关键因素,你们认为两种架构的处理器,在性能方面谁更具有优势呢?

CNMO徐小磊Intel在PC领域称霸多年,性能自然是X86处理器的优势,Intel最新推出的Clover Trail+处理器升级为双核,主频最高达到2GHz,而且支持Intel的多线程技术,相较于上一代单核Medfield平台,运算性能提高两倍、图形运算性能提高三倍。在CES 2013展会上,搭载Intel Z2580双核处理器的联想K900安兔兔跑分轻松超过27000分,令ARM平台最强四核处理器都望尘莫及。

腾少别提跑分了,手机的跑分软件就是从PC延续下来的,Intel在PC领域这么多年,深谙跑分之道,针对跑分软件优化之类的事情更是信手拈来。即使Intel的处理器真的很强,也对ARM处理器造成不了任何威胁。

就性能而言,ARM处理器已经足够用,甚至已经严重过剩了,而且最新的A15架构处理器也即将面世,性能会更加强大。所以性能并不是问题,问题是性能功耗比。

提高能耗比一直是ARM以及整个联盟一直在追求的目标,并且获得了显著的成效。这也意味着,能够帮助智能手机用有限的电池容量带来更长的续航时间。而Intel处理器虽然性能很强,但是能耗比却是Intel处理器的软肋。没有人会为了过剩的性能而选择一款经常断电的手机。

CNMO徐小磊你说的也过于绝对了吧?X86处理器虽然在功耗方面不占优势,但是Intel在设计用于移动设备的Atom处理器之前就已经考虑到了这个问题,并且对X86整体架构进行了优化,功耗大大降低。

Intel最新的Clover Trail+处理器支持Intel的多线程技术,不仅有效的提高了工作效率,而且降低了功耗。另外,Intel处理器支持Burst Performance技术,这一技术的核心就是动态调整处理器的核心频率,处理器可根据需求,在零功耗待机模式、低频模式(LFM)、高频模式(HFM)和最大频率之间智能调整。做到按需提供性能, 从而将功耗降至最低。

也就是说,虽然Intel Z2580处理器主频高达2GHz,但是处理器并非一直处于2GHz的工作状态。而是根据处理任务的复杂程度进行动态调整,所以不必担心过高的主频带来的功耗问题。

小虫inter毕竟ARM在移动芯片领域深耕了这么多年,再加上高通、英伟达等芯片厂商多年的技术积累,所以不得不说,ARM处理器在能耗比方面确实有着一定的优势。而X86处理器由于底层架构更为复杂,在控制功耗方面势必要付出更多的努力。但是对于强大的Intel来说,通过技术手段以及先进的制造工艺,一定能够弥补这一缺陷。

小虫interIntel拥有全世界最先进的生产工艺,这一点是毋庸置疑的,也是其他芯片厂商无法比拟的,对于生产工艺,你们有什么看法?

CNMO徐小磊关于生产工艺,Intel绝对是当之无愧的老大。Intel制定的Tick-Tock计划保证了Intel的生产工艺每年都有成倍的提升,并且始终遥遥领先其他竞争对手。按照Tick-Tock计划的发展路径,2012年Intel给我们带来22nm的处理器,2013年-2014年之间,16nm的芯片将会面世,而2015年,Intel的生产工艺将会达到11nm级别。这一点是其他任何芯片厂商都望尘莫及的。

 

腾少不得不承认,Intel的生产工艺确实很先进,但是先进的工艺没有应用到产品上又有什么用?CES 2013展会上最新发布的Clover Trail+处理器也不过才是32nm级,而采用28nm级的高通S4处理器早就已经量产。事实证明,ARM的处理器工艺更加先进。

 

CNMO徐小磊28nm工艺就一定比32nm工艺先进吗?我来给你普及一下知识吧。芯片厂商分两种类型,一种是以Intel和三星为代表的Fab模式,他们有自己的生产工厂,生产工艺主要服务于自己的产品,所以对工艺并不是特别强调,够用就好。他们的工艺发展路径为65nm-45nm-32nm-22nm-16nm-11nm.被称为全代工艺。

另一种是以高通、英伟达等为代表的Fabless模式,他们没有自己的生产工厂,生产工艺要依赖于台积电等芯片代工厂,而这些第三方代工厂需要通过宣传自己先进的工艺来提升自己的竞争力,所以从40nm开始,每一代的生产工艺都要提高一点。他们的工艺发展路径为65nm-40nm-28nm-20nm-14nm,被称为半代工艺。

从两种厂商的工艺发展路径来看,28nm实际上是和32nm处于同一级别的,并不会有实质的影响。所以,ARM处理器比Intel处理器工艺先进的说法更是无稽之谈。

 

腾少就算他们属于同一级别,但是也并没有体现出Intel的工艺优势啊,采用20nm 的ARM处理器很快就会面世,而Intel的下一代处理器还要等到2014年才能推出,这无疑又落后了一步。

退一步讲,即使Intel推出了22nm工艺的处理器,也无法应用到手机芯片上。开辟一条生产线耗资是巨大的,必须有足够的出货量才能得以保障,而到目前为止,支持Intel处理器的终端产品不过才十款,出货量更是少得可怜。相信Intel也无法在短期内对手机出货量有质的提升。在前不久在对英特尔移动通信事业部中国区总经理陈荣坤的专访中,就有媒体问到Intel的出货量计划的问题。但是陈荣坤回避了这个问题,可见,Intel自己对2013年的出货量都缺乏信心。

 

CNMO徐小磊关于智能手机出货量,Intel确实很难短期内迅速提高,但是Intel有长期的计划。在智能手机领域,ARM几乎形成了垄断,Intel想要正面迎敌非常困难,但是平板电脑市场还尚未成熟,这正是ARM的软肋,也可以作为Intel进军移动芯片领域的突破口。从Intel倡导超级本的概念开始,就已经瞄准了这一点。

超级本只不过是一个过渡产品,它的新的形态是可以自由拆卸键盘的变形本,而最终的目标是平板电脑,只要占据了平板电脑市场这块高地,再向智能手机渗透就是顺理成章的事了。当然,智能手机这边也不会放松,双管齐下,前后夹击,Intel占领移动芯片市场是迟早的事。

小虫interIntel的技术和工艺确实无人能及,但是问题就在于出货量,如果没有足够的出货量作保障,Intel是无法开辟一条新的生产线的,先进的工艺也无法应用到手机芯片当中,Intel的当务之急是尽快增加自己的产品数量以及出货量。

小虫inter上文中我们已经提到,Intel支持Fab模式,有自己的工厂,而ARM是靠专利授权盈利,本身并不生产芯片,属于Fabless模式,而ARM阵营中,也仅有三星自己生产芯片,其它芯片厂商只能依靠第三方代工厂。你们认为哪种模式更具有优势?

 

CNMO徐小磊自然是Fab模式更有优势,Intel拥有世界上最先进的工厂以及晶圆厂,并且始终坚持“in-house-design”的思路,一个芯片从设计到生产的每一个环节都在Intel公司内部完成,Intel可以对一颗芯片的所有环节进行严格的把控,把整条产业链以及产能劳劳的控制在自己手里。

而ARM阵营中,像高通、英伟达这类芯片设计公司,只能依靠台积电等第三方代工厂,无论是工艺还是产能都要受到代工厂的钳制。去年由于台积电28纳米工艺尚不成熟,导致了高通的APQ8064处理器产能出现了严重问题,对手机终端厂商造成了严重的损失,这样的问题并非偶然,以后也很难避免。

 

腾少我不同意你的观点,建立并运营一个晶圆厂需要耗费巨大的资金,这对于芯片设计公司是得不偿失的,他们可以节省这大笔的资金更多的投入到设计研发上,更有利于设计出更加先进的芯片。而生产加工交由专门的生产商,大家各司其职,协调共进,在各自的领域中发挥出最大的优势,更有利于整体的发展。

 

CNMO徐小磊不管怎么说,Intel的实力毋庸置疑,从以往的经历可以看到,凡是与Intel为敌的公司,不论是不可一世的DEC还是IBM,亦或是摩托罗拉和AMD,最后都以惨败告终。Intel对于移动芯片领域野心勃勃,绝对不会轻易认输。可以肯定的是,ARM摊上大事了。另外,如果不是当初Intel通过XScale处理器把ARM架构发扬光大,恐怕ARM早就在10年前死掉了。

 

腾少ARM从过去30年的艰苦环境中都艰难的生存了下来,可见其生命力如此顽强,现在已然成为一方霸主,Intel想要挑战也并非易事。

说道XScale,这也是Intel犯的最大的错误,无意间给自己培养了一个强大的对手。其实当初Intel收购StrongARM的时候,就应该亲手把它杀死,继续发展自己的RISC芯片,以当时Intel与ARM实力的巨大悬殊,Intel想要扼杀ARM简直易如反掌。然而事实却恰恰相反,Intel发展了XScale,却最终抛弃了XScale,让ARM得以继续发展。

另一方面,ARM已经渗入到移动芯片领域的各个角落,即使Intel也无法完全摆脱。虽然Intel坚持使用自己的X86架构,但是在总线和外设方面却不得不向ARM妥协。处于功耗的考虑,Intel不得不采用ARM的AMBA总线,Intel自身具有强大的图形处理芯片,却在Atom处理器中不得已使用了PowerVR图形处理芯片。

ARM已经利用AMBA总线控制了整个半导体界。将来即使Intel处理器依赖AMBA外设战胜了ARM内核,Intel处理器仍然会被ARM阵营重新绑架。

 

小虫inter说了这么多,公说公有理,婆说婆有理,到底谁能赢得最后的胜利还为时尚早。但是可以预见的是,短期内,在移动芯片领域,Intel还无法与ARM抗衡,而ARM想遏制Intel的进攻也绝非易事。Intel会不断地争夺ARM的份额,而ARM也会慢慢向PC领域渗透,未来很可能是两种架构并存,有竞争才能促进发展,这也是大家希望看到的。

 

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