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來源：騰訊科技 蘋果新一代iPhone今天將在全球10個國家和地區上市銷售。在iPhone 5s所采用的A7處理器則是第一款應用在智能手機上的64位系統芯片。 手機處理器芯片正在越來越成為一個高性能中心，提供超級動力并盡全力控制功耗。除非拆機，否則你看不見它，但它的影響無處不在…… 除了跑分、四核、1.5Ghz這些表面數字之外，你還想多了解一些關于手機芯片的故事嗎——為什么ARM占據了這個市場90%的設計份額？為什么高通的芯片很貴依然是市場第一？ 好吧，開始講故事了。當然，它更像是一場戰爭。 序曲：這個江湖其實是有秩序的 接下來會登場的角色有很多，智能手機芯片領域的各方勢力，也是有江湖座次的。 和笑傲江湖里的故事設定不同，芯片領域，越靠近底層的地位反而越高（但不一定最賺錢）。從直觀很容易理解，手機芯片的最基本應該是一個實體的小方塊。小方塊里面，藏著人類最閃亮的智慧結晶。 要讓小方塊執行任務，需要用一種它可以聽得懂的語言，那就是指令集。小方塊就聽它的，所以，它最牛。 但故事里最牛的一般會有兩個，否則江湖的巔峰就太寂寞。指令集也分裂出兩大陣營，復雜的（CISC）和精簡的（RISC）。這部分似乎有些深奧了，因為出現了英文縮寫。其實不必理會它，我們繼續用感性的方式去理解——復雜的那個是復雜的，精簡的那個是精簡的。 關于復雜指令集與精簡指令集的競爭歷史可以單獨寫一本書，我們這里略過很多和今天無關的內容，簡單的做個總結式介紹，復雜指令集今天的代表是Intel的x86系統，因為復雜，所以可以做很多高級的命令，但執行的效率偏低，且不易控制功耗；精簡指令集則剛好相反，它盡量控制指令的種類數量，排除那些使用率較低的指令，甚至固定了指令的長度，因此效率高，功耗低。但在處理長指令時需要進行分割。它的代表便是ARM。 復雜指令集更多應用在PC、服務器上，這是Intel的主戰場；精簡指令集更多在手機等微型系統里，這是ARM的天下。當然，發展到今天，兩大陣營也在互相學習，不斷演進。 所以，ARM是最接近智能手機里那個小方塊的人，它是盟主，Intel、MIPS等則虎視眈眈盯著這個位置。 陣營：授權帶來的盟主之路 在指令集的上面，就是架構了。它就像是一張設計圖紙，告訴工程隊如何建造一個叫做手機處理器的大樓。ARM基本上，就是個畫圖的。 但三百六十行，行行出狀元。畫圖畫到極致，那也是天下無敵的。ARM憑借在精簡指令集陣營里不斷的努力，最終成為了低功耗，高效率處理器市場的設計大師。據最新的市場估算，智能手機里采用ARM架構的處理器比例可能達到90%。 更可怕的是，在智能手機芯片之外，ARM還為數以億計的游戲機、家電、甚至銀行卡、手機卡、公交卡提供芯片設計方案。2011年，ARM的客戶實現了79億處理器出貨量，占有95％的智能手機，90％的硬盤驅動器，40％的數字電視和機頂盒，15％的單片機，和20％的移動電腦市場。而2012年，采用ARM架構授權的芯片總體出貨量數據達到了87億顆。 有一點需要格外注意：ARM只是設計了處理器，并不自己生產。所以，它在智能手機市場90%的占有率，都是通過高通、蘋果、三星和聯發科等芯片解決方案商來實現的。ARM采用知識產權授權的形式，把自己每一代的芯片設計提供給合作伙伴，大家根據各自的需求進行二次開發，最終成為上市商用的產品。 ARM在產業里有著一種很超然的地位，但它自己卻賺的不多。2012年，ARM總收入為9.13億美元，遠低于它的那些小伙伴，甚至比不上高通一個月的收入。 但ARM依然是整個產業里最重要的一個。通過授權，它控制了智能手機芯片設計的這一源頭市場和專利技術。針對不同客戶，ARM還非常貼心地推出了各種授權套餐服務。 據統計，ARM目前共擁有300多家客戶近千份可帶來收入的有效授權，基于這些授權的處理器已經累計出貨300多億顆。 說到這里，我們要把ARM的故事暫時放一放，因為另一個主角有點等不及要出場了。 對手：Intel的戰場與后花園 Intel在PC和服務器市場風光無限，ARM在移動設備領域獨霸江湖，其實都是各自選擇的結果。早年在PC市場的廝殺中，Intel憑借強大的處理器性能和產品迭代速度優勢，將采用精簡指令集的對手打得落花流水，最終奠定了X86復雜指令集的統治地位。甚至在后來，人們逐漸意識到復雜指令集的各種問題，也只能呼吁Intel的優化，而再沒有改弦易轍的可能。 精簡指令集在PC和服務器端的第一次戰役失敗了。在那個年代，精簡指令集處理器連Intel的車尾燈都看不到，只能望著對方絕塵而去。 但是在移動端，局面剛好反過來。Intel基于復雜指令集的處理器一直解決不好功耗的問題，在大設備上這沒什么，但放到小小的移動設備商，這一點就是致命的——你不可能給9毫米厚的手機里按一個九州風神或是酷冷至尊的風扇。 精簡指令集陣營終于翻身了，一路隨著移動互聯網的浪潮，再度登上了最閃耀的舞臺。 但Intel并沒有放棄治療。當這位芯片產業巨頭卷土重來的時候，沒有再去和ARM勾搭什么精簡指令（曾經的XScale也被賣掉了），而是毅然地基于復雜的X86推出了Atom移動處理器，再次向ARM陣營發起挑戰。 但指令集這么基礎的東西，不是你想換就能換的。以安卓APP為例，其中一部分基于統一平臺開發，它們遷移到X86相對容易；另一部分對執行效率要求高的應用，通常直接針對ARM精簡指令集的底層系統開發優化，如果要切換到Intel的X86，需要做很多修改。 據統計，當前的安卓應用中，有25％是屬于針對ARM做特別優化開發的。雖然Intel在Atom架構里內置了一個可以將ARM應用轉化為X86的功能組件，但犧牲的依然是效率。 Intel一定會繼續推動和鼓勵開發者轉向X86平臺，以此來侵占ARM陣營的市場。但另一個壞消息是，經歷過第一次戰役，精簡指令集陣營對PC和服務器市場明顯不甘心，ARM已經將產品延伸到這兩個領域，開始侵襲Intel的后花園了。 ARM的對手還有一個榮光不再的MIPS，在被Imagination收購后，MIPS似乎重新提振了信心，Imagination CEO在一次采訪中宣布，MIPS在未來五年內，將拿下芯片設計領域25％的市場份額。 伙伴：高通、蘋果、三星們的博弈 Strategy Analytics發布的報告顯示，2012年全球智能手機芯片市場中，高通以43%份額位居第一，之后是蘋果的16%和三星的11%，聯發科排行第四。 他們都是ARM的客戶和伙伴。ARM提供基于精簡指令集的標準芯片架構設計，然后高通、蘋果、三星這群小伙伴會對著原始版進行修改。 于是，你看到了各種不同的新鮮玩意。高通的驍龍，蘋果的A7，三星的Exynos，聯發科的MT系列，Nv的Tegra……每個修改后都個性鮮明，但又不會離ARM劃定的范圍太遠。 實際上，廠商的能力越強，對ARM原始設計的修改就會越深入，出來的產品也會更加有競爭力。 高通在這一塊走的比較遠，由于自身擁有通信DSP等大量專利，它基于Krait架構的驍龍系列，已經有很深的自我定制影子。高通芯片的一個特點就是穩定，第二個特點就是貴。但由于掌握了CDMA等3G和4G的標準專利，即便手機廠商選擇了其他公司的芯片，也還是要在通信模塊上給高通交一份錢——這被業內形象的成為“高通稅”，征“稅”對象幾乎涵蓋所有的3G手機廠商，不管你用的是哪家芯片——除非你將手機取消通話功能。 隨著競爭對手（尤其是聯發科）的崛起和高通自己在4G專利數量和授權價格等方面的不利因素，未來，高通的日子可能不會像今天這么舒服了。 蘋果的修改也挺狠。ARM在服務器領域推出了v8架構的64位處理器方案，尚未完全成熟地實踐到移動端，蘋果就自力更生地改出來一個A7。而三星在48小時內就宣布自己的64位也快搞好了。 蘋果處理器的一個特點是高效，得益于自己的軟硬件一體化，它的雙核常常比別人的四核還流暢。第二個特點就是GPU（圖形處理器），別看蘋果升級CPU扭扭捏捏，在GPU路線上卻一直不吝投入，iPhone系列和iPad系列中，蘋果芯片的GPU通常都是同時代其他產品的超越目標。 三星是芯片陣營里相對特別的，它即自產自銷，憑借強大的手機出貨量占據了芯片市場的第三位置，同時也幫蘋果做過一系列的芯片，直到最近才傳出蘋果可能轉向與臺積電合作的消息。在經歷了真假八核的爭論后，三星宣布將于第四季度推出Exynos 5真八核版本，還將推出64位處理器。 三星在芯片戰爭中有著自己獨特的優勢，三星智能手機的強大出貨量可以基本保障它在芯片更新中的研發成本分攤，而不至于在芯片設計創新上畏首畏尾。 還有聯發科。在中低端市場，聯發科有著很強的號召力。其針對山寨手機開創的一站式“交鑰匙”服務，至今仍被視作中國山寨手機橫行世界的幕后功臣。 隨著在4G通信和四核甚至八核的研究積累，聯發科會在接下來對高通形成不小的挑戰。蘋果和三星的手機芯片客戶基本上就是自己，高通和聯發科才是市場重合的冤家對手。 尾聲：我是小方塊，這是我的故事 小方塊身邊依然是ARM的天下。 ARM與Intel、MIPS的芯片設計之爭，高通、蘋果、三星、聯發科、Nv、Intel的芯片解決方案之爭，最后才是各大手機廠商的產品之爭。 ARM很超然，Intel很孤單。江湖里大家一會是小伙伴，一會又成了新對手。 |
