ARM是誰？ ARM，誕生于劍橋，距離劍橋大學(xué)十英里遠(yuǎn)的鄉(xiāng)間。 ARM，成為微軟公開認(rèn)證的英特爾對手。 然而，ARM究竟是誰？ 一、ARM—低調(diào)的隱形超級芯片帝國 ARM從沒生產(chǎn)過一顆芯片，但它卻像是一個隱形芯片帝國。去年全球有61億顆芯片采用ARM架構(gòu)（ARM inside），ARM以市占率28％，成為全球第一大半導(dǎo)體硅知識產(chǎn)權(quán)授權(quán)公司。從手機(jī)到洗衣機(jī)，從汽車到電視，只要使用到芯片，平均全球每四顆芯片，就有一顆來自ARM血統(tǒng)。 從蘋果、三星（Samsung）到宏達(dá)電（HTC）的智能手機(jī)，甚至聯(lián)發(fā)科的山寨機(jī)，都要向ARM進(jìn)貢。全世界每賣出一支智能手機(jī)，里頭就有五至六顆芯片使用ARM專利，平均每支智能手機(jī)，要向ARM繳交大約0.5美元專利費(fèi)。以每支手機(jī)使用五至六顆芯片計算，一顆芯片的專利費(fèi)僅新臺幣兩元多，五元硬幣還有找，數(shù)字小到讓IC設(shè)計公司沒感覺。 它賺的錢雖小，量卻驚人！全球95％手機(jī)，都繳專利費(fèi)給它。從事微處理器硅知識產(chǎn)權(quán)（IP）授權(quán)的ARM，就是各種芯片背后的設(shè)計腦袋，ARM是全球手機(jī)芯片的霸主。 二、不敗的ARM模式，聯(lián)合企業(yè)扳倒英特爾 Intel CEO：ARM模式掙不了錢？ 人們通常存在這樣的潛認(rèn)識：英特爾是PC芯片霸主，而ARM在最近幾年呈現(xiàn)出智能手機(jī)應(yīng)用處理器架構(gòu)的霸主風(fēng)范，但實(shí)際上，英特爾與ARM的競爭由來已久。并且最近這場戰(zhàn)爭急劇升級：英特爾發(fā)布了Moorestown平臺并起軍進(jìn)入智能手機(jī)領(lǐng)域，終于迎來了與ARM的直接交鋒。 英特爾發(fā)布了新版Atom Z6xx處理器，稱可用于智能手機(jī)和平板電腦等設(shè)備，新版Atom能耗低，性能強(qiáng)于ARM處理器。但是業(yè)內(nèi)分析師指出，盡管面向智能手機(jī)市場推出了新版Atom處理器，但成功的可能性不大。英特爾雖然是全球最大處理器廠商，但進(jìn)軍智能手機(jī)市場還是有難度的。首先，傳統(tǒng)的智能手機(jī)廠商已經(jīng)與零部件廠商建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系，不會輕易改變供貨商。其次，Atom處理器基于x86架構(gòu)，該架構(gòu)或只適合平板電腦。相比之下，ARM處理器是智能手機(jī)的首選芯片。 歐德寧同樣批評剝離多個參與方（包括PI許可人、芯片設(shè)計方和晶圓廠）價值創(chuàng)造的業(yè)務(wù)模式不如自家的業(yè)務(wù)模式。“如果你看看英特爾的毛利率，再看看芯片代工廠商的毛利率，如果你正在構(gòu)建基于ARM或是基于MIPS的器件會讓你明白，我們要高得很多。我們通過自己的知識產(chǎn)權(quán)和芯片來創(chuàng)收。對我來講，這是一種更好的價值主張，” 歐德寧進(jìn)一步表示，“在那種［IP授權(quán)］環(huán)境下，很賺錢”。事實(shí)果真如此嗎？ ARM入侵x86老巢，成功才剛剛開始 “雖然對現(xiàn)狀非常滿意，但我們的成功才剛剛開始”。總部位于聚集有全球各地莘莘學(xué)子的大學(xué)城劍橋的英國ARM控股公司創(chuàng)始人之一都德·布朗（Tudor Brown）總裁如是說。 也許有讀者不知道ARM這個企業(yè)，那就請您記住這家公司，這對您絕對不會有壞處。因為，ARM確立了獨(dú)特的商業(yè)模式，作為與美國英特爾公司不相上下的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心企業(yè)，該公司的地位在不斷增強(qiáng)。半導(dǎo)體MPU（超小型運(yùn)算處理裝置）可以說是數(shù)字產(chǎn)品的心臟，而設(shè)計MPU的企業(yè)正是ARM。
雖然該公司2010年的銷售額才不過4億660萬英鎊。但對于美國蘋果、美國谷歌、韓國三星電子、日本索尼以及任天堂等全球著名IT企業(yè)來說，ARM的存在已經(jīng)不可或缺。Gartner Japan的首席分析師山地正恒指出，“由于ARM的MPU耗電量較低，適合用于智能手機(jī)、平板終端以及游戲機(jī)等便攜終端，因此擴(kuò)大了份額”。 “Wintel”的壟斷地位開始瓦解 便攜終端市場是一個快速增長的市場，美國蘋果、谷歌和微軟（MS）在該市場上不斷進(jìn)行著激烈的份額之爭。在勝敗的反復(fù)交替中，唯一不變的就是無論勝者是誰，ARM都不會成為敗者。 ARM的勢頭甚至?xí)淖冮L期以來支配IT產(chǎn)業(yè)的“Wintel”。Wintel一詞取自個人電腦操作系統(tǒng)（OS）“Windows”和提供核心硬件MPU的Intel，這是一個象征著兩公司“親密無間”和在IT市場上寡頭壟斷的詞匯。 但在2011年1月，微軟宣布其新一代OS“Windows8”除英特爾的產(chǎn)品外，還可在ARM的MPU上運(yùn)行。英特爾之所以強(qiáng)大，主要在于其對支持Windows的MPU的技術(shù)壟斷。而現(xiàn)在，有一半的份額被ARM奪走了。 起因是采用ARM公司MPU的iPhone和Android終端開始進(jìn)入微軟曾經(jīng)“獨(dú)霸天下”的個人電腦市場。微軟判斷，要想通過最早估計會在來年上市的Windows8進(jìn)行反擊，就必須與ARM合作。 而ARM計劃以涉足個人電腦業(yè)務(wù)為契機(jī)，進(jìn)軍要求更高性能MPU的服務(wù)器領(lǐng)域。美國調(diào)查公司IDC預(yù)測，采用ARM公司MPU的個人電腦全球份額在2015年之前將擴(kuò)大至13％。 目前，ARM已經(jīng)在幾個方面超過了英特爾。例如，ARM面向智能手機(jī)、平板終端、家電、游戲機(jī)以及汽車等多種用途設(shè)計的半導(dǎo)體每年約供貨61億個。而根據(jù)Gartner的統(tǒng)計，英特爾的供貨量為3億2000萬個左右，其中大部分面向個人電腦和服務(wù)器。營業(yè)利潤率方面，英特爾為32.1％（2011年4～6月期），而ARM為44.5％（2011年4～6月期）。雖然英特爾也開發(fā)出了低耗電量MPU，并面向家電和便攜終端銷售，但ARM的地位目前并沒有受到動搖。 ARM為何能在與英特爾的競爭中取勝呢？ 答案是ARM構(gòu)筑的特殊的商業(yè)模式。 ARM日本法人的社長西島貴史介紹說，“ARM的周圍存在數(shù)十萬億日元的業(yè)務(wù)”。目前被稱為SoC的片上系統(tǒng)，除了MPU外，還在一枚芯片上集成了負(fù)責(zé)存儲器管理和通信等多種功能。ARM就在從事其中的MPU設(shè)計。 面向家電廠商和汽車廠商供貨的SoC是由半導(dǎo)體廠商為其附加MPU以外的各種功能后開發(fā)制造和銷售的。ARM的收入來源是向各廠商收取授權(quán)費(fèi)，以及根據(jù)半導(dǎo)體供貨數(shù)量收取的每個數(shù)日元至10日元不等的專利使用費(fèi)。處于核心位置的ARM雖然很小，但通過將周邊的半導(dǎo)體廠商都裹卷進(jìn)來，產(chǎn)生了巨大的離心力。 另外，從財務(wù)方面可見的特點(diǎn)是，ARM通過不自行生產(chǎn)的“無廠經(jīng)營”方式。這是高收益的原因所在，但如果單就沒有工廠這一點(diǎn)而言，從事半導(dǎo)體設(shè)計和開發(fā)，而把生產(chǎn)委托給代工企業(yè)（受托生產(chǎn)公司）的無廠半導(dǎo)體廠商也是同樣的模式。只不過，ARM從事MPU設(shè)計這一核心業(yè)務(wù)，通過授權(quán)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了更加領(lǐng)先的商業(yè)模式。 如果換一種方式來理解ARM的業(yè)務(wù)，那就是有多達(dá)250家半導(dǎo)體企業(yè)將MPU設(shè)計外包給了ARM。與各公司分別開發(fā)相比，委托給ARM統(tǒng)一開發(fā)會更加節(jié)約成本。 而x86陣營的商業(yè)模式則截然不同。英特爾的x86技術(shù)架構(gòu)對外是近乎封閉的，與另一家擁有小部分x86專利的廠商AMD之間也時有爭訟。在這片領(lǐng)地里，實(shí)行的是一家企業(yè)負(fù)責(zé)從架構(gòu)、設(shè)計、測試到生產(chǎn)的一體化全產(chǎn)業(yè)鏈模式。IBM前董事長郭士納曾撰文指出，微軟和英特爾組成了“Win-Tel”聯(lián)盟，“英特爾公司幾乎控制了PC微處理器領(lǐng)域。而其他所有的公司都圍繞著主導(dǎo)型公司轉(zhuǎn)”。這種商業(yè)模式下的英特爾，控制著行業(yè)的技術(shù)方向和價格趨勢，成長為全球最大的半導(dǎo)體公司，也得以長期保持40%以上的毛利率。可正是這種模式使英特爾得了利益，卻丟了朋友。 ARM與廠商的共謀發(fā)展 配備ARM公司MPU的SoC供貨量在2010年約為61億個，今后會進(jìn)一步增加。如此之大的數(shù)量，僅憑一家公司終歸無法生產(chǎn)，只有將其分散到眾多企業(yè)之間，ARM的業(yè)務(wù)才能順利推進(jìn)。這自然而然地形成了可以稱得上是“ARM經(jīng)濟(jì)圈”的一大網(wǎng)絡(luò)。 ARM的成功還對處于同一經(jīng)濟(jì)圈中的半導(dǎo)體廠商的業(yè)務(wù)產(chǎn)生了巨大影響。 從事個人電腦用圖像處理半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的美國英偉達(dá)，現(xiàn)在還在涉足用于智能手機(jī)、平板終端和車載信息終端的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)。隨著Windows8對ARM的支持，該公司還將進(jìn)軍個人電腦用MPU領(lǐng)域。以通信、半導(dǎo)體為主力業(yè)務(wù)的美國高通也計劃進(jìn)軍個人電腦市場。 對于日本企業(yè)而言，ARM的崛起則是各企業(yè)走向世界的機(jī)會。松下半導(dǎo)體公司系統(tǒng)LSI業(yè)務(wù)組長岡本吉史坦率地表示，“在我們宣布采用ARM的MPU開發(fā)電視用途高性能SoC后，來自海外企業(yè)的咨詢便出現(xiàn)了增加”。 分享的經(jīng)營哲學(xué)，讓ARM產(chǎn)生一股“雪球效應(yīng)”：雪球越滾越大，加入聯(lián)軍的人數(shù)越來越多。即使ARM小得像一只螞蟻，ARM聯(lián)軍卻已變成一支百萬大軍，擁有扳倒英特爾的巨大力量。 三、ARM、英特爾未來之戰(zhàn)：何以左右戰(zhàn)局？ 1）ARM未來在移動平臺方面的Roadmap解讀 根據(jù)ARM公司披露的公司未來處理器路線圖，其中包括三款新ARM處理器“知識產(chǎn)權(quán)核心”，代號分別為Eagle、Heron和Merlin。 其中，Eagle屬于高性能的Cortex-A系列，將是目前高端智能手機(jī)和智能本中常見的Cortex-A8/A9的后繼產(chǎn)品，主要面向智能手機(jī)、移動計算、數(shù)字電視和通訊產(chǎn)品市場。Heron為面向嵌入式市場的Cortex-R系列，針對汽車發(fā)動機(jī)性能管理、基帶芯片、硬盤控制器芯片等。而Merlin則是小尺寸低功耗Cortex M家族的一員，針對工業(yè)控制、嵌入式音頻處理器等產(chǎn)品。 入門級手機(jī)市場，ARM將提供Cortex-A5處理器。它提供了與ARM11類似的性能，但功耗效率方面得到極大的提高。現(xiàn)在很多手機(jī)廠商正基于高通的MSM7225A/27A芯片做設(shè)計，它所采用的就是A5內(nèi)核。 高端智能手機(jī)對性能的需求是無止境的，其處理器平臺目前正從A8轉(zhuǎn)向雙核A9。號稱“安卓第一機(jī)”的三星Galaxy S II就內(nèi)置了雙核A9處理器和Mali 400 GPU，性能相當(dāng)出色。預(yù)計今年年底，首款A(yù)RM四核A15處理器也將問世，與之配套的Mali T600可支持OpenCL以及Microsoft Direct X。 其實(shí)，A15就是為了滿足移動產(chǎn)品日益提高的性能需求而設(shè)計的，它將對移動產(chǎn)品的進(jìn)步帶來積極的推動作用。未來的大趨勢就是手機(jī)平臺在基帶部分支持LTE，AP+GPU部分實(shí)現(xiàn)PC桌面級用戶體驗。A15與Mali T600的組合完全可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。
2011年11月，ARM公司發(fā)布了全新的Mali系列圖形處理單元（GPU）Mali-T658，有望應(yīng)用于高端智能手機(jī)、平板電腦、智能電視及汽車娛樂系統(tǒng)中。Mali-T658的出現(xiàn)，對于支持ARM在高性能智能手機(jī)，乃至服務(wù)器領(lǐng)域和英特爾進(jìn)行強(qiáng)有力的競爭起到關(guān)鍵的作用。 2）英特爾的Roadmap解讀 英特爾第四任CEO——貝瑞特，卸任前留給Intel有價值的是“Tick-Tock”計劃。“Tick-Tock”是一個象聲詞，如果將正弦時鐘波形在音箱中播放時，可以聽到連續(xù)不斷的“Tick-Tock”。Intel從2006年1月5日使用已經(jīng)成型的65nm技術(shù)推出“Core Microarchitecture”，這也標(biāo)志著Tick-Tock計劃的開始。 在Tick-Tock中，Tick指工藝的提高，從65nm，45nm，32nm，22nm，16nm和11nm。數(shù)學(xué)功底稍微好些的人不難發(fā)現(xiàn)，相鄰的兩個數(shù)字之間的倍數(shù)大約是1.414【1.414約等于sqrt（2）。Intel使用這些數(shù)字的主要原因是繼續(xù)捍衛(wèi)摩爾定律】。Intel繼續(xù)延續(xù)著摩爾提出的“集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍”的定律。Tock指CPU內(nèi)核的進(jìn)步，工藝的提高使得之前只能出現(xiàn)在經(jīng)典論文中出現(xiàn)的技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。Tick-Tock計劃規(guī)劃了Intel x86處理器直到2016年的Roadmap。
如表所示 Intel的Tick-Tock計劃 Intel的Tick-Tock計劃已經(jīng)執(zhí)行到Sandy Bridge處理器，Ivy Bridge 22nm架構(gòu)處理器也很快將如期而至。Intel將以龐大的人力，充實(shí)的物力繼續(xù)著這個計劃。所有這一些都是貝瑞特留給Intel的第五任CEO保羅·歐德寧的。歐德寧必須有所作為。PC領(lǐng)域再無對手的Intel，目光重新鎖定在移動計算領(lǐng)域，Atom處理器應(yīng)運(yùn)而生。這顆芯片上承載著Intel的希望，所有人都在關(guān)注Atom能否解開Intel在移動領(lǐng)域的無奈，嵌入式領(lǐng)域的另一個處理器巨頭ARM也在枕戈待旦。 測試顯示，三柵極3D晶體管不能左右ARM英特爾戰(zhàn)局？ 公司之間的紛爭有其獨(dú)特的魅力。英特爾 VS AMD就是熱議多年的話題，然后又變成微軟 VS 谷歌。現(xiàn)在最有趣的一對是英特爾 VS ARM。英特爾發(fā)布三柵極3D晶體管之后，關(guān)于該技術(shù)能否左右二者之間的戰(zhàn)局業(yè)界已有很多評論文章。 目前看來，ARM似乎肯定會采用平面的22nm工藝，而英特爾則會采用Tri-Gate三柵極3D晶體管。要評判三柵極晶體管能否為英特爾提供顯著優(yōu)勢，先得回答一些問題： ·英特爾稱22nm三柵極晶體管功耗比自己的32nm平面晶體管低50%。但22nm三柵極晶體管與22nm平面晶體管的功耗差異有多大呢？ ·采用22nm三柵極晶體管之后，芯片能比采用22nm平面晶體管節(jié)省多少功耗？10%，30%，還是50%？ 這些都不難估算，我們來做個測試。 晶體管級的計算
圖1.英特爾新聞發(fā)布會上展示的晶體管I-V特性數(shù)值 英特爾在自己的新聞發(fā)布會上展示了一些具體的晶體管I-V曲線。這些曲線在圖1經(jīng)過重制。根據(jù)這些數(shù)據(jù)你可以得到圖2中的信息。你會注意到22nm 三柵極晶體管的電源電壓能夠比32nm平面晶體管低50%，但只比22nm平面晶體管低19%。
圖2.三柵極晶體管和平面晶體管的晶體管級對比 芯片級計算在這里采用開源的IC模擬器IntSim估算三柵極晶體管在芯片級所帶來的好處。IntSim能夠描述現(xiàn)代芯片各方面的模型，它對之前的英特爾微處理器的模擬結(jié)果也和實(shí)際數(shù)據(jù)非常吻合。更多細(xì)節(jié)請看圖3以及2007年國際計算機(jī)輔助設(shè)計大會（ICCAD）上關(guān)于IntSim的原始論文。
圖3.用于此次分析的芯片模擬器IntSim 這次研究選擇了一個1GHz移動邏輯內(nèi)核，該內(nèi)核基于（1）22nm平面晶體管或（2）22nm 三柵極晶體管。由于英特爾只提供了晶體管數(shù)據(jù)的相對數(shù)字，這里選擇采用國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ITRS）的數(shù)字，并根據(jù)圖2進(jìn)行放大。IntSim的結(jié)果見圖4。
圖4.IntSim估算的節(jié)能情況 ·三柵極所節(jié)省的140mW電源電壓需求很實(shí)用，因為它可以同時降低時鐘與線路耗電。圖4指出時鐘功耗與線路功耗減少28%。·驅(qū)動電阻，等于電源電壓比驅(qū)動電流。三柵極晶體管降低了這一電阻。這意味著線性電容更易驅(qū)動，同樣性能要求下的柵也可以做的更小。這一點(diǎn)結(jié)合圖2所示晶體管節(jié)省的功耗，使得邏輯門總共節(jié)省了28%的功耗。 ·由于晶體管質(zhì)量更好，中繼器功耗降低32%。 總的來說，在22nm微處理器內(nèi)核上采用三柵極晶體管能比平面晶體管降低約28%的功耗。這是非常顯著的表現(xiàn)。 盡管，三柵極晶體管——這是一項了不起的技術(shù)成就。但這會對英特爾、ARM之戰(zhàn)產(chǎn)生重大影響么？我想不會。 英特爾與ARM的較量仍有一些變數(shù)： ·ARM已經(jīng)在移動領(lǐng)域盡占先機(jī)。我從自己的經(jīng)歷中學(xué)到的一點(diǎn)是，想取代已經(jīng)在市場上扎根的技術(shù)或產(chǎn)品非常困難。 ·英特爾x86采用CISC架構(gòu)。高級RISC機(jī)器——ARM的全稱（Advanced RISC machines）——采用RISC架構(gòu)。RISC架構(gòu)過去在移動領(lǐng)域每瓦能比CISC帶來更好的性能。X86能追上么？ ·英特爾的處理器工藝比ARM領(lǐng)先一代，這是非常重要的優(yōu)勢。 ·ARM芯片一般都在遠(yuǎn)東的低成本晶圓廠生產(chǎn)。 ·ARM芯片供應(yīng)商遠(yuǎn)比x86更多。客戶喜歡競爭，因為這樣可以壓低價格。 ·誰將會更早的將其它突破性技術(shù)“投入生產(chǎn)”？比如3D的DRAM邏輯電路堆疊芯片或者單片（monolithic）3D？英特爾還是ARM？其中有些技術(shù)對移動芯片功耗、性能、裸片面積的幫助會比三柵極更大。 ·英特爾的資源遠(yuǎn)比ARM陣營的廠商更多——這對它很有幫助。特別是在這個設(shè)計成本上億美元、晶圓廠投資過五十億美元、工藝研發(fā)需十億美元的時代。 ·微軟會不會執(zhí)行將Windows 8移植到ARM上的目標(biāo)？如果執(zhí)行的話，速度和效果又會如何？這對筆記本電腦和上網(wǎng)本來說意義重大，但可能不會對智能手機(jī)市場帶來太大沖擊。 三柵極晶體管是一次了不起的工程成就，但它能在英特爾與ARM紛爭中扮演什么重要角色，卻有待時間驗證。
四、編者后記：PC王者英特爾、移動霸主ARM——交互式僵持的競爭… 通過兩者Roadmap對比分析后，Intel采取的制程（Tick）與架構(gòu)（Tock）交替更新戰(zhàn)略是否會在未來的某一天對ARM產(chǎn)生威脅？ 工藝確實(shí)可以降低功耗。未來A15可能會走到28nm，但在邁向更深工藝節(jié)點(diǎn)的時候，不一定純粹靠工藝來解決功耗問題。A15性能提升必然伴隨著功耗的增加，ARM的思路是可以通過多核、或者大小核異構(gòu)化配置來獲得功耗的優(yōu)勢，而不單純依靠工藝。 假設(shè)某一天Intel通過生產(chǎn)工藝的改進(jìn)使得和ARM的功耗差不多了，ARM的授權(quán)模式也會帶來更大的競爭優(yōu)勢。許多企業(yè)可以提供基于ARM技術(shù)的處理器，他們既可以提供各種不同功能的產(chǎn)品，也可以共同分享回報；而Intel在該市場發(fā)展之初就把自己放在了眾多公司的競爭面上。東方不亮西方亮，將這種此起彼伏、百花齊放的局面歸結(jié)于ARM商業(yè)模式所帶來的靈活性——在ARM的生態(tài)圈里，許多公司都有機(jī)會把自己的能力和智慧加入到這個產(chǎn)業(yè)鏈里面，帶來的產(chǎn)品多樣化優(yōu)勢比單一化的模式要強(qiáng)勢很多。 計算機(jī)處理器廠商和手機(jī)芯片廠商井水不犯河水的均勢被打破，對于這個移動互聯(lián)網(wǎng)時代的新動向，如果可以用簡單的話來概括其原因，那就是：手機(jī)和計算機(jī)走得越來越近了。英特爾現(xiàn)在致力的目標(biāo)，就是從ARM牢牢占據(jù)的100%移動市場中中奪取一部分市場份額。面對PC業(yè)芯片老大的“撈過界”，ARM公司選擇了針鋒相對，正借力微軟進(jìn)行著ARM架構(gòu)服務(wù)器的探討。 到目前為止，英特爾和ARM都還沒有在對方的市場形成實(shí)質(zhì)性影響，但雙方已經(jīng)在PC和手機(jī)領(lǐng)域的交叉地帶進(jìn)行了交鋒。在這片中間區(qū)域，先后出現(xiàn)了“上網(wǎng)本”（NetBook）、“智能本”（SmartBook）、平板電腦等多種差異化產(chǎn)品，截至目前的戰(zhàn)況是：x86陣營取得了先機(jī)，但ARM陣營的勢頭更猛。交互式僵持的競爭，仍在繼續(xù)… 來源：電子工程網(wǎng) |
