未來芯片王者之爭:英特爾 vs ARM
高通、三星、聯(lián)發(fā)科和 Nvidia,無論在哪一個移動平臺上,這幾家都是目前最主流的移動 SoC 芯片制造商,他們聯(lián)合起來占據(jù)了大半壁智能手機(jī)和平板電腦芯片市場份額。不過,他們都有共同的特點(diǎn),即所有 CPU 設(shè)計均是基于 ARM Cortex-A 系列處理器架構(gòu)設(shè)計。英特爾,雖然是一家在 PC 和 Windows 市場獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷、占主導(dǎo)地位的大公司,但在移動領(lǐng)域正經(jīng)歷著非常艱難的時期,只取得了小范圍半成功,滲透 Windows 平板電腦和 Android 智能手機(jī)另個領(lǐng)域。究竟 ARM 如何主宰移動 SoC 市場,英特爾有能力挑戰(zhàn) ARM 的王者地位嗎?
英特爾需要一場移動領(lǐng)域的勝利
英特爾在移動領(lǐng)域落后了,這一點(diǎn)是可以肯定,而且業(yè)內(nèi)幾乎每一個市場分析師都同意此觀點(diǎn),尤其是芯片巨頭在技術(shù)領(lǐng)域曾犯下的方向性錯誤。
Gartner 數(shù)據(jù):2013年設(shè)備出貨量
據(jù) 2013 年年底市場調(diào)研機(jī)構(gòu) Gartner 預(yù)計,整個2014年平板電腦出貨量將增長 43%,手機(jī)被增長 5 %,而 PC 和筆記本電腦銷量則進(jìn)一步下降 7 % 。從圖中的數(shù)字來看,今年平板電腦將幾乎趕上 PC 的出貨量,而手機(jī)市場仍繼續(xù)不斷蠶食這兩個市場。如此來看,英特爾真的需要在移動領(lǐng)域發(fā)力,而不是在仍占優(yōu)勢但持續(xù)下跌的市場中被套牢。
至于財政業(yè)績方面,最近英特爾財報電話會議揭示了公司更準(zhǔn)確、更不愿意看到情況。英特爾年營業(yè)收入和凈利潤雙雙下跌,分別下降16 % 和 13 % 。這表明,英特爾一直在加大力度投入,尤其在 PC 市場,以保持自己的競爭實力,不過很多人仍原因相信,持續(xù)下降的 PC 市場沒有影響英特爾的收入。
當(dāng)然,目前沒有任何跡象表明英特爾數(shù)十億美元的利潤可能會在瞬間消失,但如果 PC 市場繼續(xù)萎靡,很難保證英特爾沒有麻煩。“Intel inside”移動芯片還有很長的路要走,英特爾需要時間證明自己可以與 ARM 競爭,不過目前離成功的目標(biāo)還十分遙遠(yuǎn)。
為什么 ARM 如此成功?
2014 年 - 2009 年:ARM 崛起
可能 ARM 的成長模式與英特爾有所不同,這一家來自劍橋的公司,誰也沒有想到竟然可以掀起智能手機(jī)的革命。早在 90 年代初該公司開始為蘋果設(shè)計 CPU,然而這并沒有改善 ARM 的經(jīng)營狀況,因此 ARM 不得不把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向針對智能手機(jī)領(lǐng)域的低功耗處理器,而英特爾則堅持高性能 PC 硬件。
ARM 的商業(yè)模式是其成功的重要因素之一。與英特爾不同的是,ARM 本身不生產(chǎn)任何東西,只是向別家公司銷售自家的知識產(chǎn)權(quán)。一些富有遠(yuǎn)見的公司成就了 ARM 的成功,比如高通,研發(fā)了一系列最全面基于 ARM 設(shè)計的移動芯片。
僅依靠全球市場的自發(fā)秩序,ARM 及其合作伙伴的業(yè)務(wù)已經(jīng)改變了硬件發(fā)展的本質(zhì),而不是單純地猜測未來的需求。反之,英特爾或其他芯片廠商,根本沒有預(yù)測到未來能夠智能手機(jī)開發(fā)者帶來他們真正需要的東西。
英特爾與 ARM 的收入對比(數(shù)據(jù)源:EW/iSuppli)
下一個戰(zhàn): 64位、功耗,以及“下一代”芯片的表現(xiàn)
話說回來,上面提到的一切都是過去,英特爾現(xiàn)在更加關(guān)注移動市場了,并且還面向市場推出了一系列基于 Atom 的低功耗移動處理器。只不過到目前為止,英特爾所做一切暫時還無法打破 ARM 統(tǒng)治地位。因此,英特爾確實為未來研發(fā)了不少全新的芯片繼續(xù)參戰(zhàn)。
2014 年當(dāng)前一戰(zhàn),英特爾首先拿出了 Bay Trail 平臺平板電腦處理器。該平臺芯片基于 22 納米工藝,支持 64 位計算,分為四核和雙核兩種。實際上,Bay Trail 平臺芯片是英特爾第一代真正銳變的移動 SoC 處理器,直接采用了高端 Ivy Bridge 處理器相同架構(gòu)的圖形處理單元設(shè)計,并且擁有與 ARM Cortex A15 芯片相當(dāng)?shù)?CPU 性能,可以說 Bay Trail 平臺標(biāo)志了英特爾正式參與移動領(lǐng)域的頂級競爭。
總體而言,Bay Trail 芯片的性能相比上一代 Clover Trail 平臺芯片顯著提升,而且與高通 Snapdragon 800 處理器性能旗鼓相當(dāng)。不久之前,英特爾 CEO 信心十足的表示,今年第二季度,搭載 Bay Trail 芯片的 Android 平板電腦將大量出貨。
當(dāng)然,僅依靠 22 納米的 Bay Trail 芯片還不足以體現(xiàn)英特爾對移動領(lǐng)域的用心良苦,為了加強(qiáng)競爭,2014 年將是英特爾忙碌的一年。英特爾早已計劃將于今年下半年,正式發(fā)布全球首批 14 納米工藝的智能手機(jī)芯片以及全新的 Cherry Trail 平臺芯片,基于 Airmont 架構(gòu),無論是性能還是功能都將進(jìn)一步顯著提升,并可能首次對 ARM 陣營造成強(qiáng)大的威脅,畢竟目前大多數(shù) ARM 芯片仍然停留在 28nm 制造工藝。
Intel Atom 線路圖:英特爾在制造工藝上繼續(xù)一路高歌猛進(jìn),新一代 14 納米芯片很可能是最不擔(dān)心功耗差距的產(chǎn)品。
英特爾在 2013 年還提到了關(guān)于全新智能手機(jī)芯片 Merrifield 的發(fā)展計劃。經(jīng)過 22 納米 Silvermont 架構(gòu)的升級和進(jìn)化,新的芯片性能是上一代 Clover Trail+ 的兩倍,支持 LTE 網(wǎng)絡(luò),預(yù)計在 2 月底的 MWC 2014 世界移動通信大會上該芯片將正式登場,不過四核版 Merrifield 今年下半年才會正式出貨。如果說 CloverTrail+ 只是令人失望的試水,Merrifield 是穩(wěn)定的過渡,那么英特爾 2015 年中期的全新的 Broxton 將是正面挑戰(zhàn) ARM 的“最佳武器”。
據(jù)稱,Cherry Trail 的繼任者 Broxton 平臺將是英特爾在移動領(lǐng)域的重大轉(zhuǎn)變,基于新的 Goldmont 架構(gòu),英特爾將把智能手機(jī)和平板電腦的技術(shù)最終統(tǒng)一到單個 SoC 芯片,而且新底層架構(gòu)更容易根據(jù)特定需求定制或加入其它組件。同時,底層架構(gòu)重新改組統(tǒng)一后,Broxton 也將更有利于英特爾更快的更新?lián)Q代,成本也比目前更低,與 ARM 的一大優(yōu)勢打成平手。除了高端芯片之外,英特爾針對入門級市場的 SoFIA Atom 處理器也在計劃之中,2014 年下半年發(fā)布,唯一比較遺憾的是,SoFIA 芯片最初只集成基于 x86 架構(gòu) 3G 通信核心,到 2015 年時才會加入 LTE 網(wǎng)絡(luò)支持。
英特爾的線路看起來很美好,但其最大的敵人 ARM 沒有放松,正在醞釀著最新采用 ARMv8 架構(gòu)的 64 位移動處理器,基于該架構(gòu)的首款處理器為 Cortex-A53。與英特爾性能至上理念不同的是,Cortex A53 性能表現(xiàn)一般,或與較過時的 Cortex A9 性能差不多,不會取代目前 ARM 最高端你的 Cortex A15。不過性能不強(qiáng)并不意味著 Cortex A53 無任何亮點(diǎn),Cortex A53 功耗比 Cortex A9 更低,造就更多超長續(xù)航的智能手機(jī)。首款 ARM 64 位處理器 Snapdragon 410 很快將于今年下半年出貨,屆時再來定奪低端 64 位芯片的性能表現(xiàn)。
Cortex A53 的性能表現(xiàn)圖
Cortex A53 是 64 位 ARMv8 架構(gòu)成本和功耗最低的首枚芯片,另一枚 Cortex-A57 處理器則是 ARM 性能最好的新一代處理器,可提供相當(dāng)于一臺完整筆記本電腦的體驗,甚至可以取代游戲機(jī),或者與 Cortex-A53 處理器配對,通過 ARM big.LITTLE 配置實現(xiàn)最佳性能和功耗,在性能和續(xù)航之間平衡。也許,三星即將發(fā)布的 64 位芯片正式第一款基于 Cortex-A57 的處理器。
除 ARM 自家架構(gòu)的開發(fā)之外,其業(yè)務(wù)合作伙伴目前都已在準(zhǔn)備自家的全新移動芯片。高通的 Snapdragon 805 芯片繼續(xù)保持最強(qiáng)的 ARM 芯片,并集成了比英特爾芯片圖形處理單元更強(qiáng)的 Adreno 420 GPU。同時 Nvidia 發(fā)布了一款全新?lián)Q可提供“游戲主機(jī)”圖形性能的 Tegra K1 處理器。另一方面,在低端領(lǐng)域 MTK 超低性能 AMR 芯片正在不斷壯大,而英特爾目前還沒有任何可以與之同級的處理器相互競爭。
高通 Snapdragon 805 與 800 規(guī)格對比
可以預(yù)見,在未來幾年 ARM 在移動領(lǐng)域仍將繼續(xù)保持領(lǐng)先,尤其當(dāng)集成最強(qiáng) CPU/GPU 和 LTE modem 的 64 位高通處理器全線鋪貨之后,ARM 又將進(jìn)一步鞏固地位。而英特爾處理器在平板電腦領(lǐng)域的前途變得愈發(fā)光明,全球第一款最小、最先進(jìn)制造工藝的 64 位處理器必將來自英特爾,而且為了挑戰(zhàn) ARM 頂級智能手機(jī),英特爾不太可能過早關(guān)注低端智能手機(jī)市場,至少在 2015 年真正集成 LTE 的 Intel CPU 登場之前不會。
ARM 制造商和英特爾的路線圖關(guān)鍵比較
未來科技與物聯(lián)網(wǎng)
或許,英特爾在其他領(lǐng)域做得比 ARM 更好?在 PC 市場英特爾的霸主地位早已不可動搖,在移動領(lǐng)域英特爾開始由落后變成穩(wěn)步追趕,那么到底有沒有與 ARM 處于同一起跑線的新領(lǐng)域呢?縱觀這兩年,穿戴式技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)(Internet-of-Things)開始萌發(fā),一場基于互聯(lián)網(wǎng),能夠讓家庭、高科技或全新生活方式互聯(lián)互通的革命正等待開啟。在該新興領(lǐng)域,超低功耗處理器和豐富的連接性將成為競爭的關(guān)鍵點(diǎn),恰好英特爾和 ARM 都已經(jīng)開始了研發(fā)工作,以確保未來能夠奪得老大地位。兩大芯片巨頭或許認(rèn)為還沒有非常有實力的公司進(jìn)入視野,但一家名為 MIPS 的公司在該領(lǐng)域已有不俗的作為。
在物聯(lián)網(wǎng)舞臺上,ARM 和英特爾都有一個非常良好的開端。首先 ARM 的 32 位 Cortex M 系列芯片技術(shù)已經(jīng)授權(quán)給幾個廠商,該系列芯片內(nèi)置諸多先進(jìn)的技術(shù),具有較高的性能和較低的動態(tài)功耗,支持各種觸摸屏傳感器和廣泛地白色家電產(chǎn)品。其中 ARM 最得意之作以及目前自家最小的處理器是 Cortex-M0,該處理器可以在低于 2V 的電壓并以低于 0.1W 的功率下運(yùn)行,功耗超低。
Cortex-M4 處理器則是該系列的頂級高性能產(chǎn)品,具有更豐富的功能和集成度,可廣泛運(yùn)用到嵌入式領(lǐng)域。很顯然,Cortex M 系列處理器不會出現(xiàn)在智能手機(jī)上,但它可能會集成到未來智能手機(jī)的配件或者超低功耗無線設(shè)備內(nèi)部。ARM 陣營中的最強(qiáng)王者高通,對物聯(lián)網(wǎng)表現(xiàn)出極大的興趣,甚至早早就發(fā)布了第一款基于 Cortex M3 處理器的 Toq 智能手表。
另一方面,英特爾在 2013 年第四季度正式發(fā)布了夸克(Quark)處理器,其中 Quark X1000 SoC 芯片是一枚 32 位的單核處理器,CPU 主頻為 400MHz,TDP 熱設(shè)計功耗僅 2.2 瓦,預(yù)計將運(yùn)用到智能手表上。如果更具體的審視物聯(lián)網(wǎng),不難發(fā)現(xiàn)英特爾還展示了一個僅 SD 卡大小的完整系統(tǒng)平臺 Edison,該平臺搭載雙核夸克處理器,基于 22 納米技術(shù)打造,支持 Wi-Fi 和藍(lán)牙,支持多個操作系統(tǒng),性能直逼“奔騰級 PC”。不過英特爾表示,他們還需要造出更小更便宜的東西。
物聯(lián)網(wǎng)時代還未真正到來,誰強(qiáng)誰弱暫時無法定奪,但可以預(yù)計接下來 ARM 和英特爾處理器在該領(lǐng)域的競爭會越來越精彩,尤其在體積和功耗的表現(xiàn)上。兩家公司都準(zhǔn)備了一系列針對可穿戴式設(shè)備的處理器,但為了更好的應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng),沒有一家愿意在功耗和成本方面妥協(xié)。
越小越好的微處理器
盡管針對移動市場和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域新處理器越來越多,越來越小,但或許很多人還清晰地記得英特爾 8051 系列微處理器。該芯片早在 1980 年研發(fā)成功,主打超低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,并且在單一的封裝中提供多種功能,包括CPU、RAM、ROM、輸入輸出、中斷和時鐘等,而且由于廉價曾一度成為學(xué)校的最佳參考教材。不幸的是,英特爾很早便停止了生產(chǎn)和相關(guān)研發(fā),現(xiàn)在回想這對于英特爾或許是一次重大失誤。
雖然在智能手機(jī)界 8051 微處理器毫無人氣,但是舊的 8051 設(shè)計第三方版本依然存活至今,而廣泛流行于多種產(chǎn)品,包括 U 盤、洗衣機(jī)、數(shù)字信號處理芯片以及復(fù)雜的無線通信系統(tǒng)等等。8051 和類似的微處理器均擁有驚人超低功耗,甚至比最低功耗的英特爾和 ARM 芯片更低,但已足以滿足小物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的任務(wù)需求。
8051 衍生的第三方版本現(xiàn)在已經(jīng)建立了龐大的開發(fā)和生產(chǎn)基地,且廣泛運(yùn)用于各個領(lǐng)域。換句話說,任何廠商都可以隨時再開發(fā)和挖掘潛力,而且 8051 發(fā)展至今的最大優(yōu)勢就是其超低廉的價格,沒有授權(quán)費(fèi),沒有研發(fā)成本,芯片制造完成即可。因此,未來也許 ARM 和英特爾還不得不關(guān)注其他超低成本的競爭者,而不是對方。
總結(jié)
在短期或中期內(nèi),ARM 仍毫無壓力地保持其主導(dǎo)地位。即使 2015 年某個時間,英特爾在性能、功耗和功能方面完成趕超,ARM 多年來成功開發(fā)的廣泛的業(yè)務(wù)合作伙伴,以及數(shù)不盡的產(chǎn)品組合,依然令英特爾難以超越,屆時英特爾可能會主動拉攏設(shè)備制造商。
不過,英特爾不會死守一條路,而且可能正在追尋下一次重大創(chuàng)新,努力創(chuàng)造屬于自己成功的故事。物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴式很可能再一次對市場洗牌,誰也說不準(zhǔn)下一個十年,究竟是 ARM、英特爾還是另一家公司引領(lǐng)。