ARM 能否憑借64位處理器占領高端芯片市場？

本刊編輯部

引 言

早在20 世紀90 年代初，美國的半導體設計公司MIPS就推出了MIPS ISA（指令結構集）首個64 位處理器架構。2012 年，MIPS公司的全部業務被Imagination公司接手后，其64位架構在移動GPU IP領域獲得了新的發展。隨著PC 業務呈逐年下降的趨勢，Intel也看到了移動處理器市場的崛起，轉而研發低端芯片，于2015年攜新款Atom 64 位處理器沖擊消費類電子市場。此外，Intel還并購了Altera公司，嘗試新架構，以保持其在服務器市場的主導地位。

在移動互聯芯片領域一統天下的ARM 公司，并不滿足低端市場的驕人業績，其預測到了64位處理器的巨大需求，于2012年發布64位處理器，正式向高端領域進軍，這也為日后競爭激烈的64位戰場埋下伏筆。

業界聲音

近幾年半導體產業進入超大規模整合時期，單純的移動消費類芯片市場接近飽和，利潤微薄，半導體廠家紛紛與ARM 聯盟，轉投高端服務器、云數據等領域，越來越多的企業將ARM 的64位處理器引入高端市場。ARM 能否憑借64 位處理器帶動高端芯片市場？我們來看看2015年各大半導體廠家的市場動態。

Imagination 64位處理器發力移動領域

被Imagination公司收購后，MIPS的64位芯片得到了更多的優化，Imagination 公司在2014 年發布了新款MIPS I－class I6400CPU 系列產品，其首次融合了MIPS的64位架構及硬件虛擬化的IP核心，支持多線程、多核及多集群處理技術。

Intel在64位處理器市場中尋求轉型

PC業務逐年下滑，而移動市場風生水起，Intel嘗試借助Atom 處理器進軍移動市場。2015年發布的64位移動芯片處理器Atom Z3580采用四核四線程設計，22nm工藝制造，主頻達到2.3GHz，具有全新亂序執行Silvermont CPU 架構，可支持最新的Android 4.4.2系統（未來支持安卓5.0）。與此同時，Intel重金收購了可編程邏輯芯片巨頭Altera，試圖融合至強處理器（英特爾數據中心的主打芯片）及兼容的FPGA 到一個芯片中，這樣，整合后的芯片就有了FPGA 的可重編程能力，基于FPGA 的加速器可以實現超過10 倍的性能提升，而功耗提升卻很小。

Intel在高端服務器市場的主要客戶是Facebook、谷歌、亞馬遜、微軟等科技巨頭，這些具有大型數據中心的企業需要實現自己芯片的定制化，可嵌入芯片的FPGA 架構自然必不可少。雖然，Intel想在大數據和高端服務器市場抬高對手進入門檻的難度。

高通打造旗艦級手機芯片處理器

（1）基于ARM 的64位手機旗艦級芯片

手機芯片競爭激烈，進入64位時代以后，高通公司就推出了采用ARM 標準架構的芯片驍龍810。驍龍810借鑒了ARM 研發的Big.LITTLE架構設計，擁有4顆Cortex－A57CPU 核心 和4顆Cortex－A53CPU 核 心，最 高 主頻達到2.0GHz，這兩組CPU 核可以根據智能手機要處理任務的強度來智能開啟和關閉。

（2）24核服務器芯片

隨著移動芯片市場需求減緩，2015 年7 月高通公司重整其核心業務，積極拓展手機芯片以外的市場，開始向高端服務器、云計算等領域延伸。谷歌、亞馬遜和Facebook等客戶希望自主開發服務器并運行自己的軟件，在服務器芯片市場，來自這些公司的訂單比例正越來越高。2015年10月，高通公司推出了首款用于服務器的芯片。這款SoC包含24個用FinFET 工藝的定制64位ARMv8內核，以及一個存儲器控制器、PCI Express和其他定制IP。高通的目標指向很明確，延伸業務至云應用、服務器（如基礎設施和平臺即服務、機器學習、大數據及NFV 領域），目前這一芯片正在試生產，而高通的潛在客戶和合作伙伴可以進行測試。

AMD挑戰64位8核服務器芯片

AMD識時務地選擇了ARM 陣營，不僅生產x86架構產品，還宣布將于2016 年發布首款定制化的64 位ARMv8處理器，其代號為K12。K12 是基于ARM 的高性能、低功耗的內核，利用了AMD 的ARM 架構授權、基于64位架構設計研發，這款定制化的企業級64位ARM處理器為提高能效而設計，特別適用于服務器和嵌入式系統產品領域。

IBM 聯姻ARM，在IoT領域展開合作

IBM 公司正在積極拓展其名為IoT Foundation的物聯網平臺，其具體舉措就是將ARM 架構嵌入現有方案。IBM 與ARM 聯姻，意味著ARM 面向微控制器的物聯網云接口mbed已經能夠與IBM 的IoT Foundation相對接。對接成功是因為，IBM 已經購買并安裝了大量ARM 服務器，希望將其運行在IBM Bludmix云平臺，即Power服務器當中。

聯姻帶來的好處是，通過在IBM Bluemix云中運行ARM 服務器并提供交鑰匙方案，能夠把IBM 在物聯網方面的營收總額提升到新高度。

飛騰“火星”處理器媲美Intel頂級服務器芯片

在大型機方面，由中國國防科技大學高性能處理器研究團隊建立的企業飛騰公司，推出了為大型機服務的64核的“火星”處理器。它們都可以輕易運行安卓、Linux系統和市面上大部分的應用，甚至可能兼容微軟的Windows 10系統。

代號為“火星”的ARM 指令集64核處理器由中國團隊開發的，擁有媲美Intel公司頂級服務器芯片的性能，“火星”處理器可兼容ARMv8 指令集，可四發射亂序執行，擁有多達64 個內核，是主頻達到2 GHz的服務器CPU。在標準測試集中，火星處理器的多核整數分數高達672，浮點分數為585。相比之下，Intel強大的處理器Xeon E7－8890v3和Xeon E5－2699v3 的 整 數、浮 點 成 績 分 別是680和460。

編輯視角

MIPS 64位處理器現狀

MIPS被Imagination公司收購后，只在2014 年發布了一款64位處理器，原先采用MIPS架構的部分半導體公司也根據市場需要和模式，調轉方向采用了ARM 架構。近幾年的市場情況是：Freescale的數通產品IorIQ 從PowerPC e500 架 構 轉 到 采 用ARM Cortex－A57 架 構；Broadcom 公司的Netlogic產品被Avago收購后，也采用了Cortex－A57架構；Marvell這個做無線路由器SoC 的廠家也開始轉用ARM Cortex－A53架構。

從技術角度看，MIPS收取IP授權要比指令集授權更貴，而且允許添加指令，這就使得廠商們紛紛自行設計MIPS核心、添加指令、發布開發工具，碎片化嚴重。而ARM 指令集授權遠遠比IP 授權要貴，避免了碎片化的缺點。

MIPS的64位處理器后勁不足，究其原因還是其產品未能及時地順應市場的需要。

轉型中的Intel現狀

Intel在以智能手機和平板電腦為代表的移動互聯網市場一直進展不利，發布的Atom 處理器也并未在市場獲得較大反響。Intel多年習慣的模式是生產制造幾十、幾百美元的處理器，這個價位上的毛利率驚人，并且一家獨大，沒有人能夠撼動。而正是豐厚的毛利率使得Intel敢于付出高昂的代價研發下一代處理器技術和生產線制程，從而保持領先技術優勢。Intel不愿意也不能夠開放自己的昂貴生產線，廣泛授權給其他半導體廠商生產自家架構的芯片。ARM 則是憑借著開源式的授權模式賺錢，無需制造昂貴的生產線生產芯片，省時省力。這也是Intel轉入移動芯片市場，卻收效甚微的主要原因。

隨著高通、Applied Micro、AMD 等向Intel擅長的高端服務器領域進軍，以及PC 份額的大幅下滑，Intel的霸主地位岌岌可危，其收購Altera的目的正是想利用FPGA強化和優化自身x86架構，指望在數據中心及未來物聯網芯片市場占據主導優勢，并借此將重心移至自己的核心優勢領域（如服務器、大數據計算存儲），抬高競爭對手進入此領域的門檻。

ARM 攜64位芯片進軍高端市場的優勢

ARM 推出64位處理器的目的很明確，開拓服務器、云數據存儲等高端芯片市場。隨著半導體制造工藝的不斷提升，ARM 處理器的功耗不斷降低，處理器的性能也得到較大的提升，使其64位架構更適應服務器這種處理大量數據的工作環境；同時，ARM 陣營的半導體制造工藝逼近Intel，使得Intel的x86架構相較于ARM 陣營64位架構的優勢不斷縮小。

擁有大型數據中心的互聯網企業都有意采用ARM架構的處理器節省能源，芯片企業中，Applied Micro、AMD已經在2015年推出了64位的服務器芯片，而谷歌、亞馬遜、Facebook等企業也需要ARM 的高端可定制芯片來搭建適合自己的服務器、云平臺。

從非技術的角度看，Intel占有超過九成的服務器市場份額，由于壟斷市場，其服務器芯片價格奇高，2014年均價超過600美元；反觀ARM，1片ARM 處理器僅賣幾十美元，利潤率雖然微薄，但是出貨量很大。就ARM 公司而言，其設計和生產是分離的，設計的IP可以單獨授權給各家廠商自行定制整合，而制造生產采用的是比較成熟的生產線，成本低、可選廠家也多。這樣的模式對于想節省成本、達到高功效的廠家來說是有極大吸引力的。

64位處理器市場的競爭日益激烈，期待這些廠家未來的精彩表現！