备受“高功耗”煎熬的英特尔这会玩儿真的了。日前,英特尔发布Silvermont低功耗微架构,在理论上拿出了比ARM功耗还低的产品。
英特尔官方介绍,和上一代产品相比,Silvermont新歌能提升3倍,功耗降低5倍,而和目前ARM主流芯片相比,性能提升2倍,功耗降低4.3倍。
如果上述规格能完全被体现在芯片产品上,英特尔将在智能手机和平板电脑上有着非常大的优势。不过,这还需要2013年下半年相关Silvermont微架构的产品来证明。
22纳米和3D栅极结构是技术关键
在关键的数据上,Silvermont将功能的电压降到了1瓦以下的水平。英特尔中国客户端平台部经理张健表示,在拿出该架构后,英特尔在实际产品的竞争上将具有优势。
据相关技术介绍,要实现这样的能耗比,Silvermont主要依靠的是22纳米的制程工艺和3D栅极结构应用到微架构平台所致。
该架构的最大亮点在全新的乱序执行引擎、支持最高八核的内核、全新的IA指令以及高性能与低状态的快速切换。
英特尔芯片性能一直不被外界质疑,而功耗上的重点是电压的高低。功耗和芯片电压有着平方级的关系,Silvermont架构就是通过3D栅极技术大大降低了最低电压实现的功耗下降。
移动芯片架构开发提速 英特尔战略侧重
即使上述的技术太过生涩,但英特尔对移动市场的努力依然显著。这是英特尔首个专门面对移动设备设计的凌动架构,这也是英特尔两年后再次对微架构的升级。
架构的开发速度也有加快。在过去,英特尔根据钟摆的节奏每两年更新一次架构和制程工艺,而英特尔首席产品官浦大卫表宣布,英特尔未来将每年更新一次低功耗架构,以加快技术更新速度。
这也意味着在即将到来的14纳米工艺时代,英特尔将发布两个微架构,下一代的架构已有了命名,即为Airmont。
另一个转变是最先进的制程工艺部署。在第一款手机芯片发布时,英特尔一直使用着32纳米工艺做移动芯片,但现在,英特尔表示将在每一代架构上采用最新的制程工艺。
一家公司抗战ARM生态系统
向一个生态系统挑战最欠缺的是什么?不是技术和生产力,而是无孔不在的竞争对手。
虽然英特尔有桌面PC的酷睿,有服务器的至强,有手机端的凌动等各个阶段的产品,但面对一个生态系统的时候,产品依然显得有些单薄。在各个细分领域的各价格段更明显,英特尔的明星产品策略不变。
但在移动市场受到挑战后,英特尔开始逆袭,一个策略就是从底层开始。深圳为代表的华强北开始成为英特尔的合作伙伴,英特尔芯片的第一个Android平板正是产生于这里,售价只有1000元人民币。
面对ARM的生态系统,英特尔也越来越开放,也只有这样,在移动端才有更强的生命力。
Silvermont微架构大战ARM
五年前,英特尔首次向全世界公布了Atom处理器的存在。五年之后,一款“从头到尾”重新设计的低功耗处理器架构Silvermont问世。
叫板ARM
Silvermont微架构为一切微型服务器及嵌入式处理器打造,它适用于平板电脑、智能手机、微型服务器、网络通信设备。
Silvermont用途良多,在我们看来,英特尔的目标非常简单,那就是智能手机和平板电脑市场。英特尔意在移动领域向ARM发起挑战。
之前的英特尔Atom芯片因性能不如ARM芯片而颇受非议。ARM由于实现了芯片能效的最大化而广受赞誉。不过英特尔一直保持着良好的发展态势,近期推出的Atom芯片Medfield在能效方面已赶上了ARM。
英特尔公司首席产品官蒲大卫(Dadi Perlmutter)表示,Silvermont架构的Atom芯片能提供更高的性能/功耗比,打破“ARM处理器能效更高”的神话。
英特尔希望基于Silvermont架构的Bay Trail能吸引新的PC采购者,与ARM展开竞争,在智能手机和平板电脑市场上分一杯羹。
优势明显
毫无疑问,英特尔具有最卓越的芯片制造工艺。当多数处理器制造商还在用28nm工艺打造芯片产品时,它已掌握了22nm技术。
目前,英特尔用被称为“FinFET元件”的3-D三栅极晶体管制造的芯片产品出货已超过1亿。而同样的技术芯片制造领域的其它厂家要到2014年底才能投入生产之中,而届时距英特尔初次生产三栅极芯片已过去3年之久。
更好的处理器技术带来更快的运行速度、更少能耗和更低成本。英特尔的处理器路线图如下:今年推出22nm Silvermont Atom,明年则发力14nm Airmont Atom,加快对平板电脑和智能手机处理器领域的扩张。
有竞争力的芯片设计非常重要。
我们知道,现有的Atom处理器基于的32nm Saltwell架构,是早前45nm Bonnell架构的衍生版。Silvermont却不同,它采用的是全新的设计。
Silvermont采用全新的乱序执行引擎,实现了同类最佳的单线程性能,以加快操作。
Silvermont全新的多核架构和系统构造,可扩展至四个模块,每个模块拥有两个CPU核心和1MB共享缓存。也就是说,基于Silvermont架构的Atom处理器最多可拥有8个内核,性能也更高。
有趣的是,Silvermont SoC并未采用Hyper-Threading超线程技术,它能够在多个CPU、图形处理器以及芯片内的其他核之间实现能源共享。与此同时,它还支持全新的IA指令,并增强了电源管理能力。
据英特尔介绍,与之前的32nm Saltwell Atom Z2580(Cloverview)相比,新工艺与架构结合下的Silvermont Atom将拥有3倍的峰值性能,或在同等性能下功耗降低约5倍。
而实际测试结果也显示,Silvermont微架构与ARM相比,同功耗下性能可提升2倍;同性能下功耗可降低4.3倍。
前景
当然,除非搭载Silvermont Atom的设备真正上市,否则我们很难对它与ARM处理器产品的性能好坏做出评论。
根据英特尔的介绍,基于Silvermont架构的首个处理器产品Atom BayTrail,将会出现在今年假日期间推出的Win8和Android平板之中。另外,“BayTrail”同样也可为“入门级”笔记本电脑或台式机采用。
与此同时,英特尔还打算推出为Android智能手机打造的“Merrifield”,年底投入生产;为微服务器打造“Avoton”;为路由器、交换机和安全设备打造“Rangeley”。
还一款尚未公布的嵌入式处理器,或许将被用于英特尔电视机顶盒中。
不过,即使Silvermont在性能和功耗上完全能与ARM匹敌,如何将之推销给设备厂家才是英特尔需要面对的真正难题。
根据统计,2012年基于ARM内核的手机芯片出货量达到22亿个,占据了近90%的市场。除了苹果和三星用自己的芯片产品外,其它手机厂家常与ARM处理器制造商,如高通、联发科和展讯合作。对英特尔来说,打破这样的局面非常困难。
说起来,还是平板市场更有前途。这片市场被新硬件和软件平台包围,一些小型、便宜的Anndroid或其它平板开始慢慢侵袭iPad的统治地位。好像Windows 8和 Windows RT系统,尽管启动缓慢,但随着对尺寸和屏幕支持更加广泛的Windows Blue的发布,相信更多搭载微软系统的平板电脑会被推出。而这部分产品,对英特尔来说是潜在的市场。
华硕首席执行官沈振来(Jerry Shen)上周接受《华尔街日报》采访时说,他非常看好今年晚些时候将要面世的众多300美元以下Windows 8平板。
而对消费者来说,好消息是,除了iPad及“廉价”Android平板外,今年会有更多的平板电脑供我们选择。
功耗和商业模式竞争
ARM, IP授权&服务公司,1985年成立,在1985-1995年之间推出6代产品,都不成功,直到ARMv7被TI采用用在NOKIA手机里,终于开启了商业大门,现在如日中天。
Intel,芯片设计制造ODM,1968年成立,为整个集成电路和半导体产业奠定基础,创始人提出的摩尔定律,至今影响着电子产业。
先谈谈大家纠结的几个问题:
1. Intel的X86架构是CISC复杂指令,ARM采用RISC精简指令,就决定ARM功耗可以做得更低?
首先,功耗由很多因素决定,包括算法,架构,制造工艺,芯片设计水平…很多因素,不能单纯来以指令集算法来看。
其次,ARM在设计之初,在代码里增加了“条件编码”,这种做法的好处是,可以做紧凑高效的处理器,不适合做大型高效的处理器。所以ARM在手机应用上占优势,但是随着性能要求越来越高,这个优势也越来越不明显,细节后面再讲。
再者,功耗与工艺水平也有很大关系,对功耗影响占比最大的应该是工艺,占到45%。高工艺水平对降低功耗提高性能有非常重要的作用,这也是Intel和ARM都在追求高工艺的原因。
功耗=动态功耗*主频+静态功耗
很多时候,我们认为静态功耗是很低的,相对动态,可以忽略的。但实际上,在CPU设计中,自从90nm节点后,静态功耗越来越明显,在45nm后,已经完全开始跟动态功耗差不多了。
2.功耗问题是不是真的可以通过工艺来解决?何时Intel的处理器功耗可以与ARM相当?
前面已经提到,工艺确实对功耗影响大,而且是最实际的方法。ARM一直在业内保有功耗低的优势,包括多核优势。但是他们从来就没有在同一级别上作过比较。Intel最近也开始正面反击,提出性能-功耗比。
有人将单核Atom Z2460与四核A9作过跑分比较,Atom性能差一点,但功耗已经很接近了。也就是说当CPU达到一定规模,二者指令集的影响已经基本无差别,就看谁能把功耗做更低。
大概从Cortex-A15开始。A9的综合性能功耗比胜过当前的ATOM处理器,但到A15的规模,应该到了一个临界线。也就是说,到了A15以后,ARM也不得不直面功耗的问题了,而这个时候是不是Intel的机会来了,还很难说。
3.ARM的高明之处
借用一位专家一句有意思的话开始:从学术角度来说,X86架构是CISC里最烂的,ARM是RISC里最烂的,但没有阻碍他们成功的商业模式。Alpha 处理器是公认最佳架构,MIPS是学术研究用的最多的,前者被Intel收了,后者被ARM收了,这说明技术不是决定市场的主要原因。
ARM目前在市场上至少有5-6套指令集,用在不同产品和领域,而Intel却一直坚守跨平台兼容。
Intel完全可以重新做一个移动市场的64位处理器,但它坚持保证兼容性。ARM 64位基本上是无法兼容现在32位,因为它要摒弃前面提及的“条件编码”的限制。
据说ARM64位基本就是一个MIPS-like的架构。将来ARM 64位产品如果要兼容32位产品,就必须在一个架构中同时集成32位和64位处理器,芯片体积会比较大,而ARM之所以能这么做的原因就是目前处于垄断地位,有足够的话语权。
4.移动平台之争
单从技术上来看,最快Intel在年底或明年推出的ATOM产品就可以在性能和功耗上与ARM持平。但从策略上看,Intel最挣钱的是服务器市场,PC 是老大,如果大举进军移动市场,会不会给PC市场带来冲击,从而影响到现有市场。一旦Intel确定要攻克移动市场,那它的策略重心可能就要放在移动端了。Intel后劲很大,毕竟占据制造工艺高地,随着工艺继续向22nm,14nm,7nm挺进,Intel的优势越来越明显。
ARM也开始推64位处理器,准备进军服务器市场,百度、Facebook已经开始采用。初期,ARM处理器主要还是应用于存储型服务器,冷数据处理。很显然,ARM在处理器市场也会占有一席之地,但在未来几年ARM也会面临一些挑战。
5.摩尔定律的终结
又是这几年老生常谈的话题,每年都会有一段时间会提及,但至今还未被推翻,制造工艺向22nm,14nm,7nm演进,制造设备越来越贵,投资越来越大,也就那么2-3家会跟进,是否依然能遵循摩尔定律?
“现在看来能改变摩尔定律的只能是材料上的革命,取代现有的硅材料,而且终结摩尔定律的公司很可能是创造摩尔定律的公司。”
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