ARM与英特尔所称霸的芯片领域是传统的PC及服务器市场,而ARM则是移动终端芯片领域毫无疑问的巨头。ARM与英特尔虽然同在半导体行业,但在发展领域、成就和商业模式上却完全不同。
提起芯片厂商,相信每一个人都会想起的是英特尔、三星、高通等这些公司,但今天软银要花243亿英镑收购的这家芯片公司——ARM——你了解吗?
ARM被誉为英国最成功的科技公司,与在互联网浪潮中默默无闻的英国一样,它低调到外行人基本没有听过它的名字,但这并不影响它在整个半导体行业的地位。ARM究竟发展如何?其与英特尔的关系又是什么?
与英特尔并驾齐驱的ARM
从移动智能终端起步到现在,ARM一直处于这个芯片市场的领导地位。2015年,包括高通、三星、联发科等在内的全球1384家移动芯片制造商都采用了ARM的架构,全球有超过85%的智能手机和平板电脑的芯片都采用的是ARM架构的处理器,超过70%的智能电视也在使用ARM的处理器。
▲图片说明:ARM在半导体领域的市场份额(资料来源:2015年ARM财报)
完全不同的商业模式
2015年ARM的营收达到为14.89亿美元,而英特尔则为516.9亿美元。差距悬殊的原因是在于二者的商业模式完全不同。
英特尔研发、制造芯片并销售,而ARM则是把技术授权给其他半导体制造商,从中收取少量的授权费。
虽然从营收和估值上看,ARM和英特尔对比悬殊,但事实上,作为以技术创新和技术授权为主的ARM一直站在半导体产业链的上游。
在ARM这种商业模式下,基本上全球所有的半导体公司都与ARM达成协议,采用ARM的芯片架构与技术,把重心放在生产与销售上。而ARM收取的授权费则继续再投入到研发中,以此反复。
2015年,ARM有一半的收入来自于其几年前的一项技术,从智能手机到移动基站,从WiFi热点到企业网络,从智能电视到视频点播服务器,承载着ARM架构设计的芯片几乎无处不在。售卖知识产权的模式让ARM处于整个行业价值链顶端,授权企业的盈亏都与它无关。
而反观英特尔,虽然整体营收巨大,却止不住下跌趋势,所以ARM在商业模式就比其成功了不止一点。
▲图片说明:ARM技术授权在各领域比例(资料来源:2015年ARM财报)
▲图片说明:ARM营收构成(资料来源:2015年ARM财报)
移动领域发起的新竞争
一个研发、制造并销售,一个只是售卖IP,是不是英特尔与ARM就不存在竞争了呢?
确实,由于ARM的授权费相当低廉,从实际的营收角度看,在过去几年的半导体公司收入排行中,三星紧跟在榜首英特尔的后面,因此三星才是英特尔实质性的竞争对手。
但随着移动终端芯片市场的不断扩大,英特尔也看到了市场的未来所在,一直想凭借在PC及服务器芯片市场上的绝对优势,将芯片架构引入移动终端,因此这几年动作频频,但却因为其超高的功耗而显得困难重重,而ARM向来只设计低功耗处理器,所以在移动终端领域的芯片竞争,英特尔显得有些力不从心。
面对英特尔进攻的压力,ARM也喊出:“英特尔想通吃电脑和手机两块市场,我们要说NO!”这几年,ARM一方面推出新的架构(如big.LITTLE架构),另外一方面也不断改进核心结构提升性能,吸引相关厂商将ARM架构引入PC和服务器市场。
附:ARM的成长史
1978年,ARM前身Acorn RISC Machine于剑桥成立。
1985年2月,当时的IT巨头Olivetti收购Acorn 49.3%的股份,更多地将ARM处理器用于研发,这让Acorn发展受阻,所以Acorn选择独立。
1990年11月,Acorn、Apple和VLSI共同出资创建了ARM。Acorn RISC Machine正式更名为Advanced RISC Machine。
1993年,Cirrus Logic和德州仪器公司先后加入ARM阵营。当年ARM7问世。
1997年,ARM里程碑产品ARM9发布,标志着ARM处理器正式进入微处理器领域。
1998年4月17日,ARM在英国伦敦证交所和美国纳斯达克上市。
2004年,Cortex系列处理器诞生,从此不再用数字为处理器命名。它分为A、R和M三类,面向不同的市场。
2008年,ARM芯片的出货量正式突破100亿片
2010年6月,苹果表示有意以80亿美元的价格收购ARM,但遭到拒绝。ARM公司CEO Warren East称“ARM公司作为独立公司更具价值”。
2011年,ARM推出了旗下首款64位架构ARMv8,还推出了big.LITTLE技术,高性能核心与节能核心相结合。
2013年12月13日,ARM收购著名光引擎技术公司Geomerics,扩大在图形技术行业的领先地位。
2015年,ARM基于ARMv8架构推出了面向企业级市场的新平台标准,此外还开始在物联网领域发力。
ARM与英特尔开启人工智能战争
ARM本身的研发体制也很强,主要透过购并、异业结盟来做为强化手段,尤其近2年,ARM在资安、高端运算、医疗等领域的动作频频。
2015年7月ARM购并以色列网络安全公司Sansa Security,Sansa Security主要业务为提供嵌入式芯片安全系统设计,完成购并后,ARM可望在旗下芯片增加更多安全功能,而ARM也致力提升自家网络系统的安全性,如2016年10月将软硬件解决方案TrustZone从手机用的Cortex-A系列处理器,延伸到小型物联网(IoT)设备用的Cortex-M系列处理器。TrustZone在韧体更新时,能侦测软件是否被窜改,或感染病毒。
目前ARM在高效能运算的技术研发是和伙伴关系的富士通(Fujitsu)为核心,富士通已表明,在下一代超级电脑Post-K将使用ARMv8架构,Post-K计划于2020年推出。
放眼望去,能开发搭载超大核心处理器的公司,仅有英特尔等少数几家,而富士通具有长年研发超大核心的经验,若能由此提供ARM架构处理器,将可克服ARM过往服务器性能不如英特尔Xeon的问题,有利ARM推展服务器市场。
ARM在和富士通合作研发的高效能运算技术中,嵌入SIMD单指令多数据指令,因此,相较过往单精度32bit或双精度64bit的运算,大幅降低了深度学习过程所需电力,而在手机用Cortex-A系列处理器,也加入适用人工智能演算的指令,以有效执行影像、声音辨识等的处理。
善于水平分工、广结善缘的ARM,正式向英特尔宣战,而这场人工智能之战,谁胜谁负尚未得知。
据国外媒体报道,ARM预计,其联网笔记本电脑(always-connected laptop)中央处理器(CPU)的性能在直到2020年期间将以每年15%的速度提高。该公司表示,其设计的ARM芯片将用于Windows笔记本电脑和其他设备(例如Chromebook),与采用英特尔芯片的Windows笔记本电脑相比,采用ARM芯片的Windows笔记本电脑的性能提高得更快。
ARM营销主管伊恩·斯迈斯(Ian Smythe)在一篇博客文章中表示,该公司正在定位自己,目标是从英特尔手中抢夺联网5G笔记本电脑市场份额。
“在过去五年里,ARM技术的进步给我们的智能手机带来了台式机级别的个人电脑性能,从根本上改变了我们在日常生活中使用技术的方式,”伊恩·斯迈斯表示,“这是ARM每年都推出新的世界级CPU设计的直接结果,自2013年以来,这种设计在指令/时钟(IPC)性能方面每年都能实现两位数字的增长。”
ARM的这一预测,基于其制程设计以及芯片制造伙伴在制程技术方面的预期收获,但这一预测或许有违芯片业著名的摩尔定律。摩尔定律(Moore‘s Law)曾预言芯片上的晶体管数量将每隔两年增加一倍,但是这一预言中的增长速度在实际中正在放慢。
同时,5G无线网络数据处理所需的半导体也面临着新的挑战。
ARM改善客户端CPU性能的最新例子是推出了Cortex-A76 CPU,与上一代相比,在不影响能效情况下,它的性能提高了35%。
ARM预计,首批7纳米技术的制造产品将于今年晚些时候投入生产,这将给ARM CPU带来性能提升。展望未来,ARM预计从现在到2020年,制造业和芯片设计都将得到改善。
Cortex-A76的下一代将取名为Deimos,并于2018年交付给ARM合作伙伴。优化为最新的7纳米制造工艺的Deimos,基于Arm DynamIQ技术,预计其计算性能将至少提升15%。
在2019年,代号为Hercules的CPU将提供给ARM合作伙伴。Hercules也基于DynamIQ技术,它将提升至最新的5纳米和7纳米节点两个技术。Hercules保持着计算性能的提升,同时还将功率和面积效率提高了10%(除了来自5纳米进程节点可以实现的效率增益)。
伊恩·斯迈斯表示,ARM客户端CPU的路线图旨在利用5G将给所有客户设备带来的颠覆性创新。他说,再加上硅代工合作伙伴的创新,ARM芯片将能够突破x86的主导地位,未来五年内将能够在Windows笔记本电脑和Chromebook领域获得巨大的市场份额。
领先的PC制造商正在推出基于ARM的机器。这些机器由基于ARM架构的高通Snapdragon系统芯片(SoC)驱动,可以运行Windows 10。伊恩·斯迈斯表示,这些基于ARM的笔记本电脑,已经由华硕、联想、惠普和三星电子公司推出。与微软一起,这些合作伙伴为用户提供了一个新的连通性选择,并提供了一年前无法实现的永远在线体验。
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