如果说计算世界里有一条海蛇,那就是 ARM 处理器的出现。几年来,ARM 芯片在智能手机中的崛起引发了人们对技术海啸的幻想,这场海啸将席卷英特尔和 AMD 巨头的 x86/x64 芯片。无论是在笔记本电脑还是云服务器领域,ARM 的举措层出不穷。
在最近引起大量墨迹的公告和谣言中,我们注意到高通凭借 Snapdragon 进军个人电脑市场,即将推出的芯片适用于亚马逊服务器的 ARM和安培,甚至Apple 假想的 MacBook它将用源自 iPhone 的 Ax 芯片取代英特尔酷睿。
如此多的举措被解读为“x86的终结”的迹象。简要概述 ARM 处理器的这一重大突破。
x86/x64 和 ARM:这是什么意思?
从智能手机到个人电脑,再到为我们提供数据的服务器,广义上的计算世界围绕着两种处理器架构。
在“动力”方面,我们发现Intel和AMD使用的x86/x64架构。 Intel是x86的发明者,曾将生产许可委托给AMD……AMD能够转变测试,并成为第一个基于该架构向大众提供64位芯片的公司——因此才提到x86/x64 。
这是我们在台式机和笔记本电脑甚至服务器和其他超级计算机中发现的处理器类型。
在环的另一边,ARM是由同名英国公司开发的架构,它是能耗冠军。
与英特尔和 AMD 不同,ARM 不生产自己的芯片,而是开发其他公司可以用来设计自己的处理器的架构。
因此,如果只有 AMD 和英特尔(或几乎)开发和销售 x86 芯片,就会有一大群设计师和制造商设计、定制、制造或制造 ARM 芯片。
一些脾气暴躁的人可能正确地指出其他架构的存在,他们是对的。但无论是超级计算机或卫星中的Power架构,还是SPARC、RISC V等MIPS架构,其使用领域相对于x86和ARM来说都极其缩小。
ARM Odyssey:征服世界的 BBC 协处理器
“Acorn RISC Machine”架构由英国公司 Acorn 在 20 世纪 80 年代初开发,其首次商业用途是实现用于支持 CPU 的协处理器,即集成到计算机中的 MOS 技术 6502。英国广播公司。
在英国儿童计算机教育计划的支持下,“Beeb”开发了 BBC Micro,这是一款简单而高效的计算机,在 1981 年至 1984 年间已售出超过 100 万台。
正是这种简单和高效的 DNA 影响了 ARM 指令集的发展吗?也许吧,但可以肯定的是,如果第一批 ARM 芯片能够一度与 x86 芯片的性能相媲美,那么 ARM 芯片的简单性让它们在其他地方大放异彩。
“别处”的意思是“无处不在”。 2017年,ARM宣布自20世纪80年代初以来已生产了超过1000亿颗ARM处理器,其中一半是在2013年至2017年间生产的。
2020年初,毫无疑问,电表已经远远超出了这个极限。因为智能手机树莓派, 的任天堂开关通过汽车平台英伟达泽维尔,从 iPad 到 Freebox Delta,从 Google Chromecast 到您的美善品 TM5与基于 ARM 架构的 CPU(或 SoC)配合使用的物体在我们身边随处可见。
在凭借出色的瓦特/性能比和高度可配置性征服世界之后,他们现在正试图(重新)进入“正常”计算的世界。
高通进攻PC,苹果埋伏
去年秋天微软 Surface 大会上最大的产品并不是搭载 AMD Ryzen Mobile 芯片的 Surface 15。如果这是微软首次在其品牌下推出采用 AMD 芯片的产品,那么 Ryzen 处理器就是“普通”x86 芯片。该剧真正的明星是Surface Pro X,一款集成了基于高通 Snapdragon 8cx 的定制“SQ1”芯片。和ARM SoC 据称与 15W Core i5 一样强大和一半的能源消耗。
在2012年至2015年间Surface RT的错误证明ARM芯片既没有能力也没有软件工具来对抗x86之后,高通Windows on Snapdragon项目支持的架构再次崛起。
如果什么第一批基于 Snapdragon 835 的机型有点弱电源侧,骁龙850带来的改进很快骁龙8cx使该平台成为个人计算机领域x86更强有力的竞争对手。
凭借在智能手机领域获得的专业知识,高通确实成功地将微软拖入了这场冒险——微软不仅开发了完全专用于ARM Snapdragon处理器的Windows 10,而且还对其进行推广、开发软件工具来鼓励开发者等。
还有很多工作要做,特别是编写驱动程序、支持 x64 应用程序和编译本机 ARM64 应用程序。但我们能够处理的第一款集成 Snapdragon 8cx 的便携式 PC 原型在我们看来,最终与经典的 x86 报价相匹配。
证明“威胁”严重,苹果第一款 MacBookiPhone和iPad中已经使用的基于ARM架构的集成芯片应该会在今年年底或明年初上市。 “经典”计算的进步甚至开始扩展到服务器。
服务器中的 ARM:从高通的失败到亚马逊的成功?
ARM 芯片的崛起终于进入了数据服务器领域。一个巨大的建筑群,排列着数十甚至数百个机柜走廊,这些机柜将计算机集成在“机架”中。
迄今为止,这个世界还是单个演员的狩猎场。 2018年,英特尔控制了99%的市场(是的,你没看错)。从那时起,AMD 凭借其EPYC 处理器,到 2020 年底可能会上升到 10%。
但这里是白色的帽子和白色的帽子。在服务器领域,x86 独领风骚。 ARM 对面包屑很满意。 Marvell 确实提供了名为“ThunderX2”的服务器芯片,但其采用情况却是传闻。
智能手机芯片领域的伟大冠军高通甚至与 Centriq 决裂。 2016 年发布的这款针对数据中心优化的 48 核 ARMv8-A 芯片未能取得突破,该项目在西方被叫停——高通将这个宝贝卖给了其中国子公司,该子公司继续与中国一个省份合作,让它继续存活下去。名称为Thang Long 4800。该项目现在仅限于一个非常特殊的市场,即集成内部加密部件的国家服务器芯片。
不过,骁龙和5G主宰的这次惨痛失败,并没有浇灭其他美国玩家的热情。第一个也是最具代表性的是亚马逊巨头。作为在线商务的冠军,亚马逊也是(最重要的是)云领域的世界第一,远远领先于微软 Azure。这类客户购买了如此多的处理器,以至于英特尔和 AMD 准备为他们开发(几乎)量身定制的参考产品。
然而,这种芯片并不能满足“怪物”的要求,因为亚马逊收购了一家公司(以色列安纳布尔纳实验室)来开发自己的芯片。
作为赞助商和设计者,亚马逊已经在自己的数据中心设计并部署了第一代 Graviton 芯片。其客户有一个强有力的论据:按小时租用的 AWS EC2“1”服务器实例比由 Intel Xeon 提供支持的实例便宜。
亚马逊的第一次测试发生了转变,该公司刚刚宣布即将部署第二代产品。这款新处理器名为“Graviton2”基于 ARM 完全针对服务器需求而设计的 Neoverse N1 规范。该芯片拥有 64 个 2.5GHz 核心,与 x86 处理器相比极具竞争力。
亚马逊并不是唯一一家相信 ARM 架构在数据中心的命运的公司,因为另一个更雄心勃勃的项目正在快速临近。
在英特尔前总裁、美国人 Renee J. James 的领导下,Ampere 今年将推出一款功能更强大的芯片,名为 Altra。
仍然基于ARM Neoverse N1内核,此次Altra将出货不少于80个物理核心时钟频率高达 3.0 GHz。散热率为210W的芯片。与经典 ARM 芯片的低功耗本源相去甚远。
然而,就亚马逊而言,就像安培一样,芯片的性能加上商业和软件环境是否最终能让 ARM 在 Netflix、微软和其他公司的服务器中找到一席之地,还有待观察。
Intel和AMD这两家x86巨头在ARM上与世界其他国家抗衡
x86/x64 和 ARM 之间这场“斗争”的基石之一,实际上并不是判断架构内在质量的问题。 x86/x64 最初肯定更适合强大的处理器,但英特尔凌动的替代品,未来的“Tremont”芯片显示 TDP 在 0.5W 到 2W 之间。
至于 ARM 芯片,如果该架构最初是在尽可能低的能耗下开发的,那么 Amazon Graviton2 芯片的首次性能测量显示,该芯片的功率为 100W,可与英特尔的 Xeon 和 EPYC 芯片相媲美。
因此,真正的战斗不是两种架构之间的战斗,而是双寡头控制的 ISA(架构)和更开放的 ISA 之间的战斗,任何公司都可以通过许可证和优秀的工程师来适应其需求。
因为在x86/x64芯片领域,只有Intel和AMD同时拥有商业许可和有竞争力的产品线——台湾VIA确实拥有x86许可,但其报价几乎不存在,因为技术上不合时宜。
没有新进入者可以在没有向英特尔申请许可的情况下提供其 x86 处理器——英特尔似乎并不倾向于鼓励新的 AMD 的出现(我们想知道为什么!)。
无论他们是英特尔和 AMD 的直接或间接竞争对手(高通、Marvell、联发科、三星、华为)、对其芯片的某些功能/特性不满意的合作伙伴(亚马逊、苹果)、决心在世界上找到一席之地的初创企业半导体(安培)或负责确保本国技术独立的“民族”公司(华为),目前唯一可行的选择是依赖像 ARM 这样的架构。
因为通过支付许可证,任何人都可以使用 ARM 的计划,为针对特定用途量身定制的“内部”芯片奠定基础。在享受一个水池大量训练有素的工程师和众多兼容的软件工具。
即使在这两个方面,也是x86更有优势。而且是从很远的地方来的。
英特尔和 AMD 还没有死(但根本没有死)
除了x86在“高功率计算”(HPC)领域是非常成熟、非常高效的架构以及AMD的觉醒让Intel跳出常规在各个领域加速之外,x86还有一个内在的优势:历史。
过去四十年一直由 x86 主导。绝大多数开发人员每天都在 x86 机器(Windows、Mac 或 GNU/Linux)上工作,并且主要针对 x86 平台进行开发。
从已安装的机器到 IT 文献、培训、经过培训的工程师、软件工具等。 x86是个人电脑中的主宰,也是服务器中的绝对君主。更不用说 x86 的一个根本优势:兼容性。
很多时候,ARM芯片海关当来自通用 x86 编译器的代码在旧的 Intel CPU 和最新的 AMD 芯片上运行得一样好时,需要仔细编译。
此外,我们必须警惕数字。如果说英特尔的“处理器”市场份额受到威胁,那是因为该公司处于准垄断地位。因为从纯粹的商业角度来看——也就是说资金流入——情况绝对不是黑色的。恰恰相反。服务器芯片市场确实受益于数据中心和其他超级计算机的繁荣。即使市场份额可能下降(嗯,英特尔的市场份额几乎占据了一切),需求量仍然会导致销量和营业额逐年增加。
AMD 方面,其最新一代 EPYC CPU 功能非常强大,以至于业界无论是在数据中心还是超级计算机中都在大量采用它们。至于在3000亿美元的全球市场(CPU、网络等)中占据主导地位的英特尔,这个巨头已经投资了许多其他业务构建模块,特别是在人工智能(芯片)领域Nervana [英文链接], 赎回达哈纳巴)。它目前控制着超级计算市场:世界上最强大的 100 台超级计算机中有 87 台采用 Intel Xeon (x86),只有 1 台采用 AMD (x86),其余采用 Sparc、Power 或 Sugon。 ARM 中没有一个。
最终,即使ARM架构能够在PC和服务器领域占据一席之地,也需要很长时间才能真正动摇Intel和AMD的据点。
这对于 ARM 架构来说并不是什么大问题,因为它已经统治了世界其他地区。