ARM 能否凭借64位处理器占领高端芯片市场？

本刊编辑部

引 言

早在20 世纪90 年代初，美国的半导体设计公司MIPS就推出了MIPS ISA（指令结构集）首个64 位处理器架构。2012 年，MIPS公司的全部业务被Imagination公司接手后，其64位架构在移动GPU IP领域获得了新的发展。随着PC 业务呈逐年下降的趋势，Intel也看到了移动处理器市场的崛起，转而研发低端芯片，于2015年携新款Atom 64 位处理器冲击消费类电子市场。此外，Intel还并购了Altera公司，尝试新架构，以保持其在服务器市场的主导地位。

在移动互联芯片领域一统天下的ARM 公司，并不满足低端市场的骄人业绩，其预测到了64位处理器的巨大需求，于2012年发布64位处理器，正式向高端领域进军，这也为日后竞争激烈的64位战场埋下伏笔。

业界声音

近几年半导体产业进入超大规模整合时期，单纯的移动消费类芯片市场接近饱和，利润微薄，半导体厂家纷纷与ARM 联盟，转投高端服务器、云数据等领域，越来越多的企业将ARM 的64位处理器引入高端市场。ARM 能否凭借64 位处理器带动高端芯片市场？我们来看看2015年各大半导体厂家的市场动态。

Imagination 64位处理器发力移动领域

被Imagination公司收购后，MIPS的64位芯片得到了更多的优化，Imagination 公司在2014 年发布了新款MIPS I－class I6400CPU 系列产品，其首次融合了MIPS的64位架构及硬件虚拟化的IP核心，支持多线程、多核及多集群处理技术。

Intel在64位处理器市场中寻求转型

PC业务逐年下滑，而移动市场风生水起，Intel尝试借助Atom 处理器进军移动市场。2015年发布的64位移动芯片处理器Atom Z3580采用四核四线程设计，22nm工艺制造，主频达到2.3GHz，具有全新乱序执行Silvermont CPU 架构，可支持最新的Android 4.4.2系统（未来支持安卓5.0）。与此同时，Intel重金收购了可编程逻辑芯片巨头Altera，试图融合至强处理器（英特尔数据中心的主打芯片）及兼容的FPGA 到一个芯片中，这样，整合后的芯片就有了FPGA 的可重编程能力，基于FPGA 的加速器可以实现超过10 倍的性能提升，而功耗提升却很小。

Intel在高端服务器市场的主要客户是Facebook、谷歌、亚马逊、微软等科技巨头，这些具有大型数据中心的企业需要实现自己芯片的定制化，可嵌入芯片的FPGA 架构自然必不可少。虽然，Intel想在大数据和高端服务器市场抬高对手进入门槛的难度。

高通打造旗舰级手机芯片处理器

（1）基于ARM 的64位手机旗舰级芯片

手机芯片竞争激烈，进入64位时代以后，高通公司就推出了采用ARM 标准架构的芯片骁龙810。骁龙810借鉴了ARM 研发的Big.LITTLE架构设计，拥有4颗Cortex－A57CPU 核心 和4颗Cortex－A53CPU 核 心，最 高 主频达到2.0GHz，这两组CPU 核可以根据智能手机要处理任务的强度来智能开启和关闭。

（2）24核服务器芯片

随着移动芯片市场需求减缓，2015 年7 月高通公司重整其核心业务，积极拓展手机芯片以外的市场，开始向高端服务器、云计算等领域延伸。谷歌、亚马逊和Facebook等客户希望自主开发服务器并运行自己的软件，在服务器芯片市场，来自这些公司的订单比例正越来越高。2015年10月，高通公司推出了首款用于服务器的芯片。这款SoC包含24个用FinFET 工艺的定制64位ARMv8内核，以及一个存储器控制器、PCI Express和其他定制IP。高通的目标指向很明确，延伸业务至云应用、服务器（如基础设施和平台即服务、机器学习、大数据及NFV 领域），目前这一芯片正在试生产，而高通的潜在客户和合作伙伴可以进行测试。

AMD挑战64位8核服务器芯片

AMD识时务地选择了ARM 阵营，不仅生产x86架构产品，还宣布将于2016 年发布首款定制化的64 位ARMv8处理器，其代号为K12。K12 是基于ARM 的高性能、低功耗的内核，利用了AMD 的ARM 架构授权、基于64位架构设计研发，这款定制化的企业级64位ARM处理器为提高能效而设计，特别适用于服务器和嵌入式系统产品领域。

IBM 联姻ARM，在IoT领域展开合作

IBM 公司正在积极拓展其名为IoT Foundation的物联网平台，其具体举措就是将ARM 架构嵌入现有方案。IBM 与ARM 联姻，意味着ARM 面向微控制器的物联网云接口mbed已经能够与IBM 的IoT Foundation相对接。对接成功是因为，IBM 已经购买并安装了大量ARM 服务器，希望将其运行在IBM Bludmix云平台，即Power服务器当中。

联姻带来的好处是，通过在IBM Bluemix云中运行ARM 服务器并提供交钥匙方案，能够把IBM 在物联网方面的营收总额提升到新高度。

飞腾“火星”处理器媲美Intel顶级服务器芯片

在大型机方面，由中国国防科技大学高性能处理器研究团队建立的企业飞腾公司，推出了为大型机服务的64核的“火星”处理器。它们都可以轻易运行安卓、Linux系统和市面上大部分的应用，甚至可能兼容微软的Windows 10系统。

代号为“火星”的ARM 指令集64核处理器由中国团队开发的，拥有媲美Intel公司顶级服务器芯片的性能，“火星”处理器可兼容ARMv8 指令集，可四发射乱序执行，拥有多达64 个内核，是主频达到2 GHz的服务器CPU。在标准测试集中，火星处理器的多核整数分数高达672，浮点分数为585。相比之下，Intel强大的处理器Xeon E7－8890v3和Xeon E5－2699v3 的 整 数、浮 点 成 绩 分 别是680和460。

编辑视角

MIPS 64位处理器现状

MIPS被Imagination公司收购后，只在2014 年发布了一款64位处理器，原先采用MIPS架构的部分半导体公司也根据市场需要和模式，调转方向采用了ARM 架构。近几年的市场情况是：Freescale的数通产品IorIQ 从PowerPC e500 架 构 转 到 采 用ARM Cortex－A57 架 构；Broadcom 公司的Netlogic产品被Avago收购后，也采用了Cortex－A57架构；Marvell这个做无线路由器SoC 的厂家也开始转用ARM Cortex－A53架构。

从技术角度看，MIPS收取IP授权要比指令集授权更贵，而且允许添加指令，这就使得厂商们纷纷自行设计MIPS核心、添加指令、发布开发工具，碎片化严重。而ARM 指令集授权远远比IP 授权要贵，避免了碎片化的缺点。

MIPS的64位处理器后劲不足，究其原因还是其产品未能及时地顺应市场的需要。

转型中的Intel现状

Intel在以智能手机和平板电脑为代表的移动互联网市场一直进展不利，发布的Atom 处理器也并未在市场获得较大反响。Intel多年习惯的模式是生产制造几十、几百美元的处理器，这个价位上的毛利率惊人，并且一家独大，没有人能够撼动。而正是丰厚的毛利率使得Intel敢于付出高昂的代价研发下一代处理器技术和生产线制程，从而保持领先技术优势。Intel不愿意也不能够开放自己的昂贵生产线，广泛授权给其他半导体厂商生产自家架构的芯片。ARM 则是凭借着开源式的授权模式赚钱，无需制造昂贵的生产线生产芯片，省时省力。这也是Intel转入移动芯片市场，却收效甚微的主要原因。

随着高通、Applied Micro、AMD 等向Intel擅长的高端服务器领域进军，以及PC 份额的大幅下滑，Intel的霸主地位岌岌可危，其收购Altera的目的正是想利用FPGA强化和优化自身x86架构，指望在数据中心及未来物联网芯片市场占据主导优势，并借此将重心移至自己的核心优势领域（如服务器、大数据计算存储），抬高竞争对手进入此领域的门槛。

ARM 携64位芯片进军高端市场的优势

ARM 推出64位处理器的目的很明确，开拓服务器、云数据存储等高端芯片市场。随着半导体制造工艺的不断提升，ARM 处理器的功耗不断降低，处理器的性能也得到较大的提升，使其64位架构更适应服务器这种处理大量数据的工作环境；同时，ARM 阵营的半导体制造工艺逼近Intel，使得Intel的x86架构相较于ARM 阵营64位架构的优势不断缩小。

拥有大型数据中心的互联网企业都有意采用ARM架构的处理器节省能源，芯片企业中，Applied Micro、AMD已经在2015年推出了64位的服务器芯片，而谷歌、亚马逊、Facebook等企业也需要ARM 的高端可定制芯片来搭建适合自己的服务器、云平台。

从非技术的角度看，Intel占有超过九成的服务器市场份额，由于垄断市场，其服务器芯片价格奇高，2014年均价超过600美元；反观ARM，1片ARM 处理器仅卖几十美元，利润率虽然微薄，但是出货量很大。就ARM 公司而言，其设计和生产是分离的，设计的IP可以单独授权给各家厂商自行定制整合，而制造生产采用的是比较成熟的生产线，成本低、可选厂家也多。这样的模式对于想节省成本、达到高功效的厂家来说是有极大吸引力的。

64位处理器市场的竞争日益激烈，期待这些厂家未来的精彩表现！