前有AWS與華為，后有微軟和蘋果，ARM架構(gòu)為何吃香

過去一年間，芯片產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷巨變。

無論是在PC互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，還是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，x86架構(gòu)都曾是PC市場(chǎng)、數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域不可撼動(dòng)的壟斷者。而現(xiàn)在“以英特爾為代表的x86架構(gòu)廠商受到了‘背叛’?！?一位不愿意透露名字的業(yè)內(nèi)人士這樣向中國(guó)軟件網(wǎng)形容到。

挑戰(zhàn)者是芯片產(chǎn)業(yè)另一架構(gòu)——ARM：“蘋果發(fā)布了搭載ARM架構(gòu)的M1芯片筆記本，微軟也要用ARM架構(gòu)自研芯片了。這以前可都是x86架構(gòu)的大客戶。”該業(yè)內(nèi)人士說。

盡管在PC互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，ARM架構(gòu)非常小眾化。但隨著3G、4G網(wǎng)絡(luò)興起，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代ARM架構(gòu)顯然迎來了發(fā)展，并成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新王者。

不僅如此，隨著萬物互聯(lián)時(shí)代到來。能看到，在移動(dòng)終端市場(chǎng)稱霸的ARM，也正在向PC市場(chǎng)、數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域試探……

RISC與CISC

在談x86架構(gòu)與ARM架構(gòu)之前，我們不妨先來了解下RISC與CISC。這是因?yàn)?，無論是x86架構(gòu)還是ARM架構(gòu)，由其組成的CPU均包含著大量實(shí)現(xiàn)各種功能的指令或者微指令。而RISC與CISC，便是這些指令的結(jié)合，即指令集。

其中，CISC全稱Complex Instruction Set Computers，即復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)。“早期計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度慢，為了提升性能，開發(fā)者不斷在指令系統(tǒng)中添加指令。雖然性能越來越高，但這也使其指令集越來越復(fù)雜?！睒I(yè)內(nèi)人士說。

而在CISC指令集中，由其使用頻率也產(chǎn)生了“二八定律”，即20%的簡(jiǎn)單的指令被反復(fù)使用，使用量約占整個(gè)程序代碼的80%；剩下80%左右的指令很少使用，其使用量約占整個(gè)程序代碼的20%。

正是這樣，RISC誕生了。RISC全稱Reduced Instruction Set Computers，即精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)。其設(shè)計(jì)初衷便是通過精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)減少硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，提高指令執(zhí)行速度。在RISC中，無論簡(jiǎn)單還是復(fù)雜的操作，均由簡(jiǎn)單指令的程序塊完成。

目前，CISC的代表為x86架構(gòu)，如英特爾、AMD；RISC的代表為ARM架構(gòu)、IBM Power。

“基于CISC的CPU，包含著豐富的電路單元，因此其面積更大、性能更高，自然功耗也大?！睒I(yè)內(nèi)人士介紹到，“基于RICS的CPU，其內(nèi)部電路單元較少，面積也小，功耗自然也低?！?/strong>

走向PC市場(chǎng)，更運(yùn)用于云服務(wù)

RISC與CISC的不同，基于x86架構(gòu)的CPU更強(qiáng)調(diào)性能，對(duì)功耗及續(xù)航并不太關(guān)注。因此，x86架構(gòu)主要用于PC和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。從互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代一直到今天的智能時(shí)代，這一架構(gòu)在PC和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域都是絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者。這也成就了英特爾、AMD兩家芯片巨頭。

而ARM架構(gòu)，由于更注重功耗，對(duì)性能要求并不高。因此更多用于移動(dòng)終端設(shè)備，如手機(jī)、平板。所以，ARM架構(gòu)在PC互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代并未得到發(fā)展。這也解答了文章開頭，為何ARM架構(gòu)在3G、4G時(shí)代伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代迎來發(fā)展。

“你能看到，無論是高通驍龍、還是華為海思麒麟、三星獵戶座，還是蘋果的A系列處理器，目前市面上的智能手機(jī)處理器，都是基于ARM架構(gòu)。ARM+Android的‘雙A’陣營(yíng)成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的最大贏家?！?/strong>業(yè)內(nèi)人士總結(jié)到。

不僅如此，在“收割”了移動(dòng)終端市場(chǎng)后，ARM架構(gòu)正逐漸向PC和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域進(jìn)軍。如最廣為人知的蘋果新款MacBook便搭載了蘋果自研的ARM架構(gòu)處理器M1。蘋果透露，搭載M1芯片的MacBook Air系統(tǒng)相比已上市的配備1.2GHz 4核英特爾酷睿i7處理器的MacBook Air系統(tǒng)，其CPU速度提升3.5倍；視頻處理速度提升3.9倍；圖形處理速度提升7.1倍。

更重要的是，得益于ARM架構(gòu)在功耗方面的優(yōu)勢(shì)，搭載M1芯片的MacBook在提升性能的同時(shí)，進(jìn)一步延長(zhǎng)了電池的續(xù)航時(shí)間。據(jù)悉，搭載M1芯片的MacBook，無線上網(wǎng)時(shí)間可達(dá)17小時(shí)。其功耗比相比2012年的MacBook，提升3倍。

在2019年，華為也發(fā)布了搭載高通驍龍850處理器的MateBook E，該筆記本也搭載了ARM架構(gòu)處理器。

除了在PC市場(chǎng)的應(yīng)用，ARM架構(gòu)更是運(yùn)用到了服務(wù)器以及云服務(wù)中去。如AWS re:Invent 2018大會(huì)上，AWS基礎(chǔ)設(shè)施副總裁Peter DeSantis便首次公開了基于ARM架構(gòu)的AWS Graviton服務(wù)器處理器，并推出了基于Graviton的云實(shí)例EC2 A1。

“眾所周知的是，云服務(wù)對(duì)性能的要求極高，能將ARM架構(gòu)運(yùn)用于云服務(wù)中，這本身便是對(duì)ARM架構(gòu)的肯定。”業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為。

的確，Peter DeSantis也表示，相比基于英特爾或AMD芯片的云服務(wù)，Graviton的運(yùn)行成本降低45%，并公開提供租賃服務(wù)，即用戶可以自行選擇基于英特爾、AMD或者Graviton處理器提供的服務(wù)。

在AWS re:Invent 2019大會(huì)上，Graviton迎來了第二代。AWS表示，Graviton2相較x86架構(gòu)同類產(chǎn)品，計(jì)算量提升4倍，性價(jià)比提升最高達(dá)40%。

華為也在2019年發(fā)布了基于ARM架構(gòu)的鯤鵬920芯片，以及三款搭載鯤鵬920芯片的泰山（TaiShan）ARM服務(wù)器。

此外，微軟2020年12月份也被爆出，正為自家Azure云服務(wù)以及Surface筆記本設(shè)備設(shè)計(jì)基于ARM架構(gòu)的處理器。

萬物互聯(lián)，ARM架構(gòu)發(fā)展的又一契機(jī)

這還并不是ARM架構(gòu)的高峰。面對(duì)即將到來的智能時(shí)代，無論是業(yè)內(nèi)人士還是中國(guó)軟件網(wǎng)都認(rèn)為，ARM架構(gòu)還將繼續(xù)擴(kuò)大其市場(chǎng)。原因在于三方面：

首先是物聯(lián)網(wǎng)帶來的機(jī)遇。伴隨著智能時(shí)代的到來，物聯(lián)網(wǎng)將興起，而移動(dòng)終端以及嵌入式終端設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，這恰是ARM架構(gòu)最擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)更多的終端接入量意味著更多基于ARM架構(gòu)的芯片出貨量。

其次是PC及數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域帶來的市場(chǎng)。未來，將會(huì)有更多的PC廠商及云服務(wù)商推出基于ARM架構(gòu)的PC設(shè)備及云服務(wù)。

最后是英偉達(dá)+ARM的組合效應(yīng)。2020年9月英偉達(dá)宣布以400億美元收購(gòu)ARM成為業(yè)界最大的事件。一個(gè)擅長(zhǎng)GPU，一個(gè)擅長(zhǎng)CPU。雙方的組合將重塑數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)。