引發(fā)芯片行業(yè)地震!ARM全新架構(gòu)如此彪悍
ARM近日推出全新的DynamIQ技術(shù),并表示作為未來ARM Cortex-A系列處理器的基礎(chǔ),基于ARM big.LITTLE技術(shù)演進(jìn)的DynamIQ技術(shù)相比上一代技術(shù)將提供更多的核心搭配方式,并覆蓋從端到云的安全、通用平臺。其中最令人感到驚訝的是ARM副總裁及計算產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理Nandan Nayampally宣稱根據(jù)ARM測算,到2020年左右搭載DynamIQ的ARM下一代芯片將比現(xiàn)在在人工智能表現(xiàn)上有50倍的性能提升。而在介紹DynamIQ技術(shù)之前先跟隨筆者一起簡單了解一下移動芯片領(lǐng)導(dǎo)者的ARM公司吧。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201703/345845.htmFabless模式助ARM用27年完成1000億芯片出貨量
伴隨近些年智能手機(jī)的火熱,ARM這三個字母開始被大眾所熟知。但大部分人所不知道的其實(shí)ARM公司的前身Acorn早在1978年就由物理學(xué)家赫爾曼·豪澤(Hermann Hauser)和工程師Chris Curry在英國倫敦正式成立。1990年ARM從Acorn分拆出來開啟了自己的傳奇之路。借助90年代手機(jī)的快速發(fā)展,2002年基于ARM技術(shù)的芯片出貨量累計達(dá)到了10億片,而此后的15年更是如開掛一般:2005年一年出貨量就完成10億片,2010年10億片的出貨速度縮短到了1個季度,到了2013年更是將時間進(jìn)一步縮短到只用一個月,并于2017年宣布正式達(dá)成1000億芯片出貨量的里程碑,而在輝煌成績的背后,F(xiàn)abless這種獨(dú)特的授權(quán)模式功不可沒,而Fabless到底是什么呢?
27年達(dá)成1000億芯片出貨量
在半導(dǎo)體芯片行業(yè),企業(yè)的模式主要分三種,一種是從設(shè)計,到制造、封裝測試以及投向消費(fèi)市場一條龍全包的企業(yè),稱為IDM(Integrated Design and Manufacture)公司,比如我們所熟知的英特爾。IDM模式的好處在于由于所有環(huán)節(jié)均一手包辦所以從IC 設(shè)計到完成IC制造所需的時間較短也不存在工藝流程對接的問題,缺點(diǎn)也很明顯,那就是對資金的需求堪稱海量,以臺積電將要新建的18英寸晶圓廠為例,預(yù)算高達(dá)159億美元,這顯然不是一般半導(dǎo)體廠商所能承受的。
說到Fabless就要提Foundry(代工廠),F(xiàn)abless是只做設(shè)計不做生產(chǎn),代表企業(yè)就是ARM。ARM不制造、不銷售任何芯片,只是自己設(shè)計IP,包括指令集架構(gòu)、微處理器、圖形核心、互連架構(gòu),然后誰喜歡誰想要就把授權(quán)賣給誰。至于客戶拿到ARM的IP后想怎么干完全不管。
而Foundry(代工廠)的代表企業(yè)臺積電和Global Foundry是只做代工不做設(shè)計。Fabless的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計靈活,設(shè)計成本低,而缺點(diǎn)則是需要與代工廠配合,比如當(dāng)你設(shè)計出10nm的芯片之后,如果代工廠工藝沒達(dá)到時你只能干著急。不過由于英特爾這類的傳統(tǒng)半導(dǎo)體大廠過去對移動市場的不重視,使得沒有什么競爭的ARM公司快速發(fā)展起來,而將其真正推向巔峰的則是其獨(dú)特的授權(quán)模式。
三大授權(quán)模式助ARM架構(gòu)百花齊放
ARM公司根據(jù)技術(shù)劃分的高級別類型,按照授權(quán)對象、用途來說有很多種方式。而我們目前在市場上所熟知的從高到低有三種:架構(gòu)層級授權(quán)、內(nèi)核層級授權(quán)、使用層級授權(quán)。
ARM授權(quán)制度
架構(gòu)層級授權(quán),是指可以對ARM架構(gòu)進(jìn)行大幅度改造,甚至可以對ARM架構(gòu)進(jìn)行大幅度改造,甚至可以對ARM指令集進(jìn)行擴(kuò)展或縮減,以便達(dá)到更高性能、更低功耗或更低成本等不同目的,授權(quán)費(fèi)用也最為昂貴。這方面的代表企業(yè)就是蘋果,高通和三星。
內(nèi)核層級授權(quán),是指用戶可以將其所購買的ARM核心應(yīng)用到其自行設(shè)計的芯片中。但用戶不得對其購買的ARM核心本身進(jìn)行修改,但可以以內(nèi)核為基礎(chǔ)然后再加上自己的外設(shè)(比如基帶),授權(quán)費(fèi)用居中,代表企業(yè)就是我們最熟知的華為麒麟處理器了。
華為麒麟
使用層級授權(quán),擁有使用授權(quán)的用戶只能購買已經(jīng)封裝好的ARM處理器核心,而如果想要實(shí)現(xiàn)更多功能和特性,則只能通過增加封裝之外的DSP核心的形式來實(shí)現(xiàn)(當(dāng)然,也可以通過對芯片的再封裝方法來實(shí)現(xiàn)),授權(quán)價格最便宜。目前絕大部分中國企業(yè)拿到的均是這種授權(quán)。
三大授權(quán)模式可以滿足任何企業(yè)的任何需求,從上層市場來說,蘋果、三星、高通三家由于具有強(qiáng)大的芯片設(shè)計能力,可以通過使用自主架構(gòu)來形成差異性競爭,而至于技術(shù)實(shí)力欠缺一籌的其他公司來也有公版架構(gòu)來選用,這就使得ARM的芯片設(shè)計制造生態(tài)圈出現(xiàn)了百花齊放百家爭鳴的現(xiàn)象。根據(jù)ARM公司現(xiàn)場公布的數(shù)據(jù),在已出貨的1000億顆基于ARM的芯片中,有500億顆是由ARM的合作伙伴從2013年到2017年出貨的。這些數(shù)據(jù)恰好證明了ARM授權(quán)模式的成功,但與此同時也衍生出一個問題,那就是越來越多的企業(yè)開始嘗試自主設(shè)計架構(gòu),讓ARM的公版架構(gòu)面臨成為雞肋的風(fēng)險。不過作為移動SOC市場上除高通外唯一能同時擁有CPU和GPU技術(shù)的公司,ARM顯然更希望生態(tài)圈內(nèi)的合作伙伴能更多的使用ARM自身開發(fā)的架構(gòu)。而隨著物聯(lián)網(wǎng),人工智能,云計算等行業(yè)的興起,ARM也加快了自身架構(gòu)的研發(fā)速度,于是DynamIQ橫空問世。
回歸單集群設(shè)計以退為進(jìn)
從早期為了突破單核性能的最多支持4顆核心的Mlticore單集群,到為了實(shí)現(xiàn)功耗優(yōu)化最多支持八核心的雙集群架構(gòu)big.LITTLE,再到現(xiàn)在為了推出的DynamIQ單一集群技術(shù)??梢钥闯鯝RM公司從始至終都秉承著高性能、低功耗、低價格的三大基礎(chǔ)原則進(jìn)行技術(shù)演進(jìn)。從雙集群到單集群的設(shè)計看似倒退實(shí)則是一次技術(shù)革命。以上一代big.LITTLE架構(gòu)為例,big.LITTLE架構(gòu)分為高性能集群和低功耗集群,每個集群最多各四顆核心。在運(yùn)行復(fù)雜大型程序時開啟高性能集群,而在運(yùn)行簡單程序時則開啟低功耗集群,這種做法盡管可以降低功耗但在靈活性上相比DynamIQ仍然稍遜一籌,例如,1+3或者1+7的SoC設(shè)計配置都是無法實(shí)現(xiàn)的,而這些都是在異構(gòu)計算和具有人工智能的設(shè)備上需要優(yōu)先考慮的。而全新的DynamIQ架構(gòu)可以在一個集群內(nèi)放置不同類型(按性能功耗分為:高性能高功耗和低性能低功耗)的核心來滿足例如圖像識別,語音識別核心,運(yùn)算核心等等不同的功能需求,每種功能對功耗自然有著不同的需求。在同一個集群內(nèi)無縫切換核心的設(shè)計增強(qiáng)了在同等芯片面積下的設(shè)計靈活性。重新設(shè)計的內(nèi)存子系統(tǒng)也將提高數(shù)據(jù)讀取能力并保持節(jié)能特性。
回歸單集群設(shè)計提供更多核心組合方式
Nandan Nayampally用一個例子來表述,例如物聯(lián)網(wǎng)時代的智能監(jiān)控。當(dāng)有人進(jìn)屋監(jiān)控設(shè)備聽到聲音的時候,也許是負(fù)責(zé)聲音識別的核心開啟工作,而當(dāng)看到影子的時候也許是負(fù)責(zé)簡單圖像識別例如分清是人還是物的核心開啟工作。到了人能顯現(xiàn)的時候就是負(fù)責(zé)面部識別核心開啟工作。DynamIQ的英文發(fā)音同單詞Dynamic完全一致,而Dynamic的中文意思正是動態(tài)、充滿變數(shù),相信這也是命名DyanmIQ的原因之一。
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