x86做移動芯片真不行？為Intel“平反”

隨著ARM架構(gòu)處理器在移動市場的崛起，Intel所堅持的x86架構(gòu)似乎被認(rèn)為是錯的，一直以來也有不少人堅持這樣的觀點，Seeking Alpha作者Ashraf Eassa近日卻撰文表示，ARM是錯的，ARM在PC領(lǐng)域和服務(wù)器領(lǐng)域會很快消亡，而Intel則將在平板和手機(jī)領(lǐng)域獲得更多的份額，以下是原文：

我欣賞ARM公司如今的成績和產(chǎn)品，但是我對其首席執(zhí)行官近年來宣稱“ARM指令集架構(gòu)在能效方面，相對于競爭對手Intel的芯片具有天然架構(gòu)優(yōu)勢”的夸大言論表示質(zhì)疑。一直以來，我在《Seeking Alpha》上都表達(dá)了這樣的觀點：指令集因素對于功耗的影響是可以忽略不計的，微處理器架構(gòu)（真正的處理器設(shè)計）才是決定“每瓦性能比”指標(biāo)的關(guān)鍵。在這篇文章中，我將向大家展示來自學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的一些研究成果，這些研究證實了我的觀點。同時，我還將就其長遠(yuǎn)意義進(jìn)行更加深入的分析。

先從這段我采訪ARM首席執(zhí)行官的摘錄寫起：

“Intel必然會贏得一些智能手機(jī)設(shè)計。我們將Intel視為非常重要的競爭對手。它們能否成為能效方面的領(lǐng)導(dǎo)者？不，當(dāng)然不會。”

這一觀點已被解讀成一個觀念，即IntelX86指令集存在一些固有的能效問題。這導(dǎo)致許多非技術(shù)人員發(fā)表了被誤導(dǎo)了的言論，認(rèn)為Intel應(yīng)該“獲取ARM授權(quán)許可”并“構(gòu)建ARM芯片。”這是一個明顯荒謬的觀念，而更多明智的人則一再指出：所有這些只是微架構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)。從歷史上看，Intel一直將更高性能設(shè)計作為目標(biāo)。顯然，這將導(dǎo)致更大的功耗。此外，由于性能/功耗比曲線是非線性的，這些因素會讓人們會誤以為：ARM能夠以更低的功耗升級至Intel的性能水平。

微架構(gòu)vs.指令集

廣義的“ARM芯片”的概念正被誤讀。“ARM芯片”有兩種類型：

通用內(nèi)核：對于那些沒有資源和意愿來開發(fā)其自有處理器的公司，ARM提供了完整的CPU內(nèi)核設(shè)計。從性能/功耗比的角度來看，這些內(nèi)核通常都相當(dāng)不錯，這也是它們被廣泛采用的原因。

定制內(nèi)核：希望針對特定負(fù)載而提供差異化能力的公司，會采用定制CPU內(nèi)核。

ARM自有的CPU內(nèi)核對大部分智能手機(jī)/平板電腦來說足夠高效和強(qiáng)大。然而，諸如蘋果和高通這樣的企業(yè)認(rèn)為，有必要在內(nèi)核設(shè)計方面走自己的路，因此每家公司的內(nèi)核設(shè)計都有各自不同的性能/功耗特性。如果能效單純是指令集帶來的，那么高通和蘋果就沒有必要做這項工作——這分明就是浪費錢。我的主張是：實際的芯片設(shè)計，再加上制造這個芯片所采用的晶體管技術(shù)，才是性能/功耗比的決定因素。

簡單地說，“ARM指令集”是用來實現(xiàn)軟件兼容性的。因此，一款蘋果ARM內(nèi)核能夠運行與高通ARM內(nèi)核相同的代碼。當(dāng)然，指令集還定義了其他一些事情，例如內(nèi)存如何尋址、哪些指令需要被執(zhí)行、有多少寄存器可用。但實際上，大多數(shù)的指令集（X86、POWER、ARM、MIPS）都是非常出色的。

研究結(jié)果證明了這一點

由威斯康辛大學(xué)的幾名研究人員撰寫的，并在IEEE高性能計算機(jī)架構(gòu)國際研討會上發(fā)表的研究報告，得出了以下結(jié)論，澄清了業(yè)界對ARM/X86的不實傳言：

1、性能的差異是由微架構(gòu)的差異所導(dǎo)致的，與ISA（指令集架構(gòu)）無關(guān)。

2、能耗同樣與ISA無關(guān)。

3、ISA差異會對技術(shù)實現(xiàn)方法產(chǎn)生影響，但是現(xiàn)代微架構(gòu)技術(shù)已經(jīng)讓這些影響不具備實際意義；從根本上說，不存在某個ISA更加高效。

4、ARM和X86的具體實現(xiàn)僅僅是為不同性能水平進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計點而已。

盡管技術(shù)領(lǐng)域的許多人一直持有這樣正確的觀點，但是投資界則基本上都被蒙在鼓里。那么，這些研究結(jié)果意味著什么呢？

ARM在服務(wù)器領(lǐng)域?qū)⒑芸煜?/strong>

ARM服務(wù)器設(shè)計的一大“賣點”，就是被“神話”的強(qiáng)于Intel的能效。但是，ARM指令集架構(gòu)在該領(lǐng)域并無優(yōu)勢，而Intel通過調(diào)整精化其下一代微架構(gòu)，將達(dá)到傳統(tǒng)ARM的功耗水平。但與ARM竭力吹捧的指令集架構(gòu)優(yōu)勢不同，Intel具備以下實際的優(yōu)勢：

1、在服務(wù)器廠商當(dāng)中的口碑：Intel目前擁有服務(wù)器市場，并已反復(fù)證明它能夠生產(chǎn)可靠、快速、高效的解決方案。構(gòu)建服務(wù)器來支持網(wǎng)站關(guān)鍵節(jié)點的人們，將會非常猶豫轉(zhuǎn)向使用像ARM這樣的“小家伙”作為服務(wù)器的核心。具有諷刺意味的是，不斷痛失服務(wù)器市場份額的AMD公司，可能是僅有的一家在服務(wù)器領(lǐng)域口碑不錯的微服務(wù)器廠商，因為它在服務(wù)器芯片業(yè)務(wù)方面有十多年的經(jīng)驗。

2、全球最先進(jìn)的晶體管技術(shù)：從根本上講，處理器取決于晶體管。在給定功率的芯片中內(nèi)置的晶體管數(shù)量越多、每個晶體管消耗的功率越少，你就能讓芯片變得更快、更好和更便宜。當(dāng)其他芯片廠還在苦苦掙扎于28納米 HKMG（高K金屬柵極）的時候，Intel已經(jīng)進(jìn)入22納米制程，即第一代三柵極，同時也是其第三代高K金屬柵極制程。今年即將推出的基于該制程技術(shù)的全新凌動處理器，將會把Applied Micro的40納米制程的“X-Gene”以及其它32納米/28納米制程設(shè)計的芯片打得片甲不留。隨著Intel在2014年切入14 納米，競爭對手的日子會更難過。AMD同樣處于劣勢。

3、長期積累的微架構(gòu)經(jīng)驗：Intel 5年前推出的凌動內(nèi)核，已被證明足以有效抗衡ARM Cortex A9、高通最新卓越的“Krait”以及蘋果耀眼的“Swift”。在32納米制程方面，Intel古老的內(nèi)核在能效上與最好的32納米/28納米ARM設(shè)計相比，非常具有競爭力。你能否想象在Intel今年過渡至全新微架構(gòu)，并將在制程技術(shù)方面領(lǐng)先1到2代（22nm + FinFET）的狀況下，將會發(fā)生什么？這甚至不能被稱為競爭。

Intel不僅擁有主場優(yōu)勢，還極有可能具備能夠以比競爭對手成本更低的方式構(gòu)建用于服務(wù)器的卓越芯片，這將封死ARM服務(wù)器廠商進(jìn)入的大門。哦，我還忘了提及另一個優(yōu)勢：Intel具有自己的晶圓廠(可保留晶圓代工廠的利潤在自己手里)，而其它所有公司都必須向臺積電/GloFo/聯(lián)電/三星付費，這使得Intel擁有顯著的成本結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。

ARM在傳統(tǒng)PC領(lǐng)域?qū)⒑芸煜?/strong>

這一研究報告對于提高性能方面得出以下觀點：

高性能處理器相較于低性能處理器需要更多的功耗，這與指令集架構(gòu)或是能效無關(guān)。它們遵循公認(rèn)的功耗/性能相互制約的魔方。

這就是為什么無論何時有人一說Intel的“內(nèi)核”產(chǎn)品“能效不高”，我就失望搖頭的原因。性能的增加和能耗不是線性增加的關(guān)系。你不能簡單地將一個低功耗ARM或凌動處理器的性能和能耗乘以數(shù)倍，然后就聲稱這樣的處理器的內(nèi)核將比目前更強(qiáng)大的處理器的內(nèi)核更高效。人們的確試圖在一個芯片或系統(tǒng)上堅持內(nèi)置任意數(shù)量的內(nèi)核，然后宣稱目前“大”內(nèi)核設(shè)計的處理器是不必要的。但這是有條件的，即軟件執(zhí)行必須高度并行在任意數(shù)量的小內(nèi)核上，而絲毫不考慮軟件中單線程執(zhí)行的性能。對于大部分工作負(fù)載而言，這是一個非常大的常識性假設(shè)錯誤。

在PC領(lǐng)域，Intel擁有“數(shù)十年經(jīng)驗”這一優(yōu)勢，再加上非常明顯的制程技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，以及長期沉淀的軟件基礎(chǔ)，任何ARM廠商都絕無可能在傳統(tǒng)Windows PC領(lǐng)域玩得轉(zhuǎn)，除非安卓或Chrome操作系統(tǒng)取得顯著進(jìn)展，才有可能與Intel和AMD在同場競爭。

Intel將在平板電腦/手機(jī)領(lǐng)域獲得市場份額

世界上最流行的操作系統(tǒng)——谷歌的安卓——完全與指令集無關(guān)，Intel正在積極地與那些僅編寫ARM原生代碼的軟件開發(fā)者合作，以便進(jìn)行重新編譯。有趣的是，我曾經(jīng)花幾周時間使用基于Intel處理器的摩托羅拉Razr i手機(jī)，發(fā)現(xiàn)任何在其上運行的應(yīng)用程序都不存在兼容性問題。

在平板電腦和變形設(shè)備設(shè)計方面，Intel在Windows 8領(lǐng)域只與AMD競爭，并與NVIDIA、高通、三星及其它亞洲系統(tǒng)芯片（SoC）廠商競爭安卓市場份額（所有這些平臺都基于ARM）。我并不知道Intel在這塊市場可以取得多少市場份額，但是它將擁有一個強(qiáng)大的產(chǎn)品，使其至少在這塊市場中分得不小的一杯羹。

在手機(jī)領(lǐng)域，我注意到一些能夠提供頂尖調(diào)制解調(diào)器的公司數(shù)量正不斷減少。高通、Intel和博通將是該領(lǐng)域的主要廠商，未來一兩年，Intel將伴隨其在LTE領(lǐng)域所取得的進(jìn)展而贏得美國市場的設(shè)計訂單。Intel缺席美國市場與X86/ARM并沒有多大關(guān)系，而完全是因為LTE。是否曾注意到高通是如何進(jìn)入每個在美國市場銷售的手機(jī)的？完全是由于調(diào)制解調(diào)器。X86/ARM是一個爭議點，如果Intel設(shè)計基于ARM的芯片，那么它將在這個領(lǐng)域顆粒無收。

結(jié)論

沒錯，ARM的股價正呈上升趨勢；是的，它現(xiàn)在占據(jù)平板電腦/智能手機(jī)市場的絕大多數(shù)份額，平板電腦/智能手機(jī)被稱為“由兼容ARM的系統(tǒng)芯片（SoC）驅(qū)動的設(shè)備”，但是由此貶損Intel的實力是荒誕可笑的。有人曾告訴我，Intel必須與整個ARM生態(tài)系統(tǒng)競爭。但事實并非如此，Intel是在與ARM生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的公司進(jìn)行競爭，而這些公司之間同樣存在類似的競爭……雖然可能還需要一些時間，但是未來對Intel更加利好。