《芯片世界觀(guān)》系列

ARM最初僅涉足于小型，低功耗CPU內(nèi)核的設(shè)計(jì)，但隨著時(shí)間的推移，基于這些內(nèi)核的CPU可與英特爾和AMD的CPU性能相媲美;

ARM架構(gòu)的芯片無(wú)處不在。英特爾和AMD已完全錯(cuò)過(guò)了如此大的市場(chǎng);

ARM將擊中他們的要害-電腦和服務(wù)器領(lǐng)域;

如果ARM能夠克服信任和第三方開(kāi)發(fā)人員這兩個(gè)障礙，它的發(fā)展前景將無(wú)可限量。英特爾和AMD將重蹈20世紀(jì)80年代IBM覆轍。

UnARMed

在其富有遠(yuǎn)見(jiàn)的領(lǐng)導(dǎo)者史蒂夫·鮑爾默(SteveBallmer)的帶領(lǐng)下，微軟從一家操作系統(tǒng)占全球90%的計(jì)算設(shè)備的公司運(yùn)營(yíng)成為，額，不是那個(gè)。他只專(zhuān)注于保護(hù)Windows和Office的壟斷，并打擊源代碼的泄露，當(dāng)大多數(shù)設(shè)備運(yùn)行谷歌或蘋(píng)果操作系統(tǒng)時(shí)，已經(jīng)為時(shí)已晚。現(xiàn)在，微軟仍然是一個(gè)龐然大物，但它們?cè)僖不夭坏?982-2007年的巔峰時(shí)刻。

英特爾和AMD大約已經(jīng)完成了自己規(guī)劃的一半。他們甚至沒(méi)有意識(shí)到來(lái)自下面這位玩家的威脅，那就是ARM架構(gòu)的處理器已經(jīng)遍布手機(jī)，平板電腦，手表，電視盒，智能揚(yáng)聲器，冰箱，烤面包機(jī)，電視機(jī)中，很快就會(huì)出現(xiàn)在筆記本電腦中，甚至人們身邊的數(shù)據(jù)中心。留給英特爾或AMD的時(shí)間遠(yuǎn)比他們想象的少，這是因?yàn)樗麄円恍闹幌胫ハ酄?zhēng)斗。

亞馬遜剛剛宣布他們將使用ARM架構(gòu)的芯片來(lái)構(gòu)建服務(wù)器，這將使并行工作負(fù)載的用戶(hù)成本降低45%，并且按照目前的速度，不久之后所有工作負(fù)載都是如此。他們也會(huì)繼續(xù)使用客戶(hù)需求的英特爾和AMD的服務(wù)器，但ARM節(jié)省的成本太大，令人無(wú)法抗拒。

Apple剛發(fā)布了兩款新設(shè)備-采用Intel i5移動(dòng)CPU的全新MacBook Air和采用Apple ARMA-12X的iPad Pro。令人奇怪的是：平板電腦CPU比筆記本電腦芯片更快，功耗和成本更低。MacBook Air可能是內(nèi)置英特爾的最后一款MacBook。最終，所有Mac都將轉(zhuǎn)向Apple ARM架構(gòu)的定制芯片。與此同時(shí)，在Redmond，Windows for ARM于今年發(fā)布。

ARM推行的最大障礙就是信任和第三方開(kāi)發(fā)商，但蘋(píng)果、亞馬遜和微軟都是這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。他們成功了，其他人自會(huì)跟隨。

下面，讓我們回顧下ARM公司的歷史以及它們是如何不覺(jué)間上升到CPU的主導(dǎo)地位。ARM不僅主導(dǎo)著芯片巨頭錯(cuò)過(guò)的新市場(chǎng)，而且將擊中他們的要害：計(jì)算機(jī)和服務(wù)器CPU。我們將預(yù)測(cè)這對(duì)英特爾和ADM會(huì)造成什么影響。

快速技術(shù)說(shuō)明

這里將著重討論ARM架構(gòu)的CPU功效和物理尺寸。功率、子窗口、散熱是所有硬件設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。運(yùn)行速度越快，產(chǎn)生熱量越多，高熱量會(huì)使硅片融化。對(duì)于移動(dòng)設(shè)備，電池壽命是一個(gè)問(wèn)題，高熱量會(huì)損壞鋰離子電池。因此，降低芯片的物理尺寸和功耗好處極大。

延長(zhǎng)移動(dòng)設(shè)備的電池壽命。

芯片可以更快地計(jì)時(shí)并且不會(huì)熔化，從而提高性能。

芯片尺寸越小，散熱越少，這可使有更多的空間來(lái)添加其他硬件，或增加電池的尺寸，或使設(shè)備更小。

在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，服務(wù)器機(jī)箱越小，perrack越多，A/C越少，并且一般會(huì)提高設(shè)施的效率。

自首次在硅晶圓上放置一個(gè)晶體管以來(lái)，人們致力于在更小的空間內(nèi)放置更多的晶體管，不斷降低功耗及產(chǎn)生的熱量。Steve Wozniak通過(guò)帶有Apple][主板的終端用戶(hù)產(chǎn)品進(jìn)一步推動(dòng)了這一進(jìn)程，這就是真正的藝術(shù)品，它將多個(gè)芯片的功能組合到一個(gè)芯片中，并執(zhí)行一系列人們認(rèn)為難以想象的任務(wù)，這一切都是在如此小有低功率的芯片上進(jìn)行。到目前為止，所有的硬件設(shè)計(jì)都遵循Fairchild和Woz，這也是現(xiàn)在ARM芯片占盡優(yōu)勢(shì)的主要原因。

ARM簡(jiǎn)史

2001年的光明節(jié)，我給自己買(mǎi)了第一代5GB iPod。2002年的某一天晚上，我一直在擺弄這個(gè)小玩意，當(dāng)電池電量耗盡時(shí)，我意識(shí)到如果誰(shuí)能生產(chǎn)更小，更便宜，更節(jié)能的電池，存儲(chǔ)和芯片，一定會(huì)大賺一筆。

所以我開(kāi)始研究手中這個(gè)小魔盒里面到底有什么東西，當(dāng)我找到CPU時(shí)，我發(fā)現(xiàn)：“Portal Player PP5002系統(tǒng)，內(nèi)置雙嵌入式90MHz ARM 7TDMI處理器。”ARM到底是什么?

早在1990年，Apple正在開(kāi)發(fā)Newton，他們需要一個(gè)低功耗的CPU來(lái)運(yùn)行它。問(wèn)題是當(dāng)時(shí)沒(méi)有這樣的CPU。因此，Apple與Acorn1和VLSI成立了一家設(shè)計(jì)這種芯片的合資企業(yè)也就是Acorn RISC Machine(ARM)。這開(kāi)啟了ARM架構(gòu)芯片的模式-它們不僅擁有尺寸和功耗優(yōu)勢(shì)，還可以針對(duì)特定設(shè)備進(jìn)行定制。

最初的ARM Newton CPU

ARM實(shí)際上并不設(shè)計(jì)或制造芯片。他們?cè)O(shè)計(jì)的內(nèi)核或CPU的核心，并將IP許可給其他公司設(shè)計(jì)和制造芯片。他們的客戶(hù)認(rèn)為這是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，而不是缺點(diǎn)。從Intel或AMD購(gòu)買(mǎi)的CPU是通用的。但ARM是為您的設(shè)備專(zhuān)門(mén)定制的CPU，而不是通用CPU。

ARM架構(gòu)的芯片增長(zhǎng)速度迅速，到2018年第二季度已經(jīng)有1300億顆出貨(僅限全年圖表)：

資料來(lái)源：ARM10-Ks和10-Qs

2007年iPhone的推出大力促進(jìn)了ARM的發(fā)展。目前的增長(zhǎng)趨勢(shì)主要靠智能手機(jī)的增長(zhǎng)來(lái)推動(dòng)。并且主要使用ARM架構(gòu)的硬件的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將成為未來(lái)10年增長(zhǎng)的巨大推動(dòng)力。

ARM公司于2016年被SoftBank以320億美元收購(gòu)，真是便宜他們了。我開(kāi)了一瓶香檳，哭了，就像電影中的女主角一樣。

ARM的戰(zhàn)斗：數(shù)據(jù)中心

ARM架構(gòu)的硬件將入駐Chromebook，MacBooks和Windows筆記本電腦幾乎已成定局。下一個(gè)就是桌面。但真正的目標(biāo)是數(shù)據(jù)中心，其中架構(gòu)搭建和基礎(chǔ)服務(wù)的固定成本占主導(dǎo)地位，因此主要目標(biāo)就每立方米獲得最大的計(jì)算能力，并且功耗最小。這種高端芯片的利潤(rùn)非常大，而且需求量極大，因?yàn)槊苛⒎矫卓梢蕴幚矶嗌贁?shù)據(jù)才是重要的指標(biāo)。

從下面這張表我們可以看出Intel和AMD的處境是多么危險(xiǎn)，這危險(xiǎn)性又有多大?我們不猜測(cè)未來(lái)會(huì)怎樣，而是比較當(dāng)前的產(chǎn)品。今年9月，Ampere發(fā)布了具有一系列優(yōu)異性能的eMAG服務(wù)器CPU。接下來(lái)讓我們來(lái)看看它是如何在價(jià)格和性能上與英特爾和AMD目前的CPU相媲美的。

很明顯，ARM架構(gòu)的芯片在這種規(guī)格水平上，其性能完全可以與英特爾和AMD競(jìng)爭(zhēng)。再看看尺寸，功耗和價(jià)格，簡(jiǎn)直沒(méi)有可比性。這只是目前硬件的情況。隨著時(shí)間的推移，英特爾和AMD的競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)越來(lái)越弱。

ARM架構(gòu)筆記本電腦

AMD并沒(méi)有公布筆記本電腦和臺(tái)式機(jī)方面的收入，并且通過(guò)將PC CPU和GPU組合成一個(gè)細(xì)分市場(chǎng)來(lái)進(jìn)一步混淆我們的分析。雖然市場(chǎng)份額現(xiàn)在處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但英特爾仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。對(duì)于我們的分析來(lái)說(shuō)，AMD最近從1%的份額上升到2%的份額是無(wú)關(guān)緊要的。

查看2017年全年的數(shù)據(jù)，我們可以看到英特爾的CPU(“平臺(tái)”)收入來(lái)自哪里：

資料來(lái)源：英特爾201710-K

首先從筆記本電腦開(kāi)始，可以發(fā)現(xiàn)去年筆記本CPU占據(jù)了英特爾頂級(jí)產(chǎn)品的31%。

在估計(jì)ARM CPU對(duì)Intel的影響時(shí)，我們將使用以下公式：

MAL=筆記本電腦中的ARM細(xì)分市場(chǎng)份額，以小數(shù)表示

RL=英特爾2017筆記本電腦收入

英特爾收入損失=RL*(1-MAL2)

我們假設(shè)ARM將從低端，低成本，低利潤(rùn)芯片進(jìn)軍筆記本電腦市場(chǎng)，然后逐步提升性能。通過(guò)占據(jù)市場(chǎng)份額的平方值，我們模擬了英特爾收入損失的增長(zhǎng)情況，其將呈指數(shù)型增長(zhǎng)。例如，10%的ARM市場(chǎng)份額將對(duì)英特爾的分部收入造成1%的打擊，但20%的份額將受到4%的打擊，50%的份額將受到25%的打擊。而且，這對(duì)于英特爾來(lái)說(shuō)還算比較好的情況。

ARM桌面市場(chǎng)份額對(duì)英特爾收入產(chǎn)生的影響

在臺(tái)式機(jī)中利用ARM的CPU得到的收益并不像在筆記本電腦中的那么好，考慮到電池續(xù)航?jīng)]有問(wèn)題，我認(rèn)為它不會(huì)像筆記本電腦一樣被快速采用。但是它們依然更高效、更便宜，而且總是適用于計(jì)算機(jī)行業(yè)。

資料來(lái)源：英特爾201710-K;

ARMing數(shù)據(jù)中心

對(duì)于數(shù)據(jù)中心：

ARM數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)份額對(duì)英特爾收入產(chǎn)生的影響

資料來(lái)源：英特爾201710-K

數(shù)據(jù)中心將成為ARM最難解決的問(wèn)題。在擁有巨大收益的同時(shí)，客戶(hù)之間的信任在這一領(lǐng)域也十分重要。由于信任和可靠度的重要性超過(guò)AMD的CPU的性能優(yōu)勢(shì)，英特爾得以保持98%的市場(chǎng)份額，這可以從英特爾對(duì)類(lèi)似AMD芯片的巨大定價(jià)優(yōu)勢(shì)中看出。

因此，盡管數(shù)據(jù)中心在不久的將來(lái)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛贏RM的服務(wù)器，但這可能不會(huì)很快就發(fā)生，因?yàn)樗赡苄枰荛L(zhǎng)的時(shí)間來(lái)得到買(mǎi)家的信任。

總結(jié)：英特爾DisARMed

現(xiàn)在讓我們來(lái)看一些情景，看看它們是如何影響英特爾收入的。

場(chǎng)景1：關(guān)閉Mat

筆記本電腦：25%的ARM市場(chǎng)份額;

桌面：10%的ARM市場(chǎng)份額;

數(shù)據(jù)中心：無(wú)法獲得客戶(hù)的信任——0%;

場(chǎng)景2：BodyBlow

筆記本電腦：50%的ARM市場(chǎng)份額;

桌面：25%的ARM市場(chǎng)份額;

數(shù)據(jù)中心：10%的ARM市場(chǎng)份額;

情景3：保持8計(jì)數(shù)

筆記本電腦：75%的ARM市場(chǎng)份額;

桌面：33%的ARM市場(chǎng)份額;

數(shù)據(jù)中心：25%的ARM市場(chǎng)份額;

雖然情景很樂(lè)觀(guān)，但是在芯片業(yè)務(wù)中，這依舊被稱(chēng)為“不那么理想”。

客戶(hù)采用ARM的障礙

客戶(hù)采用ARM的最大障礙是信任。有分析師曾說(shuō)過(guò)：“魔鬼有史以來(lái)最大的詭計(jì)就是英特爾的內(nèi)幕”。但嚴(yán)肅地說(shuō)，這也是有史以來(lái)最偉大的營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)之一，可以帶來(lái)極大的好處。人們有充分的理由相信英特爾，因?yàn)橛⑻貭柲軌虼_保每個(gè)人都知道他們的電腦內(nèi)部都存儲(chǔ)了什么。

因此，早期采用的客戶(hù)將給予極大的信任。使用300美元購(gòu)買(mǎi)Chrome筆記本的客戶(hù)可能不會(huì)關(guān)心英特爾的內(nèi)部存儲(chǔ)，但更昂貴的CPU的消費(fèi)者可能更關(guān)心。這就是基于ARM的CPU制造商和PC制造商必須獲得信任的地方。

客戶(hù)采用ARM的另一大障礙來(lái)自于第三方應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員。Chrome OS以ARM為基礎(chǔ)，所以沒(méi)有這樣的問(wèn)題，可以在此處購(gòu)買(mǎi)ARM Windows。如果你不知道蘋(píng)果公司已經(jīng)在內(nèi)部運(yùn)行了多年的ARM版本的macOS，你就不夠了解它，那里有很多免費(fèi)的開(kāi)發(fā)軟件。

更令人信服的是，第三方開(kāi)發(fā)人員從x86架構(gòu)中移植他們的軟件，這個(gè)架構(gòu)在我們很小的時(shí)候就開(kāi)始伴隨著我們。在許多情況下，移植非常簡(jiǎn)單——蘋(píng)果和微軟都在努力地使它變得簡(jiǎn)單——但它仍然很耗費(fèi)時(shí)間與資源。開(kāi)發(fā)商必須保證那里有可行的市場(chǎng)。

所以它可能成為新平臺(tái)的經(jīng)典Catch-22——消費(fèi)者不想購(gòu)買(mǎi)硬件，除非它能夠運(yùn)行他們需要的軟件，并且開(kāi)發(fā)人員不希望在有市場(chǎng)之前花時(shí)間做某件事。需要一部分人先行動(dòng)，也因此可能會(huì)由于某些因素而停滯不前。

ARM的重點(diǎn)

下面開(kāi)始劃重點(diǎn)!

ARM最初源于小型低功耗CPU內(nèi)核的設(shè)計(jì)，但是隨著時(shí)間的推移，基于這些內(nèi)核的芯片已經(jīng)可以與英特爾和AMD的CPU的性能相媲美;

基于ARM的芯片可以在您的手機(jī)、平板電腦、手表、電視機(jī)、智能揚(yáng)聲器、冰箱、烤面包機(jī)中使用——無(wú)處不在。這是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，完全被英特爾和AMD占有;

現(xiàn)在ARM正在為他們帶來(lái)真正切實(shí)有效的方向——電腦和服務(wù)器;

如果ARM能夠克服信任與第三方開(kāi)發(fā)人員這兩重障礙，那么上限將不可估量。20世紀(jì)80年代在IBM發(fā)生的事情現(xiàn)在可能發(fā)生在英特爾和AMD上。

結(jié)論：ARM時(shí)代與危機(jī)

我一直認(rèn)為ARM會(huì)接管世界，這一天的到來(lái)遠(yuǎn)比我預(yù)期的要快得多。Apple A-12X和AmpereeMag的規(guī)格和性能讓我知道ARM現(xiàn)在已準(zhǔn)備好迎接黃金時(shí)代的到來(lái)。亞馬遜的聲明證實(shí)了這一點(diǎn)。

有些人對(duì)此表示懷疑，但是現(xiàn)在應(yīng)該很清楚了。我的結(jié)論是，ARM將在其收入上擊敗英特爾和AMD，并不需要ARM直接占領(lǐng)數(shù)據(jù)中心，只需轉(zhuǎn)入專(zhuān)門(mén)的工作流程，并從那里進(jìn)行更新?lián)Q代，這也是ARM所擅長(zhǎng)的。

現(xiàn)在危機(jī)最大的是英特爾(由于AMD并沒(méi)有公布相關(guān)數(shù)據(jù)，我們無(wú)法對(duì)其下定論)，筆記本電腦的CPU在2017年占其收入的31%。忽略這點(diǎn)，這屆看最后一張表，可以發(fā)現(xiàn)英特爾的主要損失是在筆記本電腦方面。數(shù)據(jù)中心不太確定，但危機(jī)也很大。

我也不是說(shuō)英特爾和AMD從此停滯不前。但是看看過(guò)去8年中ARM芯片的進(jìn)展情況，例如Apple在A系列上取得的進(jìn)展。

現(xiàn)在想想未來(lái)的八年吧。