ARM 開拓64位高端市場，意味著什么？

北京航空航天大學 何立民

從微處理器的視角出發(fā)，把8位、32位嵌入式系統(tǒng)領域的應用稱為低端應用，把32位、64位的通用計算機、服務器、工作站、大型機的應用稱為高端應用。這是兩個完全不同的應用領域，其應用環(huán)境、應用對象、微處理器體系架構、技術發(fā)展方向全然不同。30多年前，Intel公司統(tǒng)領過這兩個領域，但是后來毅然放棄了嵌入式系統(tǒng)（80C51），成就了在通用計算機（PC機）領域的輝煌歷史。30年后，ARM 公司在統(tǒng)領低端領域后，毅然進軍64位高端市場，企圖高低端通吃，會成功嗎？筆者認為，能夠成功。究其原因，一是時代不同了，物聯(lián)網時代是高低端交叉融合的時代；二是ARM 公司與Intel公司的產業(yè)模式不同，它是雄居半導體廠家之上的知識產權供應商。

1 微處理器高低端市場剖析

40年前，微處理器誕生后，迅速演化成兩大分支，即嵌入式處理器與通用微處理器。嵌入式處理器基礎上的嵌入式系統(tǒng)，突出其物理對象的控制功能，不追求高速海量數(shù)據處理能力，通常以8位、32位為主流機型；通用微處理器基礎上的通用計算機智力平臺，則要求有高速海量數(shù)據處理能力，通常以32位、64位為主流機型。因此，它們的體系結構、技術發(fā)展方向、市場營銷模式截然不同。為了便于論述，姑且把兩者視為微處理器的低端領域與高端領域。從歷史上看，任何一家企業(yè)都很難同時經營高端產品與低端產品。當年，在微處理器誕生之初，Intel公司同時創(chuàng)造了嵌入式處理器（80C51）與通用微處理器（8086）的輝煌時代，但隨后放棄了嵌入式處理器，專注于通用微處理器的發(fā)展，并在PC 機領域形成獨霸天下之勢。近幾年，雖然不斷發(fā)力嵌入式領域，但始終未能如愿以償。而如今在低端領域處于霸主地位的ARM 公司毅然開辟64位高端市場，能成功嗎？

我們可以從分析40年高低端處理器的發(fā)展歷程來回答這一問題。下面是2011年10月筆者在《物聯(lián)網概述》第2篇文章中，描述現(xiàn)代計算機40年發(fā)展歷程時畫過的一張圖，如圖1所示。

圖1 現(xiàn)代計算機40年發(fā)展歷程

從圖1中可以看出，40年前，通用計算機與嵌入式系統(tǒng)是半導體微處理器基礎上的一對孿生兄弟，其后開始了兩大分支不可兼得的獨立發(fā)展歷程，在嵌入式系統(tǒng)進入到普遍具有互聯(lián)網接入功能時，將互聯(lián)網變革到物聯(lián)網。物聯(lián)網時代，是通用計算機與嵌入式系統(tǒng)交互融合的大科技時代。Intel公司放棄嵌入式系統(tǒng)是在兩大分支發(fā)展的初級階段，ARM 公司進入高端領域則是在高低端交叉融合的物聯(lián)網／云計算時代。時代不同了，高低端的交叉融合有可能給ARM 公司帶來64位高端好運。

ARM 公司從低端進軍高端，并不突然，早在智能手機興起時，ARM 公司32位的4核架構便迅速占據了主流市場，其后又在平板電腦中大顯身手。至此，在低端的嵌入式系統(tǒng)領域中，ARM 系列主流地位已成常態(tài)化。后期，在ARM 系列快速發(fā)展中，顯現(xiàn)出向高端進軍的眾多技術亮點，如知識產業(yè)模式、結構體系開放、內核化、多核總線、低功耗等。特別是獨特的“ARM＋產業(yè)模式”的全球化團隊，在ARM 公司進軍64位高端領域后，必然會形成眾星捧月之勢。

2 ARM 發(fā)力64位市場勢頭正旺

ARM 公司推出64 位架構不到5 年就戰(zhàn)績頗佳。2011年ARM 公司推出ARMv8架構，正式支持64位處理器。2013年蘋果推出的A7處理器是全球第一款支持64位的ARM 架構處理器，由于受蘋果的影響，ARM 64位架構快速在全球推廣，目前手機芯片企業(yè)（如高通、聯(lián)發(fā)科、三星、海思等）都已經推出了ARM 64位架構的手機芯片。同一年ARM 又推出了一種新的架構—big.LITTLE架構，這種架構是將一種高性能的處理器和低性能的處理器整合在一起，提供優(yōu)異的功耗管理能力，使64 位的ARM 架構處理器成為既能提供高性能、又能實現(xiàn)低功耗的完美芯片架構。

（1）在筆記本電腦市場

2013年，三星就采用ARM 架構芯片推出了chromebook，今年谷歌與中國芯片企業(yè)瑞芯微合作推出低價的筆記本產品，這將繼續(xù)助推已經發(fā)展得頗為紅火的chromebook。

（2）在服務器領域

ARM 架構性能的不斷提升以及優(yōu)異的低功耗、低成本特點，也吸引了相關廠商將ARM 架構引入PC 和服務器市場，APPLIED MICRO已經生產了ARM 64位架構的服務器芯片，AMD 也表示其采用ARM 64位架構的服務器芯片將很快上市，高通也表達了進入這個市場的興趣。2014 年下半年，HP 采用APPLIED MICRO 公司的ARM 64位處理器推出服務器產品，除HP之外，全球三大服務器廠商中的另外兩個—戴爾和聯(lián)想，也表示將采用ARM 架構推出服務器產品。

（3）在大型機領域

由中國國防科技大學高性能處理器研究團隊建立的飛騰公司，推出了為大型機服務的ARM 64位64核的“火星”處理器。Cray（克雷）超級計算機公司打算在超級電腦設計時采用64位ARM 處理器核，目前已與Cavium 合作推出了ThunderX ARM 處理器產品。

（4）在半產體工藝方面

生產工藝歷來是Intel公司的優(yōu)勢。ARM 公司借助臺積電的16nm FinFET 工藝，推出的A72核心，其性能足以使Intel公司的領先優(yōu)勢快速縮減。

（5）在第三方軟件支持方面

這幾年，ARM 在高端領域創(chuàng)新不斷，64 位和異構big.LITTLE 就是兩項重大的創(chuàng)新，不過軟件應用未能及時跟上硬件的快速發(fā)展。微軟壟斷了PC市場，但在支持多核處理器方面落后于處理器企業(yè)的發(fā)展，在支持ARM架構上也較為拖沓。2011年微軟才推出了支持ARM 架構的Windows系統(tǒng)，但是支持ARM 架構的Windows版本未能與一直占據PC市場的x86架構的應用軟件兼容，導致Windows在ARM 陣營的發(fā)展并不順利。而對于目前新推出的Windows10 版本，微軟方面強調同時兼容ARM 和x86架構，不知實際效果如何。

谷歌是與ARM 公司合作非常緊密的互聯(lián)網企業(yè)，正是借助與ARM 的緊密合作，谷歌Android系統(tǒng)才得以迅速占據了移動市場超過80%的市場份額。目前，谷歌的筆記本操作系統(tǒng)Chrome OS與ARM 架構完美融合，并且正在快速發(fā)展。在PC和服務器市場，積累的各種軟件應用大多是基于x86架構設計的，ARM 要想在這兩個市場沖擊Intel，還需要谷歌和微軟這些巨頭加把勁！

可以看出，ARM 公司在推出64位架構后，眾多高端領域半導體廠商、應用供應商紛紛響應，但Calexda倒閉并不是ARM 的錯。

3 ARM 發(fā)力64位并非心血來潮

歷史上經典的64 位處理器，包括1991 年MIPS 的R4000、1995 年Sun 的SPARC 處 理 器、1997 年IBM 的PowerPC、2001 年Intel的Itanium（安 騰）、2003 年AMD的Opteron（皓龍?zhí)幚砥鳎?005年Intel的Nocona（至強處理器）等。由于MIPS的先進架構與開放的產業(yè)理念，成為高端領域的強者。Intel憑借對至強處理器的深度開發(fā)，以及良好的兼容性、眾多的軟件支持，贏得了高端工作站、網絡服務器、數(shù)據服務器領域的巨大市場份額。盡管64位處理器市場強手如林，但是2012年ARM 推出的首款64位架構處理器，不僅面向智能手機、平板電腦市場，而且也面向服務器領域。這一舉動并非心血來潮，在64位處理器發(fā)展史上具有里程碑式的意義。

ARM 進軍64位高端領域不是32位到64位技術簡單的自然延伸，而是IT 市場的戰(zhàn)略轉移，這種戰(zhàn)略轉移思想充分體現(xiàn)在MIPS公司拆分式收購的理念中。MIPS公司創(chuàng)造了世界上首款64位處理器，并以先進的體系結構、先進的開放理念，迅速擁有了眾多的客戶群，在高端應用中獨占鰲頭。然而，學院式的MIPS公司終因經營不善，于2012年被拆分式收購。

2012年11月6 日，MIPS 公司正式被拆分式收購。IMG（Imagination）公司以6 000萬美元接手MIPS的經營業(yè)務并擁有82 項專利；Bridge Crossing投資聯(lián)盟以3.5億美元獲得MIPS其他498項專利。同時兩個收購方約定對所有的專利實行交叉授權，IMG 可獲得Bridge Crossing 498項專利的永久免費授權，而Bridge Crossing可獲得IMG 82項專利的限制性授權。

MIPS公司獨特的拆分式收購使得結局皆大歡喜，ARM 公司雖未直接參與，卻是最大的贏家。IMG 公司接手MIPS的經營業(yè)務后，擁有82項專利與其余專利的永久免費授權，穩(wěn)定了MIPS原有客戶。而ARM 公司作為Bridge Crossing（有人稱Bridge Crossing是ARM 的母公司）的成員在此次收購中出資最多，也擁有了最多的MIPS 64位專利技術。

ARM 公司與 MIPS 公司有相似的處理器架構（RISC）、相同的產業(yè)理念，在64位處理器的發(fā)展中實現(xiàn)的是與MIPS技術的強強聯(lián)合。在收購MIPS公司核心專利之前，ARM 公司已推出了64 位架構，如今又擁有MIPS 64位眾多核心專利技術的支持，未來64位高端市場中ARM 公司無疑占據了后天的優(yōu)勢。

ARM 64位處理器發(fā)展前景值得期待，那么Intel公司呢？Intel公司封閉的產業(yè)模式雖然壟斷了PC 機產業(yè)領域，但也因此失去了在高端領域多樣化發(fā)展中的優(yōu)勢，遠遠滯后于開放性的MIPS公司。

4 從產業(yè)模式看ARM 64位市場前景

MIPS公司被拆分式收購后，在高端市場形成了ARM、IMG、Intel三大巨頭的競爭格局。

對MIPS來說，公司主體雖然消失了，但其整體得以完全保留在IMG 內，原有客戶與市場依然不變。2012年上半年，IMG 占據了移動GPU IP 授權市場的46.5%，ARM 的Mali GPU 占 有 率 僅 為12.9%。與IMG 公 司 合并后，MIPS架構的生態(tài)系統(tǒng)有望擴展到的IMG 現(xiàn)有客戶中，從而獲得新的生命力。

ARM 此前已推出了64位處理器，此次收購之后，依靠相同的理念與技術上的強強聯(lián)合，ARM 64位架構得以不斷進化，對進軍高端領域意義重大。另外，長期與Intel對陣的AMD宣布將研發(fā)基于ARM 架構的服務器處理器，對ARM 而言如虎添翼。

微處理器市場成敗，很大程度上取決于下游客戶群。在多領域發(fā)展中，開放型必定戰(zhàn)勝封閉型。ARM 與MIPS都屬于開放型，而Intel則屬于封閉型。

ARM 雖然是高端市場的新興力量，但其在嵌入式領域辛勤耕耘十幾年，最終憑借知識產業(yè)ARM＋的扇形產業(yè)模式，引領半導體廠家，一統(tǒng)天下。在這一過程中，ARM 公司積累了豐富的扇形產業(yè)運營經驗，培育了一大批下游客戶。ARM＋的運營方式逐步被市場認可，不僅嵌入式領域的眾多客戶會跟隨ARM 進入高端領域，原有高端領域的大企業(yè)在了解與熟悉這種產業(yè)模式后，也會迅速跟進，AMD選擇ARM 64 位處理器就是最好的證明。ARM 公司專注于微處理器先進架構的研發(fā)，眾多半導體商、應用廠家致力于應用推廣，第三方軟件商側重軟件協(xié)同設計，臺積電等集成電路代工廠商提供半導體工藝支持，從而形成絕佳的產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。這種生態(tài)系統(tǒng)在此前ARM 的嵌入式領域中已經成熟與完善，也為市場熟悉與認可。在高端市場，ARM 的這種生態(tài)體系也將迅速形成，ARM＋模式將是非常厲害的市場競爭手段。

5 中國IT產業(yè)的機遇

若以2012年MIPS被拆分式收購為ARM＋進軍高端領域為起點，那么，2015年則是ARM＋爆發(fā)式增長的一年。它又一次見證了IT 產業(yè)中，平臺模式及扇形產業(yè)模式的輝煌前景。ARM 公司進軍高端領域，是中國IT產業(yè)的重大機遇。在ARM 公司高端的知識平臺面前，中國與外國的IT 企業(yè)處于同一起跑線上。下面就來看看起步階段中國企業(yè)的發(fā)展勢頭！

截 至2014 年9 月，ARM 宣 布64 位 架 構ARMv8－A已達成了第50個授權協(xié)議，已經有27家公司正在或者即將開發(fā)64位ARM 芯片，其中來自大中華區(qū)的有8家，準備進軍PC機、服務器、工作站甚至大型機領域。

在智能手機領域，聯(lián)發(fā)科、海思集團都已經推出既能提供高性能、又能實現(xiàn)低功耗的ARM 64 位架構手機芯片，聯(lián)想也表達了將采用ARM 架構推出服務器產品。

在大型機領域，最引人注目的是自上而下、力圖高端通吃的飛騰公司。由中國國防科技大學高性能處理器研究團隊建立的企業(yè)飛騰公司，推出了為大型機服務的ARM 64位架構64個核心的“火星”處理器。除“火星”處理器外，飛騰公司還推出了簡化版的8核“地球”處理器，面向桌面PC、低功耗服務器等市場，它們都可以輕易運行安卓、Linux系統(tǒng)和市面上無數(shù)的應用軟件，甚至可能兼容微軟的Windows10。飛騰公司在ARM64＋的超級電腦應用領域已領先于有超級計算機之父美譽的Cray公司。

另外，2015 年9 月，ARM 公 司 與 中 科 創(chuàng) 達 公 司（Thundersoft）共同宣布，成立“安創(chuàng)空間科技有限公司”，目的正是要加速中國智能硬件開發(fā)與創(chuàng)新。通過充分利用ARM 公司在高低端ARM＋的生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢，借助安創(chuàng)空間公司提供的一站式服務環(huán)境，為初創(chuàng)公司及OEM廠商提供所需的專業(yè)技術與工程支持，助力我國智能硬件創(chuàng)新應用迅速起飛。

在良好的服務環(huán)境推動下，高低端通吃的ARM＋生態(tài)系統(tǒng)，占據處理器芯片高地，我國IT 產業(yè)定會擁有嶄新面貌。

［1］何立民.嵌入式系統(tǒng)的產業(yè)模式［J］，單片機與與嵌入式系統(tǒng)應用，2006（1）.

［2］何立民.嵌入式系統(tǒng)的知識平臺與平臺模式［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2008（9）.

［3］何立民.從資本經濟到知識經濟［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2012.

［4］何立民.知識學原理［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2010.