蘋果不僅拔得 64 位 ARM 架構(gòu)頭籌，性能亦持續(xù)領(lǐng)先

我們都知道，蘋果 A 系列芯片是最早進(jìn)入 64 位的 ARM 架構(gòu)，其他方案幾乎都晚了蘋果 1 年以上，其最主要的原因是前面提到的，蘋果早在 ARM 推出其官方 64 位架構(gòu)指令集前就已經(jīng)先行布局自有架構(gòu)的開發(fā)。

另外還有一個(gè)原因，除了當(dāng)時(shí)手機(jī)等移動(dòng)平臺(tái)上沒(méi)有 64 位應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，芯片廠看不到蘋果所看到的差別，擔(dān)心最終只是落得噱頭一場(chǎng)，投資開發(fā)新架構(gòu)可能成泡沫，且 ARM 的 64 位架構(gòu)的由來(lái)也讓各大芯片廠商不怎么放心，因此裹足不前，坐看蘋果拔得頭籌，而當(dāng)蘋果取得市場(chǎng)關(guān)注之后，才接連引發(fā)移動(dòng)市場(chǎng)的 64 位革命。

A4、A5 芯片采用 ARM 官方 IP，實(shí)際效能表現(xiàn)只能說(shuō)普通，若沒(méi)有 GPU 的幫助，那跟一般 ARM 架構(gòu)方案根本沒(méi)有落差。A6 雖然轉(zhuǎn)用自行開發(fā)的 swift 微架構(gòu)，但性能表現(xiàn)也僅略優(yōu)于同時(shí)其競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品，真正拉開差距的，就是首代 64 位架構(gòu)，也就是基于 Cyclone 架構(gòu)的 A7 處理器。

與其他基于標(biāo)準(zhǔn)公版 Cortex-A57 的同時(shí)期位 ARM 架構(gòu)芯片比較起來(lái)，Cyclone 架構(gòu)把指令發(fā)射寬度 （issue-width） 從標(biāo)準(zhǔn)的 3 個(gè)增加到 6 個(gè)，并且大幅增加片上緩存以及存取帶寬。而基于 A7 的終端產(chǎn)品從 2013 年底逐漸上市，反觀業(yè)界首款基于 64 位 ARM 架構(gòu) Cortex-A57 遲至 2015 年初才有產(chǎn)品上市，且因?yàn)?A57 只是在 32 位架構(gòu) A15 的基礎(chǔ)上增加 64 位指令，很多東西都是等比例放大，沒(méi)有經(jīng)過(guò)優(yōu)化，配置非常不均衡，加上芯片代工工藝跟不上，首波推出的芯片與終端方案表現(xiàn)可說(shuō)是極為凄慘。

2015 年，蘋果也理所當(dāng)然的用基于 Cyclone 二代微架構(gòu)的 A8 以及 Twister 微架構(gòu)的 A9 碾壓 Android 高端產(chǎn)品陣營(yíng)，其設(shè)計(jì)理念也很一致，用大規(guī)模同步指令譯碼能力取代原本的高頻設(shè)計(jì)，并且增加帶寬與緩存，讓指令集運(yùn)行更有效率，而同時(shí)期的芯片廠仍持續(xù)強(qiáng)調(diào)運(yùn)作頻率等蘋果根本看不上眼的規(guī)格。

也因此，蘋果能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)作在相對(duì)高效能之下，而其他產(chǎn)品通常只能全力運(yùn)作非常短的時(shí)間，然后就碰到功耗門，被強(qiáng)制降頻，該時(shí)期代表作驍龍 810 甚至只能在低于一半的預(yù)設(shè)頻率下才能勉強(qiáng)維持穩(wěn)定運(yùn)作，雖然號(hào)稱 8 核心，但實(shí)際性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于蘋果的雙核產(chǎn)品。

移動(dòng)領(lǐng)域雖稱霸，但意圖取代 X86 的大計(jì)并不成功

前面也提到，蘋果布局 64 位 ARM 架構(gòu)其實(shí)目的不是只為了手機(jī)等移動(dòng)終端，而是要全面取代其在 Mac 計(jì)算器上的處理器，然而理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)狀況是，即便增加了 64 位指令，ARM 的基本結(jié)構(gòu)本來(lái)就不適合大規(guī)模高頻率的運(yùn)作方式，即便蘋果已經(jīng)做了很多嘗試，但仍然事倍功半。

而英特爾過(guò)去幾年在市場(chǎng)上毫無(wú)敵手，core 微架構(gòu)撐了十幾年仍淘汰不了，每年固定擠牙膏的作法雖然讓其包括蘋果在內(nèi)的客戶非常不滿，但也只能無(wú)奈的買單。英特爾雖然躺著賺，但也不敢忽視了蘋果的一舉一動(dòng)。

只要蘋果推新架構(gòu)，英特爾就會(huì)推出性能剛好領(lǐng)先一段距離的產(chǎn)品壓陣，甚至部分小改版，或者是針對(duì)特殊市場(chǎng)的處理器產(chǎn)品也會(huì)優(yōu)先供應(yīng)蘋果，避免蘋果真的下了要全面替換處理器的決定。

這個(gè)策略也被證實(shí)十分有效，截至目前為止，蘋果要替換處理器架構(gòu)都還只是停留在傳言的階段而沒(méi)有成真。當(dāng)然，之前的確有某家代工廠已經(jīng)在幫蘋果設(shè)計(jì)代工基于 ARM 架構(gòu)的 NB 產(chǎn)品，只是最后因?yàn)槭袌?chǎng)策略調(diào)整，或是因?yàn)楫a(chǎn)品性能表現(xiàn)不佳，亦或者是因?yàn)閬?lái)自英特爾的壓力，相關(guān)產(chǎn)品最終胎死腹中。

雖然蘋果相關(guān)的規(guī)劃進(jìn)行狀況并不順利，但未來(lái)肯定還是會(huì)繼續(xù)嘗試替換掉來(lái)自英特爾的芯片產(chǎn)品，畢竟蘋果的最高準(zhǔn)則就是單一類型產(chǎn)品有要第二供貨來(lái)源，而英特爾已經(jīng)獨(dú)占太久了。換句話說(shuō)，就是蘋果認(rèn)為英特爾實(shí)在賺太多了。

不過(guò)，在 AMD 咸魚翻身之后，或許蘋果又會(huì)有不同的決定，但一切還是要回歸市場(chǎng)選擇以及蘋果的策略方向。

被蘋果推向 64 位的 ARM，雖成霸主但客戶皆懷異心

ARM 雖然用了來(lái)自蘋果的架構(gòu)，卻也沒(méi)有自滿于現(xiàn)況而裹足不前，v8.0a 到 v8.1a 都是針對(duì)移動(dòng)平臺(tái)跨向 64 位而設(shè)計(jì)，并且希望兼顧 PC 市場(chǎng)所需要的高性能表現(xiàn)，其隨后發(fā)表的 ARM v8.2a 是針對(duì)服務(wù)器所需要的半精度浮點(diǎn)計(jì)算、增強(qiáng)內(nèi)存模型，并且引入 RAS（可靠性可用性可服務(wù)性） 的支持與統(tǒng)計(jì)分析擴(kuò)展，而在短短不到 3 個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，ARM 又發(fā)表了 v8.3a，改善了處理器本身的資安特性，而 2018 年推出的 v8.4a，則是再度強(qiáng)化加密與內(nèi)存管理，從這邊也可看出，未來(lái) ARM 已經(jīng)逐漸從移動(dòng)處理器的 IP 供貨商角色抽離，希望能做到包含服務(wù)器等全方位市場(chǎng)的布局。

也因?yàn)檫@些架構(gòu)上的布局，服務(wù)器市場(chǎng)終于漸有起色，部分云服務(wù)客戶也開始采用基于 ARM 架構(gòu)的服務(wù)器芯片，而不再偏好來(lái)自英特爾的架構(gòu)。

另一方面，ARM 被軟銀收購(gòu)之后，不只 NRE 及一次性技術(shù)許可費(fèi)大漲 3 倍以上，每年也都大幅調(diào)升專利費(fèi)的比重，但好在手機(jī)市場(chǎng)上還有個(gè)萬(wàn)惡的高通以及微軟坐收高額技術(shù)許可費(fèi)，所以看起來(lái)增加的幅度還不明顯，但是在其他 IoT 或者嵌入式領(lǐng)域中，就造成了芯片方案廠商很大的負(fù)擔(dān)。

但其實(shí)連三星都已經(jīng)有點(diǎn)受不了了，原本三星是采用最頂級(jí)的架構(gòu)訂閱模式，只要有推出新架構(gòu)，三星都可以直接使用，但后來(lái)也改為只簽訂有使用到的架構(gòu)授權(quán)，而非全包。

另外，ARM 當(dāng)然也知道繼續(xù)一直漲價(jià)下去，很多低端嵌入式的芯片設(shè)計(jì)廠商都會(huì)受不了，于是也提出 DesignStart 項(xiàng)目，包含了幾款 Cortex-M0 到 M3 等低端 MCU 核心，免除了初始專利費(fèi)這個(gè)門坎，乍看之下十分優(yōu)惠。不過(guò)這些架構(gòu)其實(shí)都已經(jīng)很古老，性能有點(diǎn)追不上目前 IoT 所需要的性能門檻，所以客戶如果要開發(fā)新應(yīng)用，多半也不會(huì)使用 DesignStart 項(xiàng)目。而 ARM 每次推出新架構(gòu)，價(jià)格都會(huì)繼續(xù)往上迭加，舊方案則是每年漲價(jià)。

也因?yàn)槿绱耍珹RM 的營(yíng)收也不斷成長(zhǎng)。

市場(chǎng)看到 ARM 已經(jīng)逐漸走向另一個(gè)巨頭的壟斷道路，也開始有所警覺(jué)，因此包括 ANDES、RISC-V 等費(fèi)用較合理、甚至免費(fèi)架構(gòu)采用的人也越來(lái)越多，然而這些架構(gòu)缺乏了關(guān)鍵的非循序 （Out-Of-Order） 執(zhí)行能力，無(wú)法肩負(fù)手機(jī)等高端計(jì)算環(huán)境需求，但是在低端嵌入式環(huán)境中，已經(jīng)開始有不少應(yīng)用實(shí)例出現(xiàn)，生態(tài)也逐漸成熟，諸如聯(lián)發(fā)科、WD、華為也都成為 RISC-V 的擁護(hù)者，并開發(fā)相關(guān)方案，性能與功耗表現(xiàn)亦獲得市場(chǎng)肯定。

成為霸主的路上自然挑戰(zhàn)不斷，ARM 希望把自己打造成處理器 IP 界的霸主，自然也要面對(duì)各種考驗(yàn)，雖然目前來(lái)看，這些考驗(yàn)都還是屬于小兒科的階段，對(duì) ARM 產(chǎn)生不了威脅，但霸主往往都會(huì)過(guò)于輕敵，并把自己的需求看得太重要，以致于忽視客戶的心聲，ARM 未來(lái)是否也會(huì)如此，值得觀察。