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证明ARM是错的 要为英特尔“平反”
来源:eeworld 发布时间:2019-09-10 分享至微信


先从这段我采访ARM首席执行官的摘录写起：
“英特尔必然会赢得一些智能手机设计。我们将英特尔视为非常重要的竞争对手。它们能否成为能效方面的领导者？不，当然不会。”
这一观点已被解读成一个观念，即英特尔X86指令集存在一些固有的能效问题。这导致许多非技术人员发表了被误导了的言论，认为英特尔应该“获取ARM授权许可”并“构建ARM芯片。”这是一个明显荒谬的观念，而更多明智的人则一再指出：所有这些只是微架构设计的目标。从历史上看，英特尔一直将更高性能设计作为目标。显然，这将导致更大的功耗。此外，由于性能/功耗比曲线是非线性的，这些因素会让人们会误以为：ARM能够以更低的功耗升级至英特尔的性能水平。
 
微架构vs.指令集
广义的“ARM芯片”的概念正被误读。“ARM芯片”有两种类型：
通用内核：对于那些没有资源和意愿来开发其自有处理器的公司，ARM提供了完整的CPU内核设计。从性能/功耗比的角度来看，这些内核通常都相当不错，这也是它们被广泛采用的原因。
定制内核：希望针对特定负载而提供差异化能力的公司，会采用定制CPU内核。
ARM自有的CPU内核对大部分智能手机/平板电脑来说足够高效和强大。然而，诸如苹果和高通这样的企业认为，有必要在内核设计方面走自己的路，因此每家公司的内核设计都有各自不同的性能/功耗特性。如果能效单纯是指令集带来的，那么高通和苹果就没有必要做这项工作——这分明就是浪费钱。我的主张是：实际的芯片设计，再加上制造这个芯片所采用的晶体管技术，才是性能/功耗比的决定因素。
简单地说，“ARM指令集”是用来实现软件兼容性的。因此，一款苹果ARM内核能够运行与高通ARM内核相同的代码。当然，指令集还定义了其他一些事情，例如内存如何寻址、哪些指令需要被执行、有多少寄存器可用。但实际上，大多数的指令集（X86、POWER、ARM、MIPS）都是非常出色的。
 
研究结果证明了这一点
由威斯康辛大学的几名研究人员撰写的，并在IEEE高性能计算机架构国际研讨会上发表的研究报告，得出了以下结论，澄清了业界对ARM/X86的不实传言：
性能的差异是由微架构的差异所导致的，与ISA（指令集架构）无关。
能耗同样与ISA无关。
ISA差异会对技术实现方法产生影响，但是现代微架构技术已经让这些影响不具备实际意义；从根本上说，不存在某个ISA更加高效。
ARM和X86的具体实现仅仅是为不同性能水平进行优化的设计点而已。
尽管技术领域的许多人一直持有这样正确的观点，但是投资界则基本上都被蒙在鼓里。那么，这些研究结果意味着什么呢？
 
ARM在服务器领域将很快消亡
ARM服务器设计的一大“卖点”，就是被“神话”的强于英特尔的能效。但是，ARM指令集架构在该领域并无优势，而英特尔通过调整精化其下一代微架构，将达到传统ARM的功耗水平。但与ARM竭力吹捧的指令集架构优势不同，英特尔具备以下实际的优势：
在服务器厂商当中的口碑：英特尔目前拥有服务器市场，并已反复证明它能够生产可靠、快速、高效的解决方案。构建服务器来支持网站关键节点的人们，将会非常犹豫转向使用像ARM这样的“小家伙”作为服务器的核心。具有讽刺意味的是，不断痛失服务器市场份额的AMD公司，可能是仅有的一家在服务器领域口碑不错的微服务器厂商，因为它在服务器芯片业务方面有十多年的经验。
全球最先进的晶体管技术：从根本上讲，处理器取决于晶体管。在给定功率的芯片中内置的晶体管数量越多、每个晶体管消耗的功率越少，你就能让芯片变得更快、更好和更便宜。当其他芯片厂还在苦苦挣扎于28纳米 HKMG（高K金属栅极）的时候，英特尔已经进入22纳米制程，即第一代三栅极，同时也是其第三代高K金属栅极制程。今年即将推出的基于该制程技术的全新凌动处理器，将会把Applied Micro的40纳米制程的“X-Gene”以及其它32纳米/28纳米制程设计的芯片打得片甲不留。随着英特尔在2014年切入14 纳米，竞争对手的日子会更难过。AMD同样处于劣势。
长期积累的微架构经验：英特尔5年前推出的凌动内核，已被证明足以有效抗衡ARM Cortex A9、高通最新卓越的“Krait”以及苹果耀眼的“Swift”。在32纳米制程方面，英特尔古老的内核在能效上与最好的32纳米/28纳米ARM设计相比，非常具有竞争力。你能否想象在英特尔今年过渡至全新微架构，并将在制程技术方面领先1到2代（22nm + FinFET）的状况下，将会发生什么？这甚至不能被称为竞争。
英特尔不仅拥有主场优势，还极有可能具备能够以比竞争对手成本更低的方式构建用于服务器的卓越芯片，这将封死ARM服务器厂商进入的大门。哦，我还忘了提及另一个优势：英特尔具有自己的晶圆厂(可保留晶圆代工厂的利润在自己手里)，而其它所有公司都必须向台积电/GloFo/联电/三星付费，这使得英特尔拥有显著的成本结构优势。
 
ARM在传统PC领域将很快消亡
这一研究报告对于提高性能方面得出以下观点：
高性能处理器相较于低性能处理器需要更多的功耗，这与指令集架构或是能效无关。它们遵循公认的功耗/性能相互制约的魔方。
这就是为什么无论何时有人一说英特尔的“内核”产品“能效不高”，我就失望摇头的原因。性能的增加和能耗不是线性增加的关系。你不能简单地将一个低功耗ARM或凌动处理器的性能和能耗乘以数倍，然后就声称这样的处理器的内核将比目前更强大的处理器的内核更高效。人们的确试图在一个芯片或系统上坚持内置任意数量的内核，然后宣称目前“大”内核设计的处理器是不必要的。但这是有条件的，即软件执行必须高度并行在任意数量的小内核上，而丝毫不考虑软件中单线程执行的性能。对于大部分工作负载而言，这是一个非常大的常识性假设错误。
在PC领域，英特尔拥有“数十年经验”这一优势，再加上非常明显的制程技术领先优势，以及长期沉淀的软件基础，任何ARM厂商都绝无可能在传统Windows PC领域玩得转，除非安卓或Chrome操作系统取得显著进展，才有可能与英特尔和AMD在同场竞争。
 
英特尔将在平板电脑/手机领域获得市场份额
世界上最流行的操作系统——谷歌的安卓——完全与指令集无关，英特尔正在积极地与那些仅编写ARM原生代码的软件开发者合作，以便进行重新编译。有趣的是，我曾经花几周时间使用基于英特尔处理器的摩托罗拉Razr i手机，发现任何在其上运行的应用程序都不存在兼容性问题。
在平板电脑和变形设备设计方面，英特尔在Windows 8领域只与AMD竞争，并与Nvidia、高通、三星及其它亚洲系统芯片（SoC）厂商竞争安卓市场份额（所有这些平台都基于ARM）。我并不知道英特尔在这块市场可以取得多少市场份额，但是它将拥有一个强大的产品，使其至少在这块市场中分得不小的一杯羹。
在手机领域，我注意到一些能够提供顶尖调制解调器的公司数量正不断减少。高通、英特尔和博通将是该领域的主要厂商，未来一两年，英特尔将伴随其在LTE领域所取得的进展而赢得美国市场的设计订单。英特尔缺席美国市场与X86/ARM并没有多大关系，而完全是因为LTE。是否曾注意到高通是如何进入每个在美国市场销售的手机的？完全是由于调制解调器。X86/ARM是一个争议点，如果英特尔设计基于ARM的芯片，那么它将在这个领域颗粒无收。
 
结论
没错，ARM的股价正呈上升趋势；是的，它现在占据平板电脑/智能手机市场的绝大多数份额，平板电脑/智能手机被称为“由兼容ARM的系统芯片（SoC）驱动的设备”，但是由此贬损英特尔的实力是荒诞可笑的。有人曾告诉我，英特尔必须与整个ARM生态系统竞争。但事实并非如此，英特尔是在与ARM生态系统内部的公司进行竞争，而这些公司之间同样存在类似的竞争……虽然可能还需要一些时间，但是未来对英特尔更加利好。

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