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圍獵X86 PC處理器

2022-11-14 23:08 | 云南生活網

過去20年時間,PC CPU市場一直被X86架構主導,英特爾長期占據著這個市場一半以上的份額。

不過近幾年來,英特爾在PC處理器市場的王者地位日漸動搖,導致其領先優勢被削弱。

當前基于X86設計CPU的只有兩家:英特爾和AMD。其實在80386之前,也曾有十幾家廠商生產X86 CPU,但隨著后面英特爾的打壓、授權的失效、以及性能的不斷升級,其他廠商都消失在了歷史的長河里,只有AMD通過自行研發的AMD64存活了下來,并和英特爾交叉授權兼容AMD X86-64,開創了X86的64位時代。

首先挑戰英特爾的就是同為X86陣營的AMD,AMD依靠2016年推出的Zen架構大幅提升了芯片性能,加上臺積電先進工藝的助力,AMD的PC處理器性能已迅速趕上英特爾,甚至實現了超越,推動AMD近幾年來在PC處理器市場的份額不斷高漲。

 

2012-2022年全球英特爾和AMD X86計算機處理器市場份額(圖源:statista)

能看到,在X86 處理器中,英特爾還是占據著主導優勢,但近幾年AMD追趕幅度過于兇猛,隱隱有著和英特爾并駕齊驅之勢。

PC市場寒意襲來

CIC灼識咨詢指出,目前下游市場低迷限制了上游廠商的出貨及業績,CPU、顯卡等PC硬件均受到來自下游的需求限制,升級替換需求滯緩使得上游廠商一并出現庫存積壓問題,與AMD同處PC上游賽道的英特爾、英偉達等其他芯片制造商均受到不同程度的沖擊。

另一方面,PC相關部件替換周期逐漸延長也進一步緊縮了上游市場出貨規??臻g,供應鏈調整使處理器出貨量減少,PC上游廠商正在承受較高的庫存成本。

短期來看,PC需求下滑之勢難以緩解。Gartner報告顯示,2022年第三季度,全球PC市場出貨6800萬臺,同比下降19.5%。這是Gartner自1990年代中期開始追蹤PC市場以來,錄得的最大降幅,也是PC市場連續第四個季度同比衰退。

PC市場的萎靡不振,迅速反映到了供應鏈端。作為PC市場X86處理器雙雄的英特爾、AMD無疑均已感受到傳導的寒意。

11月2日,AMD披露2022年三季報,盡管在其他業務帶動下,該公司營收逆勢增長近三成,但PC處理器業務部門收入驟降40%,拖累整個公司凈利潤同比暴跌93%。主要原因是PC市場疲軟,以及整個PC供應鏈降低庫存,導致處理器出貨量減少。

PC市場下行,AMD的“老對頭”英特爾也難以幸免。今年三季度,英特爾營收同比下滑20%,凈利潤下降85%。

英特爾CEO基辛格坦言,面對難以預料的宏觀經濟和困難的市場預期,短期內幾乎看不到任何好消息。為應對市場低迷,英特爾拋出了包括裁員和減產在內的降低成本計劃,并預計明年削減成本30億美元,未來三年降本最多達100億美元。

Canalys報告指出,不利的宏觀經濟和行業因素,削弱了個人電腦市場的勢頭,并可能持續到2023年。

 

圖源:Canalys

面對主力市場的下行,英特爾和AMD遭受了明面上的“沖擊波”,但或許其他隱憂比應對PC市場的下行更為棘手。

因為AMD與英特爾之爭,尚且還屬于X86陣營之爭。而Arm和RISC-V架構在PC處理器領域的試探,或許才是X86面臨的真正挑戰。

Arm陣營發起沖擊

二十多年前,微軟的Windows操作系統和英特爾的X86芯片,“雙雄合并”橫掃整片電腦市場,直到他們遇上了蘋果公司。

蘋果的異軍突起,讓這個曾經牢不可破的W英特爾陣營出現了裂縫,“macOS+ X86”的出現使得“Windows+ X86”不再是唯一的選擇。而到了2020年,M1芯片的發布將Arm架構也拉入了這場戰局,X86迎來了新的競爭對手。

蘋果“異軍突起”

2020年11月,隨著蘋果首款基于Arm架構的自研處理器M1問世,一石激起千層浪。

Arm架構芯片在PC端的應用,成為了芯片產業,尤其是通用CPU芯片產業關注的焦點。

 

在M1芯片發布之后的各種測評中,用戶看到了令人期待的結果:M1芯片跑分比肩高端X86處理器,性能方面已與11代酷睿i7接近,打破了Arm架構的低功耗低性能的桎梏,M系處理器在性能接近X86處理器的同時卻依然保持了低功耗,功耗大約只有英特爾處理器的一半,由此搭載M系處理器的Mac可以設計得更輕薄,續航力也更強。

這是Arm架構處理器首次在性能方面追近英特爾,搭載M系處理器的Mac大受市場歡迎。

M1芯片的騰空出世不僅意味著蘋果與英特爾 長達15年的“戀愛長跑”以“分手”告終,也讓大家看到了Arm架構在PC端的巨大潛力。

在2022年蘋果WWDC上,蘋果M2芯片登場。據介紹,M2芯片采用新一代5nm工藝,相比上一代M1芯片擁有18%的CPU性能提升,以及35%的GPU性能提升。

對比10核心X86筆記本處理器,同等功耗下(15W)性能領先90%,而同樣性能下,M2的功耗是對方的四分之一。對比12核心筆記本處理器,25%的功耗即可帶來87%的性能。

M2芯片估計還會走M1的老路,后續會有M2 Pro、M2 Max、M2 Ultra等等芯片出來,然后再更換在自己的Mac系列產品上,實現全系升級。

由于小芯片(chiplet)設計趨于成熟及臺積電先進封裝技術推進順利,市場傳出蘋果可能會在明年推出將2顆M2 Max整合的M2 Extreme處理器,搭載48核CPU及152核GPU。業者指出,蘋果M2 Pro/Max/Extreme等系列處理器均采用臺積電3納米制程量產,且若M2 Extreme消息屬實,明年蘋果PC處理器效能將可追上英特爾腳步,成為Arm架構處理器市場霸主。

 

據爆料,蘋果正在開發面對專業市場的大屏幕iMac機型,并且將搭載M3系列芯片,可能是M3 Pro或M3 Max。這些產品搭載的M3系列芯片預計將基于臺積電的3nm技術制造,對比采用5nm工藝的M1和M2芯片,將在性能、功耗以及兼容性方面全面提升。

自從M系列芯片誕生以來,蘋果打破了用戶對于Arm芯片性能的認知,甚至重構了自己的所有業務線,以全力支持M系列芯片的上市。

蘋果對Arm的影響有多大,在兼容Arm的M1 Mac開售之前,2020年第三季度Arm在PC芯片中的市場份額僅為2%。一年多后,根據Mercury Research的2022第一季度數據,對Arm PC客戶端份額的估計為11.3%,幾乎比一年前的5.9%翻了一番。

隨著蘋果 Mac產品線全面投奔Arm架構芯片,曾經只占個人電腦芯片市場很小部分的Arm芯片市場份額迅速增長。

星星之火,逐漸燎原。

高通前來“攪局”

蘋果M系處理器的成功,鼓舞了移動芯片市場的芯片企業,特別是高通公司。

其實,在基于Arm架構的筆記本芯片領域,高通比蘋果更有經驗。此前,高通分別于2018和2020年推出了一代和二代PC端驍龍8CX處理器,至今已經發展了3代。但遺憾的是,這些處理器都沒有掀起太大的水花。

 

盡管已經做了數年的嘗試,但高通對Windows on Arm依然看好,且不遺余力的發展。

近日,高通CEO安蒙在財報分析會上表示,預計2024年,搭載驍龍芯片的Windows PC將在市場上迎來拐點。

這一前瞻的立足點在于,微軟正在做很多優化工作,改善Arm WinPC的使用體驗,同時更多OEM廠商愿意采購驍龍芯片。

當然,更重要的是,在收購Nuvia后,高通將效仿蘋果M系列芯片,完全推倒Arm公版架構,從頭研制一款高性能的PC處理器,甚至要叫板英特爾和AMD。

據悉,這款CPU基于Nuvia Phoenix為原型開發,代號Hamoa,采用8顆大核+4顆小核大小核的異構形態。內存和緩存的設計和蘋果M1類似,同時支持獨立顯卡,性能可期。

 

據了解,Nuvia的Phoenix原型產品僅在2020年8月的時候低調秀過肌肉,當時在GeekBench 5中,單核遠超驍龍865、蘋果A12X和蘋果A13,功耗不足4.5瓦。

值得一提的是,Nuvia公司的主要創辦人Gerard Williams III曾領導了蘋果A7(Cyclone核心)到A14(Firestorm核心)芯片的開發,早年在Arm公司還參與了Cortex-A8/A15的定義。

高通表示新一代處理器旨在為Windows PC設定性能基準,除了要和蘋果的M系列處理器競爭之外,還要在持久的性能和更低的功耗方面達到行業領先水平。同時,高通將大力發展Adreno GPU,目標是為其未來的PC產品提供桌面級游戲功能。

高通希望這款處理器達到的就是類似蘋果M系芯片對于PC市場的“攪局”效果。

行業知名分析師郭明錤指出,在嗆聲挑戰蘋果或者X86處理器之前,高通要想想如何說服PC品牌采用該處理器,而非過往習慣的X86架構處理器。

小結

X86架構的強大并不在于它本身,而在于圍繞著它所建立起來的各種各樣基于X86指令架構的程序。然而,隨著電腦產業的發展,為了換取更高的性能,X86上集成的指令集數量越來越多,給硬件帶來的負荷也就越來越大,無形中增加了功耗和設計難度。

相較于X86,Arm則大幅簡化架構,僅保留所需要的指令,可以讓整個處理器更為簡化,擁有小體積、高效能的特性。

早期行業廠商一系列失敗的嘗試讓人們認為將Arm 芯片用作 PC 平臺是不切實際的想法,但顯然如今的情勢發生了巨大的扭轉。

一方面,蘋果基于Arm的處理器技術展示了不輸給英特爾 X86 芯片的出色性能。

另一方面,曾經在Windows on Arm摔了個大跟頭的微軟、高通以及國內廠商也開始奮起直追。

微軟不僅推出了Windows11 Arm,為Arm帶來了64位應用程序仿真,還在2020年傳出將自研基于 Arm 的處理器,并于去年10月,微軟Surface部門發布了一份SoC架構師的招聘,這意味著微軟或將開始著手為Surface設備開發自己的PC芯片。

而Arm自身在2021年3月也發布了全新Armv9指令集,算力更強,不再只局限于移動市場,還將發力PC、HPC高性能計算、深度學習等新市場。

此外,三星,聯發科,大陸的飛騰、瑞芯微,以及此芯科技等初創企業此芯也在覬覦這個市場。

三星在2020年就有消息稱正在研發的Exynos 1000處理器,可能也會用于Windows PC。據Sammobile前不久報道,三星正在開發下一代旗艦處理器Exynos 2300,這顆芯片型號為S5E9935,代號為Quadra”,不知是否未來是否會出現在其他筆電上。

聯發科則是在去年11月的Executive峰會上直接表明了進軍Windows on Arm平臺的決心,不過由于該計劃目前仍處于早期階段,何時投入商用還未知。

大陸方面,飛騰主要做Arm架構服務器和桌面CPU;瑞芯微去年底新發布了旗艦芯RK3588的Arm PC整體解決方案;此芯科技主要致力于開發兼容Arm通用智能計算體系,提供芯片產品和通用計算一站式解決方案,據悉,其芯片產品已經進入工程設計階段,產品定義、IP選型工作已經基本結束,計劃明年實現第一個產品流片,后面就可以看到產品上市。

總的來說,未來Arm架構在PC芯片領域的實力不容小覷。在蘋果、高通等一眾老將的擁躉下,Arm架構陣營在逐步蠶食X86架構的傳統領地。

與此同時,Arm架構亦在服務器市場不斷成長。集邦咨詢調查顯示,預估至2025年Arm架構服務器滲透率達22%,云端數據中心將率先采用。

可以說,X86架構一直在承壓。

RISC-V后起之秀

Arm架構正在攪動PC CPU市場競爭格局發生變化。

與此同時,開源RSC-V的興起,又給CPU市場的競爭帶來了更多的不確定性。

從發展現狀來看,RISC-V CPU已經在對生態要求不高的IoT市場取得成功,接下來,RISC-V還將進軍更高性能的移動、PC和服務器CPU市場,加入到X86和Arm的競爭當中。

在PC領域,阿里平頭哥和賽昉科技都是RISC-V架構的重要推動者,它們早早介入RISC-V架構,經過數年的發展,基于RISC-V架構開發出性能卓越的PC處理器,將RISC-V處理器的性能提高到足以滿足PC需求的地步,同時它們也做好了與Linux、Windows和國產統信UOS系統的適配,可以幫助PC廠商降低推出PC的難度,將推動國產PC處理器進一步加速發展。

近日,全球首款基于RISC-V處理器的筆記本電腦 ROMA發售。ROMA電腦的CPU采用的是阿里平頭哥自研的RISC-V CPU TH1520(曳影1520),采用4個玄鐵C910內核,主頻高達2.5GHz。

 

TH1520基于阿里巴巴2022年8月發布的無劍600芯片設計平臺,能夠在阿里巴巴2020年推出的基于Linux的OpenAnolis開源操作系統上運行火狐瀏覽器、LibreOffice辦公套件等各類桌面級應用。

這臺電腦的發布讓我們認識到,RISC-V進一步體現出了在PC領域取代X86、Arm的潛力和可能性。

近日,本土RISC-V廠商賽昉科技推出了RISC-V架構的PC處理器,并推出了單板計算機。賽昉科技始終聚焦于高性能RISC-V芯片研發,成立至今已相繼推出全球性能最高的RISC-V CPU Core IP——昉·天樞、全球首款量產的高性能RISC-V多媒體處理器——昉·驚鴻7110、全球性能最高的量產RISC-V單板計算機昉·星光 2,實現了從RISC-V內核、處理器芯片到軟件生態的全棧組合,有力撕下RISC-V即低端的標簽,開啟RISC-V高性能處理器的應用落地。

平頭哥和賽昉科技等廠商的努力,意味著RISC-V芯片正加速進軍PC處理器市場。

綜合來看,無論是IoT市場的規?;瘧?,還是向PC和服務器等高性能領域發展的未來潛力,RISC-V這個新興架構正吸引著全球眾多參與者躬身其中。當前,國內外各大科技公司正在大力布局RISC-V架構,通過這款開源、精簡的架構平臺,設計出所需的芯片產品,或者通過RISC-V延伸出其它的生態系統。不管是軟件還是硬件,RISC-V的適配能力正逐步擴大。

寫在最后

從AMD CPU性能迅速接近英特爾,以及蘋果M系列處理器的崛起和RISC-V芯片的推出,可以看到優秀的CPU微架構,以及微架構的精細優化能夠帶來的性能飛躍。

實際上,學術界早有定論,指令集對性能和功耗沒有直接影響。龍芯總裁胡偉武此前也表示:“其實指令系統更多關系到的是軟件生態,比如X86支撐Windows生態、Arm支撐Android生態。”

之所以會有X86 CPU性能更高,Arm CPU功耗更有優勢的認知,主要還是兩者此前目標的不同。X86把資源都用去提升性能,芯片性能高,功耗也高,但英特爾也有低功耗的芯片Atom;Arm原來的目標是做低功耗處理器,現在也有許多高性能的Arm服務器CPU,性能高了,功耗也相應的提升。

也就是說,無論是Arm架構還是RISC-V設計出性能比X86高端CPU更好的產品,指令集并非挑戰,核心在于設計目標。要是在一定邊界內做取舍,包括緩存的策略、替換算法、分支策略等等,可以通過精細化調整來優化CPU的優勢。

當前,X86、Arm、RISC-V在嵌入式、桌面、高性能CPU市場的混戰已經開啟,誰好誰壞,無法做出比較,因為每款處理器架構都有著各自的優點和缺點。

但不可否認的是,X86已經不再是唯一選擇,在蘋果、高通、微軟、阿里平頭哥等大廠的發力下,Arm和RISC-V或將成為PC芯片領域不可忽視的存在。

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