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未來是屬於 ARM 為代表的精簡指令集還是 x86 為代表的復雜指令集?

2013-12-28數碼

ARM vs. x86 不是一個技術問題,而是一個商業問題。為什麽這麽說呢?且聽我細細分解:

首先,「x86 比 ARM 功耗高」這一點,在事實上已經不再成立了,具體的數據和分析可以參考 [1]。文章比較長,數據也很多,如果沒空看也沒關系,看看最後一頁的這張表就行了:

這裏比較的是兩個平板器材:采用 NVIDIA Tegra 3 (40nm ARM 處理器) 的 Microsoft Surface RT 平板電腦和采用 Intel Clover Trail Atom (32nm x86 處理器) 的 Acer W510 平板電腦。可以看到,每一個測試專案中 Atom 的功耗都比 Tegra 3 低不少。這還不是最要命的,更要命的是 Atom 的效能比 Tegra 3 高,也就是說 Atom 可以在更短的時間內完成同樣的任務然後進入低功耗休眠狀態以節省電力,而且在休眠狀態下 Atom 的功耗也只有 Tegra 3 的差不多一半。

當然,Atom 並不能完全代表 x86 處理器,Tegra 3 也只是諸多 ARM 處理器中比較費電的一款,但這個例子的教育意義在於它打破了傳統上認為「ARM 比 x86 省電」的迷思:沒錯,在對效能要求不高的情況下,ARM 的確比 x86 省電,因為 ARM 天生就是為低功耗這一目標打造的;但隨著套用的不斷深入,人們對流動通訊器材的效能要求越來越高,目前在高端平板【或者說普通筆記本替代品】這個尺度的套用上以 Atom 為代表的 x86 處理器已經具有相當的功耗優勢。假以時日,在給定效能基礎上 x86 做到比 ARM 功耗更低並不存在太大技術上的障礙。

其次,處理器功耗只是整個器材功耗的一部份,甚至不是最主要的部份,特別是在觸屏流動通訊器材上還有螢幕、無線通訊模組這樣的耗能大戶。比如從上面那張表可以看出,處理器的功耗占總功耗的比例,在絕大多數情況下都不超過 20%,實際使用場合下的功耗占比更是會低於 10%【處理器大部份時候在休眠】。技術的進步可以相對快速的降低處理器的功耗,但由於物理規律的限制【比如螢幕始終需要維持足夠的亮度、無線通訊始終是需要發射足夠強的電磁波】,器材上的其他耗能大戶功耗降低的振幅要小得多。這就意味著單純削減處理器功耗以延長續航時間的邊際效用會越來越小,到一定程度後對整個器材的續航時間的影響變得微乎其微、花大成本提高處理器功耗的回報太低以至於不經濟。Intel 的下一代平台 Haswell 之所以要強調全平台的低功耗也部份是出於這個原因。當然目前我們還沒有到那個時候,現在還不用操心這個,但要記住這一點。

————我是技術/商業分割線————

好了,如果現在你和我一樣相信 Intel 有能力在功耗和效能上都戰勝 ARM,為什麽現在絕大部份流動通訊器材采用的是 ARM 而不是 x86 處理器呢?或者說為什麽 Intel 會在移動市場上如此「失敗」呢?

因為 ARM 代表的產業模式對於 Intel 而言是一場商業災難。

Intel 這麽多年習慣的模式是生產制造幾十、幾百美元的處理器,在這個價位上的生產制造毛利率高得嚇人。而正是豐厚的毛利率使得 Intel 敢於付出高昂的代價研發下一代處理器技術和生產線制程,從而保持領先競爭對手至少一個代際的技術優勢。比如現在 Intel 的主流 Core 系列的制程是 22nm,同時期的 ARM 還處於 40nm 到 32nm 或者 32nm 到 28nm 的過渡階段,而 Intel 已經在新建 14nm 的生產線了。

反觀一片 ARM 處理器才賣幾美元,利潤率微薄,即便出貨量大不少【不要忘了出貨量和生產線投入之間的準線性關系】,卻也不能滿足 Intel 這樣的巨鱷【巨餓?XD】的胃口,更不能讓它保持目前的「高研發/高毛利相互驅動」的商業模式。不玩自家的遊戲規則,Intel 淪為二三流廠商那是分分鐘可能發生的危險。Intel 管理層不希望看到這個未來,Intel 的股東們更不希望。

另外,移動 SoC 市場中公司之間的合作模式也不適合 Intel。為了節省制造成本和降低功耗,移動 SoC 經常需要整合多家廠商的 IP 塊於一片上,那麽兩個問題就隨之而來了:1) Intel 會不會授權自己的 IP 塊給其他廠商,比如蘋果?這可不是 Intel 擅長的,因為授權設計的收入比銷售最終產品的收入要低得多;2) 最終生產的時候用誰的生產線?Intel 可不會白白的讓出自己投入巨資研發制造的最新制程的生產線給別人用;就算 Intel 願意,別人也不見得用得起,畢竟有低毛利率的限制。而 ARM 則沒有這些顧慮:ARM 設計和生產是分離的,設計的 IP 塊可以單獨授權給各家廠商自行客製整合,而制造采用的是比較成熟的生產線,成本低、可選廠家也多。

這就是為什麽 Intel 在移動領域涉足很晚也很勉強、為什麽功耗低、單價更低的 Atom 處理器始終比最先進的 Core 處理器落後一兩代的原因。非不能也,乃不為也;因何不為?利益使然爾!

然而市場現實是桌上型電腦、筆記本的出貨量穩步下降,Intel 寄予厚望的 Ultrabook 不成氣候也沒能讓筆記本市場死灰復燃;與此同時,流動通訊器材份額穩步飆升,ARM 處理器的效能在多數場合都能滿足需求【good enough】,甚至有威脅 Intel 在伺服器市場的潛能。這一切都迫使 Intel 不得不面對 ARM 這個難題;而這個難題的主要癥結不在於技術,而在於 Intel 能不能否定自我、推倒重來。

[1]:

AnandTech - The x86 Power Myth Busted: In-Depth Clover Trail Power Analysis