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Arm芯片的下一站

2023/07/17 09:01      微信公众号:半导体产业纵横 六千  


  随着Arm架构芯片在移动设备、嵌入式设备中的普及,凭借算力、功耗、生态上的快速发展,Arm架构芯片正大举进攻高性能计算市场。

  此芯科技创始人曾表示“Arm技术的发展已经到了能够抢夺x86市场这样一个时间点上。”尤其是苹果M1芯片用不到一年时间就开始撬动x86阵营在传统PC芯片市场上数十年的主导地位。调研机构Counterpoint也曾给出预测,在2027年基于Arm的pc市场份额将增长一倍。

  Arm芯片已然征服了移动市场,那么它的下一站是否是PC市场呢?

  1、Arm芯片的笔记本电脑已经崛起

  基于Arm的硬件运行Mac操作系统的能力使苹果占据了基于Arm的笔记本电脑市场的90%。正如开篇所说,苹果正在以一己之力带动Arm架构芯片在笔记本电脑的征途。得益于ARM架构低功耗的特点,搭载M1芯片的苹果MacBook系列笔记本电脑,电池续航达到了20小时,相比搭载X86架构处理器的笔记本有着成倍提升。同时M1集成的8核心GPU甚至超过X86架构英特尔的集显,堪称移动端最强集成显卡。

  在笔记本领域,其实不止苹果在使用Arm CPU。采用Chrome OS的Chromebook也是基于Arm CPU的笔记本电脑。在疫情期间,这种定位入门、耗电极低,全时在线的产品大受欢迎。在京东上,一台Chrombook笔记本电脑预估的到手价格不到1800元。可以看到,搭载Arm架构CPU的笔记本电脑当前主要集中在最极端的两个市场;传统x86架构仍牢牢把持着中高端市场。

  2、Arm 的PC SoC 与 x86 CPU之争

  Arm芯片的特性决定了搭载Arm芯片笔记本厂商的市场战略。

  在高端市场上,基于 Arm 的 SoC 可以针对特定用例进行定制。这意味着SoC可以设计有更多数量的高性能CPU内核和高度集成的内存,使其能够与x86 CPU竞争。他们的定制内核可以实现现成处理器内核无法实现的更高级功能,并且可以更好地与硬件和操作系统集成。此外,基于 Arm 的 SoC 可以集成高度集成的内存,从而实现更快、更高效的内存访问。这可以通过在 CPU 和 GPU 之间实现更快的数据访问和共享来提高图形密集型任务的性能。因此搭载苹果自研的M系列芯片开始成为创作者的“标配”。

  从低端市场来看,基于Arm架构的处理器不是将处理单元与其余硬件分开,而是将各种硬件功能(如外围组件互连等 I/O 总线控制器)位于同一物理平台上,并且所有不同的功能都通过内部总线集成在一起,即这称为片上系统或(SOC)。随着性能的提高,通过不同的设计, ARM处理器可以拥有极高的性价比。甚至可以为入门级、500美元以下的Chromebook和Windows PC等低端电脑提供动力。顺理成章的,既然不能用*的性能战胜x86,不如就用*的性价比抢占市场。毕竟有一大部分成本敏感的低端用户,他们对CPU的性能要求是够用就行,不会接受过于高昂的CPU售价,价格*便宜的Chromebook就是在抢占这部分市场。

  在这样的两种选择之中,也暴露出Arm架构的PC的弱点,即x86发展多年积累的生态一时之间难以打破。Counterpoint指出,对Windows和Office365的全面支持以及基于Arm的原生应用程序的采用速度是决定Arm SoC在PC中渗透率的关键因素。当这些因素得到解决,基于 Arm 的 PC 才更有可能成为日常用户和企业的可行选择。毕竟,对于一半打工人来说,相对于架构,大家还是更关心能不能使用微软的一套系统。好在,微软已经在开放对arm芯片的授权。微软甚至在2022年宣布推出Windows Dev Kit 2023,即一款为 Windows 开发人员构建的 Arm 驱动设备。随着搭载Arm架构的PC越来越多,生态将只是一个时间问题。

  于是,Arm PC芯片的战争打响了。

  3、Arm PC芯片市场:三强争霸

  不同于x86芯片市场的一家独大(虽然AMD近年市场份额也有所增长,但英特尔的*优势还是相当明显),正处于萌芽状态的Arm PC芯片市场正处于一个人人都有机会的市场新生期,目前最有代表性的三个玩家是:苹果、高通、联发科。值得注意的是,有消息指出ARM公司也在计划研发Arm架构的PC芯片。那么接下来我们就来看看这四家的产品情况。

  苹果M系列带头冲锋

  作为Arm PC最有代表性的产品,苹果的M系列芯片可以说是打响了Arm芯片的名片。2020年,苹果的M1芯片Geekbench 5单线程的跑分超过了i9,曾被称为“Arm架构的胜利”。

  随着苹果宣布将M2 Ultra用于工作站产品Mac Pro,彻底停用所有x86芯片。Arm芯片在PC上的实用性已经不需要更多证明。可以说M系列芯片是Arm PC芯片的冲锋兵。

  高通紧随其后

  据报道,微软与高通达成*协议,Snapdragon8cx Gen 3 将成为未来 Windows 笔记本电脑中*基于 Arm 的高端芯片产品。如果这笔交易确实,市场有望看到更多Windows on Arm产品。

  前文提到的微软的Windows Dev Kit 2023就是搭载了高通Snapdragon® 8cx Gen 3计算平台的PC。作为苹果的老对手,高通的Arm PC也瞄准了高端市场。据报道,高通最新的Arm PC处理器为骁龙8cx Gen4,型号SC8380,研发代号“Hamoa”,CPU内核不再是以往的Kryo而是全新打造的Oryon CPU,来自高通花费百亿巨资收购的Nuvia团队,基于ARM指令集完全自研。

  骁龙8cx Gen4采用12核设计,8大核3.4GHz+4小核2.4GHz,支持独显/PCIe 4.0外围设备等,测试设备包括一款10寸二合一平板以及13寸笔记本电脑。CEO阿蒙日前在采访中透露,这款处理器最终会在2023年9到10月份发布,终端产品则会在2024年初上市。首发骁龙8cx Gen4的是微软新一代Surface,使用Win11系统,整体对标苹果的M1/M2笔记本。

  在 CPU 性能方面,高通的Snapdragon 8cx Gen 2与超极本级芯片(例如低功耗 15W 版本的英特尔 i5 处理器)旗鼓相当。通过高通内部参考设计(QRD)测试产品提交的基准测试显示,Snapdragon 8cx Gen 3 的平均单核得分为 1,000;多核平均得分徘徊在 5000 分左右。相对于x86仍有一定竞争力。

  不过高通的芯片性能距离苹果M系列仍有一定差距。Snapdragon 8cx Gen 3 泄露的 Geekbench 单核成绩为 1,000 分,与 M1 *的 1,700 分仍有很大差距。虽然多核分数的差异并不那么明显,但仍然存在差距。Apple M1 的平均得分约为 7,700 分,而 Snapdragon 芯片的平均得分为 5,000 分。

  事实上,基准测试显示,即使在Windows 虚拟机中运行,Apple M1 也能击败 8cx Gen 3 的单核分数。尽管虚拟化和运行额外的操作系统会产生额外的开销,但 M1 的多核得分与新的高通芯片相差无几。

  M1 Pro 和 M1 Max SoC的*优势就更加明显了。它们甚至提供足够的图形处理能力,可以与 NVIDIA 和 AMD 的一些附加 GPU 竞争。最后,Apple 最近宣布了加速 ProRes 视频编码和 ML 训练功能,让专业用户感到满意。

  在价格方面, 8cx Gen 2 比Apple M1更便宜,但它在相似的价格范围内进行竞争Galaxy Book Go 是*的 8cx Gen 2 设备,售价 799 美元,但配备 4GB RAM——对于现代 Windows 设备来说显然不够。与此同时,Surface Pro X 使用了 8cx Gen 2 的改进版本,但起价远高于 1,000 美元。在这样的定价来看,用户或许更倾向于选择一台苹果笔记本,而不是一台有着Windows系统的骁龙芯片笔记本。除了价格之外,迄今为止发布的基于 Snapdragon 的 Windows 设备的 I/O 表现不佳。例如,上述设备均不提供 Thunderbolt。

  联发科走自己的路

  另一家也在Arm芯片深有积累的芯片公司联发科选择了PC市场。联发科副总曾表示,PC是规模400亿美元的巨大市场,联发科计划涉足高功耗市场,将不少已经应用于手机的移动技术如5G、蓝牙、Wi-Fi、显示IC等带到PC平台上,和高通骁龙争高低。

  联发科目前的 Arm PC 芯片多用于中低端 Chromebook。2022年1月,联发科发布迅鲲 Kompanio 1380 芯片,采用 6nm 工艺。迅鲲 1380 配备了 8 核心 CPU,其中包含 4 个 Arm Cortex-A78 核心,配备 5 核心 Arm Mali-G57 GPU。今年5月,联发科和英伟达还将合作开发用于笔记本应用的 WOA(Windows on Arm)平台产品。同时,消息人士补充说,由英伟达 GPU 和 AI 技术提供支持的 WOA 平台产品将帮助两家公司打入笔记本电脑市场。不同于高通,搭载联发科芯片的PC更加“亲民”。两家手机SoC巨头在PC市场的上的路线也基本与原本市场定位相似。

  观望中的ARM、微软

  除了已经有产品问世的三家公司,还有一些公司的粮草已经先行。

  有报道指出,ARM公司组建了一个新的 "解决方案工程 "团队,将领导这些用于移动设备、笔记本电脑和其他电子产品的原型芯片的开发。此外,微软也在招募半导体相关人才,比如SOC架构师、芯片设计工程师等等。团队的目标就是为了自研一款PC用的ARM芯片,用于抗衡苹果M系列芯片,而这款芯片也极有可能和Windows12一同亮相。

  4、越来越多的智能设备成为新应用市场

  随着PC的普及,PC市场已经逐渐成熟。因此,对于更加架构灵活的Arm芯片来说,去扩展更多智能设备也是Arm PC级SoC的新思路。例如,在 VR 耳机中使用基于 Arm 的 PC 级 SoC,它们可以让 VR 耳机提供类似 PC 的性能,并能够处理更复杂和要求更高的 VR 应用。

  在国内,智能家居成为了有潜力的新场景。通过利用新一代的通信信息技术,智能家居可以实现系统平台和家居产品之间的互联互通,满足用户对于信息获取和使用的需求。智能家居具有许多功能,例如集中管理、远程功能控制、场景互联互通、自主学习迭代等。这些功能可以构建出智能化的家居生活场景,提升家居生活的舒适性、安全性和便捷性。

  根据IDC及CSHIA的数据,2016~2020年间,中国智能家居市场规模由2608.5亿元增长至5144.7亿元,年均复合增长率达到18.51%。2021年中国智能家居设备市场出货量超过2.2亿台,同比增长9.2%,规模达到5800亿元。2022~2026年,中国智能家居设备市场出货量将以21.4%的复合增长率快速增长,到2026年市场出货量有望接近5.4亿台,规模将达到8000亿元,并在有望在不久的将来突破万亿元。近期比较火的百度的闺蜜机添添就搭载了联发科的MTK8768芯片。如同前文所说,联发科主打的是一种“农村包围城市”路线。

  在硬件创新来到瓶颈的时候,不如在概念上寻找突破。

  回到开篇的问题,在占领了手机芯片市场之后,Arm芯片的下一站是PC市场吗?答案是肯定,但要补充的是,Arm芯片的下一站不止是PC市场。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

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