Arm突破2000亿颗!何时突破万亿?RISC-V是主要风险因素

2021-10-20 13:15:45 来源:EETOP
Arm公司宣布,其生态系统合作伙伴已经交付了超过2000亿颗基于其架构的芯片,这是一个巨大的但并不令人惊讶的数字,因为Arm公司控制着微控制器和智能手机市场。但是,虽然Arm拥有世界上最受欢迎的CPU架构,但它依然面临着很多挑战。 

Arm架构无处不在

如今,在一天中不使用到至少一种基于Arm的设备几乎是不可能的,因为一般的计算机,特别是Arm架构已经变得无处不在。Arm是少数几家拥有可以为几乎所有设备提供动力的技术的公司之一。Arm的Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M和Mali IP被用于全球1600多家开发商的无数个CPU、控制器、微控制器和GPU。无论你使用的是智能手机还是汽车,它们都有可能在内部安装了基于Arm的芯片

Arm的采用量还在继续加速。该公司的合作伙伴用了大约 23 年的时间——从 1991 年到 2014 年——出货了前 500 亿颗芯片,然后他们又用了三年——从 2014 年到 2017 年——出货了另外 500 亿颗。而现在,Arm 生态系统用了大约 4.5 年的时间又出货了 1000 亿个芯片。Arm表示,每秒钟大约会有900个基于其架构的芯片被生产出来。

随着基于 Arm 的芯片出货量达到 2000 亿,显而易见的问题是 Arm 能以多快的速度达到 5000 亿和 1 万亿颗芯片。虽然我们可以大胆猜测,随着 AI、HPC、边缘计算、机器人和物联网等大趋势,Arm 的合作伙伴可能会在未来 10 年左右的时间内推出第 1 万亿个基于 Arm 的芯片,但Arm在未来的道路上仍面临许多挑战。

未来的挑战

Arm 知道如何竞争。该公司已远远甩开了可用于许可的 Arc 和 MIPS CPU 架构,并成功地在GPU架构上与 Imagination Technologies 及其 PowerVR GPU 架构竞争保持领先。但为了在财务上进一步增长,Arm 需要面向更高端应用,例如客户端 PC 和数据中心。与此同时,Arm 还必须捍卫其在传统小芯片市场的地位,例如控制器和微控制器,这些芯片价格便宜,但无处不在,销量惊人。 

客户端 PC 和数据中心

从架构的角度来看,Arm 的 64 位 Armv8 自 2011 年就可以解决 PC 和服务器的问题,但到目前为止只有少数公司,包括苹果、高通、Ampere 、AWS已经华为和阿里推出了可以提供不错性能的片上系统用于此类应用并与来自 AMD英特尔CPU 竞争。为了让其他供应商能够为追求性能的应用提供 SoC,Arm 在 2019 年推出了其 Neoverse 的以性能为中心的内核, 然而到目前为止,基于这种设计的成功案例相当一般。

自从 Apple 开始将其 Mac 转换为基于 Arm 的 SoC,Arm 在 PC 领域的份额不断增长也就不足为奇了。 Strategy Analytics 认为,2021 年基于 Arm 的笔记本 SoC 收入将比 2020 年增长三倍,将达到 9.49 亿美元。分析师认为,由于苹果用于 MacBook 的 M1 系列 SoC、联发科用于 Chromebook 的 SoC 和高通用于 Windows-on-Arm 机器的 SoC,今年基于 Arm 的 SoC 将占据笔记本电脑市场 10% 的份额。

不过Chromebook 主要在美国销售,而且通常面向学生销售,这个市场非常有限。与此同时,高通的Windows 平台还没有与 AMD英特尔的平台竞争。因此,Arm 在 PC 领域的成功将在很大程度上取决于 Apple 在该市场的成功。 

StrategyAnalytics 手机组件技术服务副总监 SravanKundojjala 表示:“尽管高通与微软在 Windows 操作系统上建立了密切的合作伙伴关系,但到目前为止,它并没有在笔记本电脑市场上取得成功。” “高通通过收购 Nuvia 对计算市场进行了大量投资,我们只能在 2023 年看到结果。短期内,高通可以专注于Chromebook 以从联发科手中夺取份额。StrategyAnalytics 认为基于 Arm 的笔记本电脑处理器供应商需要加大软件投资和品牌推广力度,才能与基于 x86 的供应商英特尔AMD 进行有效竞争。”

在服务器方面,Arm 有许多雄心勃勃的合作伙伴,例如 Ampere 正在开发服务器 SoC,但软件兼容性显然会减缓此类芯片的采用。要真正成为一个强大的数据中心参与者,Arm及其合作伙伴将必须确保软件栈的存在。幸运的是,Arm的情况正变得越来越好。例如,AWS和甲骨文正在分别部署他们自己的或Ampere的处理器

显然,AMD英特尔知道他们的优势并意识到 Arm 设计可以提供什么样的好处,因此他们将竭尽全力保持他们的性能领先地位,并增加灵活性以应对新兴工作负载。我们希望从英特尔即将推出的Alder Lake 架构中看到很多这样的东西。

RISC-V:Arm 的主要风险因素

除了努力进军PC端和服务器,Arm保持其在现有市场的地位与进入新市场也同样重要。这就是 Arm 将面临来自快速发展的 RISC-V 生态系统挑战的地方。就在三四年前,现有的RISC-V内核只能解决简单的微控制器,但今天它们已经可以运行丰富的操作系统,如 Linux。

RISC-V 指令集架构 (ISA) 与 Arm 相比的关键优势在于它是免版税的,而且许多设计都是开源的(而且也是免费的)。假设一家公司能够为RISC-V开发一个软件栈,它可以从Arm迁移到RISC-V芯片,以节省一些资金。例如,Arm公司最重要的客户之一苹果公司正在探索RISC-V,并期待在未来几年实现RISC-V硬件。虽然Arm可以提供软件兼容性和熟悉的设计,但该公司要与免费的东西竞争将是很棘手的。 

与此同时,很难指望 RISC-V解决方案能在短期内挑战性能要求高的领域的 Arm(更不用说 x86)了。但是,由于有数十家公司为 ISA 做出了贡献,我们只能想知道第一个高性能 RISC-V设计何时会出现。虽然我们不指望Tenstorrent的以人工智能为重点的SoC采用SiFive的X280 64位RISC-V内核和512位宽的RISC-V矢量扩展,在通用工作负载中提供突破性的性能,但这些芯片肯定是RISC-V如何在新兴应用中挑战Arm和x86的一个好例子。

总结

Arm 的 CPU 架构已成为世界上最普遍的 ISA,并且其销量可能超过所有其余架构——Arc、MIPS、Power、x86 等——的总和。由于如今处理器几乎无处不在,Arm 架构的成功只会在未来几年内继续增长。 

但 Arm 面临着多重挑战。首先,它需要在数据中心找到自己的位置,并挑战几十年来一直主导服务器的 x86ISA。其次,它需要维持现有市场并与开源免版税架构 RISC-V保持竞争力。未来几年将决定Arm能否很好地完成这些任务--无论是否被能英伟达收购进而得到更多的帮助。

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