ARM架構(gòu)和X86架構(gòu)的發(fā)展可以說是彼此借鑒和共同創(chuàng)新的,有點類似于今天的iOS和Android。例如X86架構(gòu)開始引入RISC的一些設(shè)計例如一級緩存和微指令,而RISC也開始搭載一些復(fù)雜的指令集。
當搭載驍龍820的筆記本電腦打開Photoshop運行的時候,臺下的人群爆發(fā)出陣陣掌聲,是的,RISC架構(gòu)處理器將再一次進攻個人電腦市場。與大部分人認為個人電腦一直采用x86架構(gòu)所不同,26年前的1991年,由蘋果、IBM和摩托羅拉組成的AIM聯(lián)盟就曾用RISC架構(gòu)向當時以及今天的個人電腦芯片霸主英特爾發(fā)起了挑戰(zhàn),而這個故事要從40年前開始說起。
RISC架構(gòu)大戰(zhàn)CISC架構(gòu)
在上世紀70年代末的時候,IBM以及其他企業(yè)的從業(yè)人員發(fā)現(xiàn)如果按照現(xiàn)在指令集發(fā)展的方向繼續(xù)發(fā)展的話,也就是CISC(復(fù)雜指令集計算機)架構(gòu),那么現(xiàn)有的指令集系統(tǒng)會越來越復(fù)雜,雖然指令集越來越復(fù)雜但是編譯器卻很少使用這么多復(fù)雜的指令集,這個時候RISC(精簡指令集計算機)誕生了,而為了區(qū)分,傳統(tǒng)的架構(gòu)才有了CISC這個名字。憑借著高效的運算能力,RISC一出現(xiàn)就開始大放異彩,幾乎是一邊倒的支持,那個時期的IEEE(美國電氣工程師協(xié)會)的期刊上各種為RISC叫好論文,甚至大學(xué)的相關(guān)教材都是以RISC為基礎(chǔ),服務(wù)器市場更是不在話下。而兩者最大的區(qū)別可以用一個簡單的例子來形容,比如做乘法5乘5。CISC一條乘法指令搞定,到了RISC這邊就是5+5+5+5+5。指令多意味著在處理復(fù)雜運算的效率高,指令少則意味著靈活,但是靈活的背后則是對數(shù)據(jù)帶寬的巨大需求,而CISC則不需要。實際上兩者的設(shè)計思路差異非常的復(fù)雜,可以說是各有千秋,沒有絕對的好與壞。
1978那年6月8日,那時候還名不見經(jīng)傳的Intel發(fā)布了CISC架構(gòu)的16位微處理器“8086”,也就是首款X86處理器,在之后的30多年歷史里,尤其是從80年代后期到90年代RISC架構(gòu)同CISC架構(gòu)為了爭奪個人電腦市場交手過很多次。其中最為矚目的莫過于由蘋果、IBM和摩托羅拉三劍客組成的AIM聯(lián)盟在1991年到2005年在桌面市場對x86架構(gòu)Wintel聯(lián)盟發(fā)起的第一次挑戰(zhàn)以及從80年代中期到90年代末服務(wù)器市場上以SUN,SGI,MIPS,阿波羅,惠普,DEC和IBM組成的UNIX七雄與Wintel聯(lián)盟的大戰(zhàn)。但遺憾的是,不論是AIM聯(lián)盟還是UNIX七雄,最終都敗在Wintel聯(lián)盟手下。就在全世界認為x86要一統(tǒng)天下的時候,沒想到與x86架構(gòu)發(fā)布的同一年誕生的小公司Acorn,也就是如今大名鼎鼎的ARM公司則在30年后的今天幫助RISC成功上演復(fù)仇記。
桌面移動全面開戰(zhàn)
ARM架構(gòu)和X86架構(gòu)的發(fā)展可以說是彼此借鑒和共同創(chuàng)新的,有點類似于今天的iOS和Android。例如X86架構(gòu)開始引入RISC的一些設(shè)計例如一級緩存和微指令,而RISC也開始搭載一些復(fù)雜的指令集。X86架構(gòu)的優(yōu)勢在于復(fù)雜的指令集所帶來的高性能,與此對應(yīng)的則是芯片的復(fù)雜度和面積提升所帶來的高功耗,而ARM架構(gòu)的優(yōu)勢則是高效,靈活的指令集搭配所帶來的低功耗便利性,缺點則是執(zhí)行復(fù)雜程序時性能上要明顯弱于X86和對帶寬的高要求。
從名字:AdvancedRISCMachine——高級RISC機就可以看出ARM自誕生以來就是RISC陣營的忠實擁護者。而ARM與Intel的恩怨糾葛由來已久,由于同處一個時代,在面對神一般的對手英特爾時,早期的ARM只能用生不逢時這四個字來形容。那時的ARM知道如果正面對抗英特爾只能用找死倆字形容,因此希望與Intel合作并向Intel申請286處理器樣片,但不幸的是,遭到了Intel無情地拒絕,被迫轉(zhuǎn)向RISC架構(gòu)的懷抱,開始憑借:低成本、低功耗、高效率的優(yōu)勢在移動市場尋找生機。此時的RISC陣營在失去了個人電腦市場,慢慢丟失服務(wù)器市場的同時,衍生的ARM架構(gòu)在移動平臺還算風(fēng)生水起,例如便攜游戲機GBA,PSP,NDS等等都是采用ARM架構(gòu)的代表產(chǎn)品,最終智能手機的發(fā)展讓ARM走上巔峰。
智能手機的飛速發(fā)展打了老牌巨頭英特爾一個措手不及,在各大半導(dǎo)體公司例如德州儀器、博通、三星、高通等紛紛投靠ARM陣營同時,x86架構(gòu)的親媽英特爾顯得頗為尷尬。倉促之下妄圖使用修改過的低功耗Atom牽手谷歌安卓來進入移動市場。但是理想很豐滿,現(xiàn)實很殘酷。由于此時的安卓生態(tài)圈已成為ARM軟件的天下,Atom遇到了因為兼容性帶來的嚴重水土不服的問題。除此之外,盡管英特爾為了降低x86架構(gòu)的功耗投入巨大的人力,精力和財力,但依然無法同ARM進行抗衡,最終被迫退守桌面市場。畢竟低功耗可是ARM的看家本領(lǐng)啊。
相比英特爾進軍移動市場的不順,ARM架構(gòu)進攻桌面市場也并不是那么的一帆風(fēng)順,平板電腦就是最好的例子。而ARM所面臨的問題同英特爾幾乎一樣,那就是兼容性。由于近30年來所有的大型軟件都隸屬于Wintel聯(lián)盟的生態(tài)圈,因此如果微軟不作為的話,ARM同樣無法運行x86版本的軟件。但相比之前的屢戰(zhàn)屢敗,這一次幸運女神的天平傾向了ARM,在得到了微軟的全力支持之后,ARM終于獲得了一次與x86架構(gòu)進行相對“公平”決斗的大好機會,能否代表RISC陣營一雪前恥就要看ARM如何去做了。
服務(wù)器市場戰(zhàn)火再起
前文提到的CISC與RISC在80年代末90年代初大戰(zhàn)時最后的重要戰(zhàn)場就是服務(wù)器市場。而英特爾之所以能最終取得勝利,跟IBM的誤判有很大關(guān)系。由于IBM在早期認為RISC架構(gòu)由于性能卓越用在民用電腦市場上完全是浪費,再加上服務(wù)器市場利潤豐厚,于是讓Intel和AMD代工生產(chǎn)民用電腦的CPU,自己主動放棄RISC架構(gòu)的民用電腦市場使得這兩家尤其是Intel迅速發(fā)展并成為自己在服務(wù)器市場上最強大的對手,而CISC架構(gòu)的代表Intel憑借自身的強大技術(shù)和微軟的系統(tǒng)在個人電腦市場上一直以來全力支持,更是讓RISC架構(gòu)的CPU與個人電腦市場saybye-bye。在90年代中期的服務(wù)器市場,RISC架構(gòu)的小型機代言組合UNIX七雄和X86架構(gòu)的服務(wù)器分別占據(jù)了78%和22%的市場,憑著Intel和AMD的努力,到了2010年,RISC和X86的市場份額已經(jīng)發(fā)生了對調(diào)變成29%對63%。丟失市場份額的代價則是UNIX七雄中的六雄非死即傷退出服務(wù)器市場,如果不是藍色巨人IBM憑借高端處理器Power系列獨領(lǐng)風(fēng)騷,也許X86架構(gòu)真的要一統(tǒng)江山。
只是讓所有人都沒想到的時,在移動時代x86架構(gòu)被徹底邊緣化,將市場拱手讓給RISC接班人ARM。而于此同時,ARM在服務(wù)器市場也是虎視眈眈,蓄勢待發(fā)。2014年,隨著x86陣營中的AMD推出其首款A(yù)RM處理器皓龍,讓服務(wù)器芯片市場再次硝煙四起。而2017年下半年,高通首款款10nmARM架構(gòu)服務(wù)器處理器Centriq2400就要正式登陸服務(wù)器市場,而這也意味著RISC陣營正式吹響了反攻的號角。
得生態(tài)者得天下有規(guī)模者定乾坤
回顧30多年得芯片大戰(zhàn)史,我們可以從中總結(jié)處兩個影響最終結(jié)果的重要因素。首先第一就是規(guī)模。半導(dǎo)體行業(yè)非常講究規(guī)模效應(yīng),銷量百萬片和千萬片不論是成本還是良品率都完全不同。早年蘋果最終放棄Power處理器最重要的原因就是由于IBMPower的生產(chǎn)規(guī)模遠遠比不上英特爾,因此造成成本極其高昂最終使得蘋果倒向x86架構(gòu)。其次就是生態(tài)圈,如果英特爾當年沒有微軟這個好基友統(tǒng)領(lǐng)了桌面系統(tǒng),使得大型軟件開發(fā)商紛紛針對英特爾進行優(yōu)化處理,英特爾也無法在PC時代獨領(lǐng)風(fēng)騷。就目前來看,ARM依靠著獨特的授權(quán)模式使得其整體規(guī)模與x86不相上下。決勝的關(guān)鍵點就看生態(tài)圈,一旦ARM完全克服掉兼容性問題,那么英特爾將陷入被動局面。
結(jié)束語
移動時代的到來打破了移動與桌面市場近20年的平衡,讓芯片大戰(zhàn)的戰(zhàn)火再次燒起且愈演愈烈,正所謂:
芯片大戰(zhàn)硝煙起
ARM上演復(fù)仇記
移動桌面服務(wù)器
規(guī)模生態(tài)得服氣
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