北京航空航天大學(xué) 何立民

從微處理器的視角出發(fā)，把8位、32位嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用稱為低端應(yīng)用，把32位、64位的通用計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、工作站、大型機(jī)的應(yīng)用稱為高端應(yīng)用。這是兩個(gè)完全不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用對象、微處理器體系架構(gòu)、技術(shù)發(fā)展方向全然不同。30多年前，Intel公司統(tǒng)領(lǐng)過這兩個(gè)領(lǐng)域，但是后來毅然放棄了嵌入式系統(tǒng)（80C51），成就了在通用計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）領(lǐng)域的輝煌歷史。30年后，ARM 公司在統(tǒng)領(lǐng)低端領(lǐng)域后，毅然進(jìn)軍64位高端市場，企圖高低端通吃，會成功嗎？筆者認(rèn)為，能夠成功。究其原因，一是時(shí)代不同了，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代是高低端交叉融合的時(shí)代；二是ARM 公司與Intel公司的產(chǎn)業(yè)模式不同，它是雄居半導(dǎo)體廠家之上的知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商。

1 微處理器高低端市場剖析

40年前，微處理器誕生后，迅速演化成兩大分支，即嵌入式處理器與通用微處理器。嵌入式處理器基礎(chǔ)上的嵌入式系統(tǒng)，突出其物理對象的控制功能，不追求高速海量數(shù)據(jù)處理能力，通常以8位、32位為主流機(jī)型；通用微處理器基礎(chǔ)上的通用計(jì)算機(jī)智力平臺，則要求有高速海量數(shù)據(jù)處理能力，通常以32位、64位為主流機(jī)型。因此，它們的體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)發(fā)展方向、市場營銷模式截然不同。為了便于論述，姑且把兩者視為微處理器的低端領(lǐng)域與高端領(lǐng)域。從歷史上看，任何一家企業(yè)都很難同時(shí)經(jīng)營高端產(chǎn)品與低端產(chǎn)品。當(dāng)年，在微處理器誕生之初，Intel公司同時(shí)創(chuàng)造了嵌入式處理器（80C51）與通用微處理器（8086）的輝煌時(shí)代，但隨后放棄了嵌入式處理器，專注于通用微處理器的發(fā)展，并在PC 機(jī)領(lǐng)域形成獨(dú)霸天下之勢。近幾年，雖然不斷發(fā)力嵌入式領(lǐng)域，但始終未能如愿以償。而如今在低端領(lǐng)域處于霸主地位的ARM 公司毅然開辟64位高端市場，能成功嗎？

我們可以從分析40年高低端處理器的發(fā)展歷程來回答這一問題。下面是2011年10月筆者在《物聯(lián)網(wǎng)概述》第2篇文章中，描述現(xiàn)代計(jì)算機(jī)40年發(fā)展歷程時(shí)畫過的一張圖，如圖1所示。

圖1 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)40年發(fā)展歷程

從圖1中可以看出，40年前，通用計(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)是半導(dǎo)體微處理器基礎(chǔ)上的一對孿生兄弟，其后開始了兩大分支不可兼得的獨(dú)立發(fā)展歷程，在嵌入式系統(tǒng)進(jìn)入到普遍具有互聯(lián)網(wǎng)接入功能時(shí)，將互聯(lián)網(wǎng)變革到物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，是通用計(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)交互融合的大科技時(shí)代。Intel公司放棄嵌入式系統(tǒng)是在兩大分支發(fā)展的初級階段，ARM 公司進(jìn)入高端領(lǐng)域則是在高低端交叉融合的物聯(lián)網(wǎng)／云計(jì)算時(shí)代。時(shí)代不同了，高低端的交叉融合有可能給ARM 公司帶來64位高端好運(yùn)。

ARM 公司從低端進(jìn)軍高端，并不突然，早在智能手機(jī)興起時(shí)，ARM 公司32位的4核架構(gòu)便迅速占據(jù)了主流市場，其后又在平板電腦中大顯身手。至此，在低端的嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中，ARM 系列主流地位已成常態(tài)化。后期，在ARM 系列快速發(fā)展中，顯現(xiàn)出向高端進(jìn)軍的眾多技術(shù)亮點(diǎn)，如知識產(chǎn)業(yè)模式、結(jié)構(gòu)體系開放、內(nèi)核化、多核總線、低功耗等。特別是獨(dú)特的“ARM＋產(chǎn)業(yè)模式”的全球化團(tuán)隊(duì)，在ARM 公司進(jìn)軍64位高端領(lǐng)域后，必然會形成眾星捧月之勢。

2 ARM 發(fā)力64位市場勢頭正旺

ARM 公司推出64 位架構(gòu)不到5 年就戰(zhàn)績頗佳。2011年ARM 公司推出ARMv8架構(gòu)，正式支持64位處理器。2013年蘋果推出的A7處理器是全球第一款支持64位的ARM 架構(gòu)處理器，由于受蘋果的影響，ARM 64位架構(gòu)快速在全球推廣，目前手機(jī)芯片企業(yè)（如高通、聯(lián)發(fā)科、三星、海思等）都已經(jīng)推出了ARM 64位架構(gòu)的手機(jī)芯片。同一年ARM 又推出了一種新的架構(gòu)—big.LITTLE架構(gòu)，這種架構(gòu)是將一種高性能的處理器和低性能的處理器整合在一起，提供優(yōu)異的功耗管理能力，使64 位的ARM 架構(gòu)處理器成為既能提供高性能、又能實(shí)現(xiàn)低功耗的完美芯片架構(gòu)。

（1）在筆記本電腦市場

2013年，三星就采用ARM 架構(gòu)芯片推出了chromebook，今年谷歌與中國芯片企業(yè)瑞芯微合作推出低價(jià)的筆記本產(chǎn)品，這將繼續(xù)助推已經(jīng)發(fā)展得頗為紅火的chromebook。

（2）在服務(wù)器領(lǐng)域

ARM 架構(gòu)性能的不斷提升以及優(yōu)異的低功耗、低成本特點(diǎn)，也吸引了相關(guān)廠商將ARM 架構(gòu)引入PC 和服務(wù)器市場，APPLIED MICRO已經(jīng)生產(chǎn)了ARM 64位架構(gòu)的服務(wù)器芯片，AMD 也表示其采用ARM 64位架構(gòu)的服務(wù)器芯片將很快上市，高通也表達(dá)了進(jìn)入這個(gè)市場的興趣。2014 年下半年，HP 采用APPLIED MICRO 公司的ARM 64位處理器推出服務(wù)器產(chǎn)品，除HP之外，全球三大服務(wù)器廠商中的另外兩個(gè)—戴爾和聯(lián)想，也表示將采用ARM 架構(gòu)推出服務(wù)器產(chǎn)品。

（3）在大型機(jī)領(lǐng)域

由中國國防科技大學(xué)高性能處理器研究團(tuán)隊(duì)建立的飛騰公司，推出了為大型機(jī)服務(wù)的ARM 64位64核的“火星”處理器。Cray（克雷）超級計(jì)算機(jī)公司打算在超級電腦設(shè)計(jì)時(shí)采用64位ARM 處理器核，目前已與Cavium 合作推出了ThunderX ARM 處理器產(chǎn)品。

（4）在半產(chǎn)體工藝方面

生產(chǎn)工藝歷來是Intel公司的優(yōu)勢。ARM 公司借助臺積電的16nm FinFET 工藝，推出的A72核心，其性能足以使Intel公司的領(lǐng)先優(yōu)勢快速縮減。

（5）在第三方軟件支持方面

這幾年，ARM 在高端領(lǐng)域創(chuàng)新不斷，64 位和異構(gòu)big.LITTLE 就是兩項(xiàng)重大的創(chuàng)新，不過軟件應(yīng)用未能及時(shí)跟上硬件的快速發(fā)展。微軟壟斷了PC市場，但在支持多核處理器方面落后于處理器企業(yè)的發(fā)展，在支持ARM架構(gòu)上也較為拖沓。2011年微軟才推出了支持ARM 架構(gòu)的Windows系統(tǒng)，但是支持ARM 架構(gòu)的Windows版本未能與一直占據(jù)PC市場的x86架構(gòu)的應(yīng)用軟件兼容，導(dǎo)致Windows在ARM 陣營的發(fā)展并不順利。而對于目前新推出的Windows10 版本，微軟方面強(qiáng)調(diào)同時(shí)兼容ARM 和x86架構(gòu)，不知實(shí)際效果如何。

谷歌是與ARM 公司合作非常緊密的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，正是借助與ARM 的緊密合作，谷歌Android系統(tǒng)才得以迅速占據(jù)了移動市場超過80%的市場份額。目前，谷歌的筆記本操作系統(tǒng)Chrome OS與ARM 架構(gòu)完美融合，并且正在快速發(fā)展。在PC和服務(wù)器市場，積累的各種軟件應(yīng)用大多是基于x86架構(gòu)設(shè)計(jì)的，ARM 要想在這兩個(gè)市場沖擊Intel，還需要谷歌和微軟這些巨頭加把勁！

可以看出，ARM 公司在推出64位架構(gòu)后，眾多高端領(lǐng)域半導(dǎo)體廠商、應(yīng)用供應(yīng)商紛紛響應(yīng)，但Calexda倒閉并不是ARM 的錯(cuò)。

3 ARM 發(fā)力64位并非心血來潮

歷史上經(jīng)典的64 位處理器，包括1991 年MIPS 的R4000、1995 年Sun 的SPARC 處 理 器、1997 年IBM 的PowerPC、2001 年Intel的Itanium（安 騰）、2003 年AMD的Opteron（皓龍?zhí)幚砥鳎?005年Intel的Nocona（至強(qiáng)處理器）等。由于MIPS的先進(jìn)架構(gòu)與開放的產(chǎn)業(yè)理念，成為高端領(lǐng)域的強(qiáng)者。Intel憑借對至強(qiáng)處理器的深度開發(fā)，以及良好的兼容性、眾多的軟件支持，贏得了高端工作站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器領(lǐng)域的巨大市場份額。盡管64位處理器市場強(qiáng)手如林，但是2012年ARM 推出的首款64位架構(gòu)處理器，不僅面向智能手機(jī)、平板電腦市場，而且也面向服務(wù)器領(lǐng)域。這一舉動并非心血來潮，在64位處理器發(fā)展史上具有里程碑式的意義。

ARM 進(jìn)軍64位高端領(lǐng)域不是32位到64位技術(shù)簡單的自然延伸，而是IT 市場的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，這種戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移思想充分體現(xiàn)在MIPS公司拆分式收購的理念中。MIPS公司創(chuàng)造了世界上首款64位處理器，并以先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的開放理念，迅速擁有了眾多的客戶群，在高端應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭。然而，學(xué)院式的MIPS公司終因經(jīng)營不善，于2012年被拆分式收購。

2012年11月6 日，MIPS 公司正式被拆分式收購。IMG（Imagination）公司以6 000萬美元接手MIPS的經(jīng)營業(yè)務(wù)并擁有82 項(xiàng)專利；Bridge Crossing投資聯(lián)盟以3.5億美元獲得MIPS其他498項(xiàng)專利。同時(shí)兩個(gè)收購方約定對所有的專利實(shí)行交叉授權(quán)，IMG 可獲得Bridge Crossing 498項(xiàng)專利的永久免費(fèi)授權(quán)，而Bridge Crossing可獲得IMG 82項(xiàng)專利的限制性授權(quán)。

MIPS公司獨(dú)特的拆分式收購使得結(jié)局皆大歡喜，ARM 公司雖未直接參與，卻是最大的贏家。IMG 公司接手MIPS的經(jīng)營業(yè)務(wù)后，擁有82項(xiàng)專利與其余專利的永久免費(fèi)授權(quán)，穩(wěn)定了MIPS原有客戶。而ARM 公司作為Bridge Crossing（有人稱Bridge Crossing是ARM 的母公司）的成員在此次收購中出資最多，也擁有了最多的MIPS 64位專利技術(shù)。

ARM 公司與 MIPS 公司有相似的處理器架構(gòu)（RISC）、相同的產(chǎn)業(yè)理念，在64位處理器的發(fā)展中實(shí)現(xiàn)的是與MIPS技術(shù)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。在收購MIPS公司核心專利之前，ARM 公司已推出了64 位架構(gòu)，如今又擁有MIPS 64位眾多核心專利技術(shù)的支持，未來64位高端市場中ARM 公司無疑占據(jù)了后天的優(yōu)勢。

ARM 64位處理器發(fā)展前景值得期待，那么Intel公司呢？Intel公司封閉的產(chǎn)業(yè)模式雖然壟斷了PC 機(jī)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，但也因此失去了在高端領(lǐng)域多樣化發(fā)展中的優(yōu)勢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于開放性的MIPS公司。

4 從產(chǎn)業(yè)模式看ARM 64位市場前景

MIPS公司被拆分式收購后，在高端市場形成了ARM、IMG、Intel三大巨頭的競爭格局。

對MIPS來說，公司主體雖然消失了，但其整體得以完全保留在IMG 內(nèi)，原有客戶與市場依然不變。2012年上半年，IMG 占據(jù)了移動GPU IP 授權(quán)市場的46.5%，ARM 的Mali GPU 占 有 率 僅 為12.9%。與IMG 公 司 合并后，MIPS架構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)有望擴(kuò)展到的IMG 現(xiàn)有客戶中，從而獲得新的生命力。

ARM 此前已推出了64位處理器，此次收購之后，依靠相同的理念與技術(shù)上的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，ARM 64位架構(gòu)得以不斷進(jìn)化，對進(jìn)軍高端領(lǐng)域意義重大。另外，長期與Intel對陣的AMD宣布將研發(fā)基于ARM 架構(gòu)的服務(wù)器處理器，對ARM 而言如虎添翼。

微處理器市場成敗，很大程度上取決于下游客戶群。在多領(lǐng)域發(fā)展中，開放型必定戰(zhàn)勝封閉型。ARM 與MIPS都屬于開放型，而Intel則屬于封閉型。

ARM 雖然是高端市場的新興力量，但其在嵌入式領(lǐng)域辛勤耕耘十幾年，最終憑借知識產(chǎn)業(yè)ARM＋的扇形產(chǎn)業(yè)模式，引領(lǐng)半導(dǎo)體廠家，一統(tǒng)天下。在這一過程中，ARM 公司積累了豐富的扇形產(chǎn)業(yè)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，培育了一大批下游客戶。ARM＋的運(yùn)營方式逐步被市場認(rèn)可，不僅嵌入式領(lǐng)域的眾多客戶會跟隨ARM 進(jìn)入高端領(lǐng)域，原有高端領(lǐng)域的大企業(yè)在了解與熟悉這種產(chǎn)業(yè)模式后，也會迅速跟進(jìn)，AMD選擇ARM 64 位處理器就是最好的證明。ARM 公司專注于微處理器先進(jìn)架構(gòu)的研發(fā)，眾多半導(dǎo)體商、應(yīng)用廠家致力于應(yīng)用推廣，第三方軟件商側(cè)重軟件協(xié)同設(shè)計(jì)，臺積電等集成電路代工廠商提供半導(dǎo)體工藝支持，從而形成絕佳的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。這種生態(tài)系統(tǒng)在此前ARM 的嵌入式領(lǐng)域中已經(jīng)成熟與完善，也為市場熟悉與認(rèn)可。在高端市場，ARM 的這種生態(tài)體系也將迅速形成，ARM＋模式將是非常厲害的市場競爭手段。

5 中國IT產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇

若以2012年MIPS被拆分式收購為ARM＋進(jìn)軍高端領(lǐng)域?yàn)槠瘘c(diǎn)，那么，2015年則是ARM＋爆發(fā)式增長的一年。它又一次見證了IT 產(chǎn)業(yè)中，平臺模式及扇形產(chǎn)業(yè)模式的輝煌前景。ARM 公司進(jìn)軍高端領(lǐng)域，是中國IT產(chǎn)業(yè)的重大機(jī)遇。在ARM 公司高端的知識平臺面前，中國與外國的IT 企業(yè)處于同一起跑線上。下面就來看看起步階段中國企業(yè)的發(fā)展勢頭！

截 至2014 年9 月，ARM 宣 布64 位 架 構(gòu)ARMv8－A已達(dá)成了第50個(gè)授權(quán)協(xié)議，已經(jīng)有27家公司正在或者即將開發(fā)64位ARM 芯片，其中來自大中華區(qū)的有8家，準(zhǔn)備進(jìn)軍PC機(jī)、服務(wù)器、工作站甚至大型機(jī)領(lǐng)域。

在智能手機(jī)領(lǐng)域，聯(lián)發(fā)科、海思集團(tuán)都已經(jīng)推出既能提供高性能、又能實(shí)現(xiàn)低功耗的ARM 64 位架構(gòu)手機(jī)芯片，聯(lián)想也表達(dá)了將采用ARM 架構(gòu)推出服務(wù)器產(chǎn)品。

在大型機(jī)領(lǐng)域，最引人注目的是自上而下、力圖高端通吃的飛騰公司。由中國國防科技大學(xué)高性能處理器研究團(tuán)隊(duì)建立的企業(yè)飛騰公司，推出了為大型機(jī)服務(wù)的ARM 64位架構(gòu)64個(gè)核心的“火星”處理器。除“火星”處理器外，飛騰公司還推出了簡化版的8核“地球”處理器，面向桌面PC、低功耗服務(wù)器等市場，它們都可以輕易運(yùn)行安卓、Linux系統(tǒng)和市面上無數(shù)的應(yīng)用軟件，甚至可能兼容微軟的Windows10。飛騰公司在ARM64＋的超級電腦應(yīng)用領(lǐng)域已領(lǐng)先于有超級計(jì)算機(jī)之父美譽(yù)的Cray公司。

另外，2015 年9 月，ARM 公 司 與 中 科 創(chuàng) 達(dá) 公 司（Thundersoft）共同宣布，成立“安創(chuàng)空間科技有限公司”，目的正是要加速中國智能硬件開發(fā)與創(chuàng)新。通過充分利用ARM 公司在高低端ARM＋的生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢，借助安創(chuàng)空間公司提供的一站式服務(wù)環(huán)境，為初創(chuàng)公司及OEM廠商提供所需的專業(yè)技術(shù)與工程支持，助力我國智能硬件創(chuàng)新應(yīng)用迅速起飛。

在良好的服務(wù)環(huán)境推動下，高低端通吃的ARM＋生態(tài)系統(tǒng)，占據(jù)處理器芯片高地，我國IT 產(chǎn)業(yè)定會擁有嶄新面貌。

［1］何立民.嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)模式［J］，單片機(jī)與與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2006（1）.

［2］何立民.嵌入式系統(tǒng)的知識平臺與平臺模式［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008（9）.

［3］何立民.從資本經(jīng)濟(jì)到知識經(jīng)濟(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

［4］何立民.知識學(xué)原理［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.