写在一切之前:X86和ARM

《电脑爱好者》2017年第2期 2017-06-28 15:56专题 标签:英特尔 移动

如今基于ARM架构处理器的手机、智能穿戴设备可谓风生水起,但谁又能想到ARM曾经一度仰望英特尔几十年呢?在PC时代,英特尔主导的X86(基于“CISC”复杂指令集)英雄无敌,ARM根本没有实力正面回击。于是,ARM(公司)采用了曲线救国的策略,选择以“RISC”(精简指令集)作为主打。由于ARM的RISC精简指令集并不是特别符合当时硬件产品的潮流趋势,所以在很长的一段时间里它只能处于仰人(英特尔)鼻息的憋屈境遇。

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所谓三十年河东,三十年河西。ARM的RISC精简指令集恰好与智能手机和智能穿戴设备的需求不谋而合,最终使其成为了移动时代的无冕之王。恰好此时PC产业正值严冬,英特尔迫切期望在移动市场分一杯羹以找到新的利润增长点,而ARM也计划入侵传统PC市场而谋求更大的布局。于是,一场龙争虎斗的较量便拉开了序幕。

英特尔虽然在PC市场风生水起,将同属X86阵营的AMD压得喘不过气,但在移动市场却始终处于劣势,而英特尔也不得不做出壮士割腕的举措。实际上,英特尔曾一度有希望成为移动时代的领军者,只是战略失策让其与移动时代失之交臂。

英特尔曾与ARM有过交集

1998年,英特尔从DEC(当年的处理器产业巨头)手里获得了StrongARM与ARM架构的完整授权,这意味着英特尔可以自行研发生产基于RISC精简指令集设计的ARM处理器。实际上,在随后的很长一个时期里(特别是在Pocket PC掌上电脑时代),英特尔旗下的“XScale”就一度成为ARM处理器中的“代名词”(图1)。

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可惜,Pocket PC在当年并非一种成功的设备,英特尔没能从中赚取太多的利润反而面临亏损。同一时期,英特尔还恰好经历Pentium 4的失败以及AMD逆袭成功的阵痛。为了集中精力,英特尔将包括XScale及手持设备芯片业务以6亿美元打包出售给了Marvell公司。这种在今天看来属于绝对“短视”的行为让英特尔失去了与ARM(公司)直接抗衡的资本,最终造就了X86和ARM这两种“不相干”架构的处理器在移动市场中的火拼场面。

依托于凌动的移动梦想

面对智能手机的强势崛起,以及围绕着ARM而赚的盆满钵满的芯片厂(如高通),说英特尔不动心那是假的。好消息是,英特尔手中还有着一条和ARM处理器颇有几分相似的产品线:凌动(Atom)(图2)。

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低功耗和小尺寸封装是Atom的特色

简单来说,Atom曾是英特尔针对上网本定制的处理器(图3),其最大特色就是从乱序指令(out of order)改成了顺序指令执行(in order),最终导致Atom的功耗和性能都大幅缩水。没关系,说Atom性能差那是相对其他X86处理器而言,和ARM处理器相比,Atom的理论性能还是足够用的。

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于是,英特尔在2012年CES展会上发布了旗下首款针对手机设计的X86架构处理器:Atom Z2460(隶属Medfield,32nm),它是一款单核双线程处理器,并由联想乐Phone K800首发(图4);

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2013年,英特尔再度祭出了Atom Z2580(隶属Clover Trail+,32nm),它是一颗双核四线程处理器,同样由联想旗下的K900首发(图5);

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2015年,随着Atom Z3580(隶属Silvermont,22nm)的出现,Atom正式进入了64位处理器时代,同时底层架构也从效率偏低的顺序执行换回了乱序执行指令,因此在实际体验上进一步拉近了与同期ARM处理器之间的距离(图6),受到了华硕旗下ZenFone系列的青睐(图7)。

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Atom Z3580的安兔兔性能排名

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英特尔的移动梦碎

可惜,针对ARM平台编译的二进制代码X86处理器是无法直接运行的。基于Atom处理器设计的手机,也因此一直饱受兼容性和执行效率偏低的困扰:虽然谷歌在很早以前就在Android NDK中加入了X86编译的选项,但仍有很多APP仅针对ARM处理器进行编译,这就导致了Atom手机运行此类APP时存在兼容问题(图8)。

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英特尔的解决方案是,通过“二进制转换”功能解决X86处理器直接运行ARM库的问题。但是,二进制转换虽然可有效解决兼容问题,但却存在明显的性能耗损。技术达人“炮神”曾做过测试,Atom在性能诉求的应用中的损失可高达50%以上;在一些游戏类应用中也会带来约400mW的CPU功耗增加。

随着谷歌Android系统版本的升级,以及英特尔Atom Z3000处理器的登台,Atom在Android下的兼容性和耗损问题已经趋于完美。然而,历经4年辛苦耕耘的Atom依旧没能得到更多手机品牌和消费者的正视,Atom手机始终属于非常非常小众的存在。

扩展阅读:基带拖后腿

制约英特尔Atom处理器在手机领域大展拳脚的瓶颈还体现在一个方面:基带。对手机而言,处理器就是一整套SoC的结合体,基带芯片(决定手机信号或Wi-Fi的强弱)的重要性仅次于CPU自身性能。英特尔在过去几年中基带技术始终落后于竞争对手,所以也从侧面制约了Atom对手机市场的拓展。虽然苹果iPhone 7家族中有部分版本选用了英特尔最新的XMM3360基带芯片,但它的性能依旧落后于iPhone 7中采用高通MDM9645M基带的版本,以致于苹果不得不降低高通基带的性能,让两个版本的iPhone 7保持相同的网络性能。

终于,英特尔在2016年中旬毅然决定退出移动市场(主要针对手机)的竞争,取消了计划中的SoFIA 4G及Broxton处理器,最新的14nm Apollo Lake平台中的“移动版”仅适用于平板电脑等二合一设备(图9),想再在手机身上看到Intel Inside的身影短期内已无可能。换句话说,英特尔的移动梦碎。

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再一次回到原点

正所谓“没有永远的敌人,只有永远的利益”。在英特尔全球开发者峰会IDF2016中,英特尔宣布与ARM达成了合作:在获得ARM的技术授权后,将在英特尔工厂内代工生产基于ARM的芯片。

别误会,这并不是说英特尔要推出自主品牌的ARM处理器,而是英特尔可以给高通、联发科、海思等芯片厂代工。要知道,英特尔的工艺水平始终领先于其他晶圆厂,其22nm相当于对方的16nm,14nm等同于对方的10nm。随着英特尔向10nm生产线转型过渡,大量的产能将被闲置,而替他人生产ARM芯片,其实也是一种消化产能,创造新的利润增长点的方式(图10)。

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10多年前,英特尔的晶圆工厂曾大量生产自家的XScale ARM处理器。如今,看着自家工厂生产别家的ARM处理器,这种回到原点的感觉,对英特尔而言也许就是一种“痛并快乐着”的表现吧。

Atom拥抱IoT物联网

虽然英特尔放弃了(手机)移动市场,但这并不代表Atom产品线被放弃。如今英特尔已经将工作重点转向了新兴的IoT物联网市场,并推出了针对IoT物联网的Atom E3900及面向车载电子的Atom A3900系列(图11)。其中,其中Atom A3900特别针对高温环境设计,可在110℃高温下使用15年!在移动市场失利的Atom能否在其他战场扳回一局?让我们拭目以待吧。

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