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CPU 的一些事,Arm 是什么

arm

如果您熟悉手机和笔记本电脑的使用说明书,或了解苹果选择自行制造 Mac 产品的处理器而放弃 Intel,那么对于「Arm」这个术语应该不会陌生。Arm 并非单一品牌,诸如苹果、高通、三星等众多公司均在采用 Arm 技术来制造处理器。

当前,几乎所有智能手机,以及许多平板电脑和笔记本电脑,都搭载了 Arm 处理器。很可能您正在使用基于 Arm 架构的设备。这意味着什么呢?本文将为您介绍 Arm 是什么,以及 ISA 历史和未来展望。

Arm:任何人都可以使用的 ISA

Arm 公司
Arm 公司

「Arm」可以指代「Arm 公司」或「ARM 指令集架构(ISA)」。这一架构决定了处理器能够执行哪些基本指令,以及能够在本地运行什么类型的软件(非依赖仿真)。此外,它对性能和效率潜力产生深远影响。

为了区分这两个概念,Arm 指的是公司,而 ARM 则指的是指令集架构。Arm 公司是软银集团(SoftBank Group)旗下子公司,软银集团是一家日本综合性企业集团,还拥有众多公司(例如阿里巴巴、Ube r和 Slack)的部分股权。在 20 世纪 80 年代,Arm 开发了 ARM 指令集架构(ISA)。

在大多数处理器的历史中,厂商通常会制定自己的指令集架构(ISA),然后基于这些 ISA 来制造芯片。例如,Intel 的 x86 和 IBM 的 Power 就是这样的例子。然而,Arm 则为制造处理器的公司提供了自己的 ISA 和一些标准核心设计,并通过技术许可来获得收入。

这些公司被允许在一定程度上定制 ARM 架构,但是不允许实质性地修改 ISA。这样的限制有助于避免不同芯片之间的兼容性问题,并且也能保护 Arm 的芯片设计。

处理器技术从零开始是相当困难的。Arm 的商业模式使得许多公司能够获得许可来使用其技术。虽然智能手机市场一直是 ARM 的强项,但 ARM 处理器在非密集型行业中也有应用。即便是较老且非常集中的市场,例如个人电脑和服务器,也开始越来越多地采用 ARM 处理器。这些处理器正在逐渐侵蚀 x86 处理器市场份额。

Arm 和 ARM 简史

Arm 公司
Arm 公司

ARM 最初由 Acorn Computers 在 1985 年设计,起初的 ARM 代表着「Acorn RISC Machine」。不久后,苹果公司对 ARM 表现出兴趣。在 1990 年,Acorn Computers 将其处理器设计团队分拆出来,成立了 Advanced RISC Machines(重新演绎了 ARM),后来改名为 Arm Holdings。Arm 与苹果之间的合作最终推出了 ARM6 芯片,这款芯片被用于苹果的 Newton PDA。然而,由于产品并不成功,苹果暂时停止了对 ARM 芯片的使用。

Arm 迅速确立了作为移动设备领域重要参与者的地位,包括了诸如 Newton 的产品,以及 2000 年经典的 Nokia 3310(被网友戏称为诺基亚砖)和 2007 年的苹果 iPod Touch。

2005 年,Arm 在手机市场上的份额就已经达到了 98%,这还是在现代智能手机出现之前。如今,99% 的智能手机都采用 ARM 处理器,尽管由不同公司(例如三星、苹果和高通)生产,但对 Arm 来说都是一样的,因为 Arm 是通过许可费来薅羊毛的。

在由 Intel 和 AMD 的 x86 架构主导的传统市场上,Arm 在一些领域也啃下了一块市场,尤其是在服务器和个人电脑领域。例如,像 Amazon 的 Graviton 和 Ampere 的 Altra 等服务器芯片已经在数据中心领域占据领先地位。同时,苹果、高通和三星成为了 PC 市场上 x86 架构的主要竞争对手。

截至 2023 年中,Arm 在服务器和个人电脑领域的市场份额分别约为 7% 和 14%。此外,Arm 在游戏机领域也取得了一些成功,例如任天堂 DS 和任天堂 Switch,它们都采用了 Nvidia 基于 ARM 的 Tegra X1 芯片。

然而,并非所有事情都能一帆风顺。在 2016 年收购 Arm 后,软银集团在 2020 年试图将其出售给 Nvidia。但由于 Nvidia 与许多制造 ARM 芯片的公司存在竞争关系,这笔交易在 2022 年以失败告终。

此外,Arm 正在与高通打一场法律官司,争议的焦点是高通于 2021 年收购的初创公司 Nuvia。该公司设计了 ARM 芯片,高通计划使用 Nuvia 的设计制造 ARM CPU,而 Arm 认为高通需要获得新的许可。具体而言,Arm 要求高通放弃 Nuvia 的知识产权,然而高通则正在继续推出基于 Nuvia 设计的芯片。

Arm 未来展望

多年来,Arm 一直在手机领域稳坐领导地位,同时也是传统 x86 市场的有力竞争者。与 Intel 和 AMD 不同,过去几年里,Arm 并未遭遇重大挫折,然而一场风暴却在掀起:RISC-V。在许多方面,Arm 和 RISC-V 相似,但又截然不同。尽管 RISC-V 年轻且相对不太成熟,但它们成了最直接的竞争对手。(类似于早些年前 Intel 和 AMD 之间的情景)。

RISC-V International 是开发 RISC-V ISA(指令集架构)的组织,类似于 Arm 开发 ARM ISA。使用 ARM 架构需要向 Arm 公司付费获取授权,并且不允许修改 ISA。相比之下,RISC-V 完全开源,允许自由地对技术进行适当的定制。尽管 ARM 并非像 x86 那样封闭,但它仍然是封闭源代码的,这也是 RISC-V 日益流行的驱动因素之一。一些公司如 Microsemi 已经因为 RISC-V 带来的灵活性增加和成本降低而放弃了 ARM,转而采用了 RISC-V。

Arm 对抗 RISC-V 的论点是,它能够为其基本 ARM 核心提供研发资金,而不封锁 ISA 则有可能导致「分裂」。这种「分裂」是指处理器设计上过于自由,可能导致广泛的不兼容性。

Arm 与 RISC-V 谁优谁劣很难评估,但可以确定的是,自从 RISC-V 在 2015 年引入以来,它一直在赢得市场份额。而 RISC-V International 也为整个计算产业制定了宏大的计划。

随着时间的推移,RISC-V 可能成为 Arm 的重要挑战。但在短期内,ARM 在智能手机领域可能仍然无可撼动,并继续削弱 x86 在个人电脑和服务器领域的主导地位。

当然,使用 ARM 架构的公司并不是一个统一的阵线。它们不仅与 x86 和 RISC-V 竞争,还彼此之间存在竞争。此外,Arm 与高通之间的争端也是一个严重的问题。如果不能友好解决,可能会对 Arm 的业务构成潜在威胁。这可能让 Arm 面临极具挑战性的时期。

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