<mark id="oztn4"></mark>
0
過去20年間的絕大部分時間，PC CPU市場一直被x86架構主導，英特爾長期占據著這個市場一半以上的份額。Arm則幾乎成了移動CPU的代名詞，高通、聯發科都是移動處理器市場的佼佼者。
不知是巧合還是必然，2020年和2021年的第三季度，移動CPU和桌面CPU市場常年的老二相繼迎來了高光時刻。
市場研究機構Counterpoint報告指出，2020年Q3聯發科首次以31%的市場份額超越高通，成為全球最大的智能手機處理器供應商。Mercury Research發布的2021年第三季度市場調查報告顯示，AMD在全球x86 處理器市場的份額達到了24.6%，是2006年創歷史記錄25.3%后的市場份額第二高。
市場份額變化背后，一定程度上表明了CPU性能到達天花板，給多年的市場老二AMD趕超的好時機。但是，性能飛躍的蘋果M1 CPU橫空出世，又刺激英特爾推出更有競爭力的12代酷睿CPU。
x86、Arm、RISC-V在嵌入式、桌面、高性能CPU市場的混戰已經開啟，技術挑戰、產品策略、大國競爭的因素疊加下，CPU市場格局又會發生怎樣的變化？
英特爾小步慢走，AMD借勢飛奔
AMD近年來CPU市場的成功，得益于其Zen架構的成功，也借助了臺積電先進制程。英特爾恰好相反，先是沒有提升CPU的動力，后又被自己打亂了產品節奏。
2016年時，AMD推出了Zen架構。“AMD推出Zen架構之前，CPU的性能只有英特爾同級別產品的1/3-1/2的水平。”一位CPU行業的資深專家對雷峰網(公眾號：雷峰網)表示，“我認為通用CPU性能已經接近天花板，英特爾在天花板待了很多年，每年CPU的性能只有個位數提升。”
這在業內是一個很普遍的觀點，這一論斷的基礎是雖然半導體工藝在持續演進，但7nm之后，先進制程帶來的收益在遞減，也就是單位面積晶體管密度增長不斷放緩，對整體芯片性能的影響越來越小。英特爾、高通“牙膏廠”的稱號似乎也與這種觀點相互印證。
業內同時也同時又相反的觀點認為，CPU的性能并沒有達到天花板。
芯謀研究總監宋長庚指出，“不是CPU的性能達到天花板，而是CPU的性能早已超過應用的需求，英特爾沒有提升的動力。”Omdia半導體首席分析師何暉也說，“很難說通用CPU的性能到了天花板，硬件性能的冗余已經存在很多年，關鍵的是要找到能夠發揮這些性能的功能。”
飛騰副總經理郭御風指出，雖然CPU的頻率在2000年之后提升就明顯放緩，但IPC（每個時鐘周期中CPU執行的指令數）的提升基本保持線性增長，從這個角度看，CPU的性能并沒有達到天花板。
“英特爾之所以被業內稱為牙膏廠，我認為關鍵的原因是其Tick-Tock（一代產品更新制程，一代產品更新架構）的節奏被打亂。成也蕭何敗也蕭何，作為IDM，英特爾自有工藝對其發展起到了至關重要的作用，而如今英特爾先進工藝的反復延期大大影響其通過工藝提升帶來的性能的提升，另一方面工藝的持續延期對其架構升級也會帶來影響。制程和架構升級的節奏被打亂最后造成了比較大的影響。”郭御風認為。
英特爾的Tick-Tock恰好代表了CPU升級的兩個關鍵維度——工藝和架構。
過去的20年間，摩爾定律持續有效，芯片性能的提升甚至可以只依靠晶體管的小型化，通過設計更多內核，依靠先進帶來的更多“免費”核心來提升CPU性能。英特爾憑借著制程的領先性，以及IDM的模式，在芯片市場獨占鰲頭。但在AMD推出Zen架構的2016年，英特爾的10nm未能如期量產，并且延期了三年，產品節奏一步步被打亂。
英特爾犯錯，送給了AMD巨大的機會。借著臺積電先進的工藝制程，配合Zen架構，AMD的CPU性能在幾年間迅速趕上進步緩慢的英特爾，甚至實現了超越。
“AMD近幾年之所以表現如此強勁，Jim Keller 2012年領導開發的Zen架構奠定了很好的基礎，再加上采用小芯片技術以及臺積電最先進的工藝。”一位前AMD高管表示。
Zen架構的持續迭代非常關鍵。CPU的架構可以分為兩個層次，一個是宏觀的結構，比如常說的馮諾依曼架構。“宏體系結構這些年并沒有太大改變，除非發生翻天覆地的變化，否則對CPU性能的影響不大，最終影響CPU性能的其實是微架構。”郭御風指出，“直觀看，CPU中的運算單元數量和能力直接影響了CPU的性能，但實際并沒有這么簡單，有了運算單元之后，如何把運算單元的能力發揮出來，這就考驗微架構的設計。”
AMD已經證明，以先進的工藝制程為基礎，結合優秀的微架構設計，可以帶來顯著的性能提升。同樣用這種方式讓人眼前一亮的，還有蘋果。
蘋果攪局，刺激CPU性能躍升
當AMD通過性能的快速提升給英特爾帶來壓力之時，2020年11月橫空出世的蘋果M1處理器，其強大的性能和低功耗表現，成為了x86陣營英特爾和AMD共同的競爭對手，也讓外界質疑同樣采用Arm架構設計PC CPU的高通。
蘋果M1的發布，讓更多人意識到Arm也能設計出高性能芯片。實際上，學術界早有定論，指令集對性能和功耗沒有直接影響。龍芯總裁胡偉武此前也對雷峰網表示：“其實指令系統更多關系到的是軟件生態，比如X86支撐Windows生態、ARM支撐Android生態。”
之所以會有x86 CPU性能更高，Arm CPU功耗更有優勢的認知，主要還是兩者此前目標的不同。郭御風說：“x86把資源都用去提升性能，芯片性能高，功耗也高，但英特爾也有低功耗的芯片Atom。Arm原來的目標是做低功耗處理器，現在也有許多高性能的Arm服務器CPU，性能高了，功耗也相應的提升。”
也就是說，蘋果用Arm架構設計出性能比英特爾高端CPU更好的產品，指令集并非挑戰，核心在于設計目標。其中直接影響性能的微架構設計，是一個精細的工作，要是在一定邊界內做取舍，包括緩存的策略、替換算法、分支策略等等，蘋果積累了多年的芯片設計經驗，通過精細化調整優化CPU有明顯優勢。
除此之外，蘋果更大的優勢在于系統級優化，系統級優化能夠帶來幾倍，甚至數量級的性能提升，這能比架構優化和工藝提升帶來更顯著的性能提升。
“系統級優化一直都是提升CPU性能的重要方式，但這種方式最大的難點在于生態化能力。”郭御風說，“要實現系統級優化，就需要整個軟硬件生態協同，從編譯器到BISO，再到操作系統和應用層，才能實現很好的系統級優化。蘋果能把處理器優化的那么好，其閉環生態也是一個重要的因素。”
在蘋果的攪局下，英特爾在2021年發布的12代酷睿處理器的性能也實現了飛躍，不僅絕大部分性能都超越AMD，對比蘋果M1也有優勢。資深CPU專家分析，這與英特爾新任CEO Pat Gelsinger有很大關系，在他上任很短的時間內，英特爾的技術和架構不可能發生質變，他應該是重新找到了英特爾技術的節奏，能夠迅速推出性能飛躍的產品。
接下來的后摩爾定律時代，架構和系統級優化成為了競爭的關鍵。2017 年圖靈獎的兩位得主 John L. Hennessy 和 David A. Patterson在2019年發表了一篇長篇報告《A New Golden Age for Computer Architecture》，他們展望未來十年將是計算機體系架構領域的“新的黃金十年”。
從AMD CPU性能迅速接近英特爾，以及蘋果M1處理器的推出，已經可以看到優秀的CPU微架構，以及微架構的精細優化能夠帶來的性能飛躍。
架構創新也是重要的方向。前產業分析師呂芃浩指出，CPU的性能提升遇到了技術瓶頸，這是因為馮諾依曼架構的存算體系。CPU的計算性能每年可以提升一倍，但存儲器的的性能提升很慢。業界在研究存算一體，這種架構能夠更好的發揮出CPU的性能，但這種架構何時能夠商用還不清晰。
還可以看到，Chiplet（譯作小芯片或芯粒）也是芯片行業一個發展趨勢，通過將不同功能的芯片，借助先進封裝異構集成，實現性能的持續提升。
CPU行業大混戰時代
蘋果攪動的PC CPU市場競爭格局在發生變化，移動CPU市場，蘋果獨領風騷，留下高通和聯發科相互競爭。不止于此，Arm架構的高性能處理器也開始與x86搶奪服務器CPU市場。還有，開源RSC-V的興起，又給CPU市場的競爭帶來了更多的不確定性。
與x86陣營雙雄的你追我趕情況不同，Arm移動CPU市場的高通的聯發科最新的旗艦產品難分伯仲。聯發科稱其最新旗艦產品天璣9000的多核CPU性能比驍龍8高20%。前產業分析師姚嘉洋認為，“都是采用最先進的4nm工藝的前提下，性能的差距主要是因為聯發科設定了更高的主頻性能。聯發科選擇的臺積電的工藝也帶來了一定的優勢。”
高通和聯發科在手機旗艦處理器市場競爭的結果還不得而知。但Arm分食x86服務器CPU市場的蛋糕已經開始。當x86通用CPU不能滿足科技巨頭們的需求時，包括亞馬遜、阿里在內的科技巨頭們都利用Arm架構開始設計定制CPU，滿足自身的業務需求。而飛騰、Ampere等公司也利用Arm架構設計高性能CPU，共同爭奪x86 CPU市場份額。
Arm與x86的競爭日益激烈之時，RISC-V也開始加入到了x86和Arm的競爭中，并且這個陣營的公司們都雄心勃勃。RISC-V CPU已經在對生態要求不高的嵌入式市場取得成功，接下來，RISC-V CPU還將進軍更高性能的移動和服務器CPU市場。
現在看來，RISC-V要在移動CPU和高性能CPU市場和Arm、x86競爭還有很長的路要走。“Arm在十年前推出Arm v8架構就開始將目標瞄向高性能處理器市場，經過十多年的發展，才有高性能CPU能進入服務器市場。Arm在移動市場也有生態護城河，RISC-V要在強生態領域實現突破很難，還有很長的路要走，但在物聯網、加速器等短生態領域還是很有機會。”郭御風說。
有意思的是，眾多Arm陣營的公司，比如代表者蘋果、高通和聯發科，都加入了RISC-V基金會，并且在開發RISC-V產品，這讓Arm和RISC-V之間的競爭變得讓人更加期待。
在CPU市場的大混戰中，還有一個重要的變量。多位CPU業內人士都對雷峰網表示，隨著國際形勢的變化，發展芯片行業已經成為了國家戰略，這讓包括CPU在內的芯片行業的競爭已經不再是單純的商業競爭。
“我們作為后來者，雖然目前的產品和國際大廠直接競爭還有一定的差距，但已經能滿足大多數應用領域需求了。隨著經驗的積累，我們將有更大的進步空間。”郭御風說，“在以前巨頭一統天下的格局下，后進者很難實現突破，現在全球格局的變化讓我們有機會在新興市場競爭和實現突破。”
宋長庚認為，“如果國產CPU能夠達到可用的程度，借著國產芯片自主，有機會發展起來，然后再拓展政府之外的市場，才能與巨頭競爭。”
技術會遇到瓶頸，市場的競爭會因為大國之間的競爭而變化，諸多的不確定因素，最終會讓CPU市場呈現什么格局？
雷峰網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。
