Arm突破2000億顆！何時(shí)突破萬億？RISC-V是主要風(fēng)險(xiǎn)因素

Arm公司宣布，其生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴已經(jīng)交付了超過2000億顆基于其架構(gòu)的芯片，這是一個(gè)巨大的但并不令人驚訝的數(shù)字，因?yàn)锳rm公司控制著微控制器和智能手機(jī)市場。但是，雖然Arm擁有世界上最受歡迎的CPU架構(gòu)，但它依然面臨著很多挑戰(zhàn)。

Arm架構(gòu)無處不在如今，在一天中不使用到至少一種基于Arm的設(shè)備幾乎是不可能的，因?yàn)橐话愕挠?jì)算機(jī)，特別是Arm架構(gòu)已經(jīng)變得無處不在。Arm是少數(shù)幾家擁有可以為幾乎所有設(shè)備提供動力的技術(shù)的公司之一。Arm的Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M和Mali IP被用于全球1600多家開發(fā)商的無數(shù)個(gè)CPU、控制器、微控制器和GPU。無論你使用的是智能手機(jī)還是汽車，它們都有可能在內(nèi)部安裝了基于Arm的芯片。

Arm的采用量還在繼續(xù)加速。該公司的合作伙伴用了大約 23 年的時(shí)間——從 1991 年到 2014 年——出貨了前 500 億顆芯片，然后他們又用了三年——從 2014 年到 2017 年——出貨了另外 500 億顆。而現(xiàn)在，Arm 生態(tài)系統(tǒng)用了大約 4.5 年的時(shí)間又出貨了 1000 億個(gè)芯片。Arm表示，每秒鐘大約會有900個(gè)基于其架構(gòu)的芯片被生產(chǎn)出來。隨著基于 Arm 的芯片出貨量達(dá)到 2000 億，顯而易見的問題是 Arm 能以多快的速度達(dá)到 5000 億和 1 萬億顆芯片。雖然我們可以大膽猜測，隨著 AI、HPC、邊緣計(jì)算、機(jī)器人和物聯(lián)網(wǎng)等大趨勢，Arm 的合作伙伴可能會在未來 10 年左右的時(shí)間內(nèi)推出第 1 萬億個(gè)基于 Arm 的芯片，但Arm在未來的道路上仍面臨許多挑戰(zhàn)。

未來的挑戰(zhàn)

Arm 知道如何競爭。該公司已遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩開了可用于許可的 Arc 和 MIPS CPU 架構(gòu)，并成功地在GPU架構(gòu)上與 Imagination Technologies 及其 PowerVR GPU 架構(gòu)競爭保持領(lǐng)先。但為了在財(cái)務(wù)上進(jìn)一步增長，Arm 需要面向更高端應(yīng)用，例如客戶端 PC 和數(shù)據(jù)中心。與此同時(shí)，Arm 還必須捍衛(wèi)其在傳統(tǒng)小芯片市場的地位，例如控制器和微控制器，這些芯片價(jià)格便宜，但無處不在，銷量驚人。

客戶端 PC 和數(shù)據(jù)中心

從架構(gòu)的角度來看，Arm 的 64 位 Armv8 自 2011 年就可以解決 PC 和服務(wù)器的問題，但到目前為止只有少數(shù)公司，包括蘋果、高通、Ampere 、AWS已經(jīng)華為和阿里推出了可以提供不錯性能的片上系統(tǒng)用于此類應(yīng)用并與來自 AMD 和英特爾的 CPU 競爭。為了讓其他供應(yīng)商能夠?yàn)樽非笮阅艿膽?yīng)用提供 SoC，Arm 在 2019 年推出了其 Neoverse 的以性能為中心的內(nèi)核， 然而到目前為止，基于這種設(shè)計(jì)的成功案例相當(dāng)一般。

自從 Apple 開始將其 Mac 轉(zhuǎn)換為基于 Arm 的 SoC，Arm 在 PC 領(lǐng)域的份額不斷增長也就不足為奇了。 Strategy Analytics 認(rèn)為，2021 年基于 Arm 的筆記本 SoC 收入將比 2020 年增長三倍，將達(dá)到 9.49 億美元。分析師認(rèn)為，由于蘋果用于 MacBook 的 M1 系列 SoC、聯(lián)發(fā)科用于 Chromebook 的 SoC 和高通用于 Windows-on-Arm 機(jī)器的 SoC，今年基于 Arm 的 SoC 將占據(jù)筆記本電腦市場 10% 的份額。不過Chromebook 主要在美國銷售，而且通常面向?qū)W生銷售，這個(gè)市場非常有限。與此同時(shí)，高通的Windows 平臺還沒有與 AMD 和英特爾的平臺競爭。因此，Arm 在 PC 領(lǐng)域的成功將在很大程度上取決于 Apple 在該市場的成功。

StrategyAnalytics 手機(jī)組件技術(shù)服務(wù)副總監(jiān) SravanKundojjala 表示：“盡管高通與微軟在 Windows 操作系統(tǒng)上建立了密切的合作伙伴關(guān)系，但到目前為止，它并沒有在筆記本電腦市場上取得成功?！?nbsp;“高通通過收購 Nuvia 對計(jì)算市場進(jìn)行了大量投資，我們只能在 2023 年看到結(jié)果。短期內(nèi)，高通可以專注于Chromebook 以從聯(lián)發(fā)科手中奪取份額。StrategyAnalytics 認(rèn)為基于 Arm 的筆記本電腦處理器供應(yīng)商需要加大軟件投資和品牌推廣力度，才能與基于 x86 的供應(yīng)商英特爾和 AMD 進(jìn)行有效競爭?！?/p>

在服務(wù)器方面，Arm 有許多雄心勃勃的合作伙伴，例如 Ampere 正在開發(fā)服務(wù)器 SoC，但軟件兼容性顯然會減緩此類芯片的采用。要真正成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)中心參與者，Arm及其合作伙伴將必須確保軟件棧的存在。幸運(yùn)的是，Arm的情況正變得越來越好。例如，AWS和甲骨文正在分別部署他們自己的或Ampere的處理器

顯然，AMD 和英特爾知道他們的優(yōu)勢并意識到 Arm 設(shè)計(jì)可以提供什么樣的好處，因此他們將竭盡全力保持他們的性能領(lǐng)先地位，并增加靈活性以應(yīng)對新興工作負(fù)載。我們希望從英特爾即將推出的Alder Lake 架構(gòu)中看到很多這樣的東西。

RISC-V：Arm 的主要風(fēng)險(xiǎn)因素

除了努力進(jìn)軍PC端和服務(wù)器，Arm保持其在現(xiàn)有市場的地位與進(jìn)入新市場也同樣重要。這就是 Arm 將面臨來自快速發(fā)展的 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)挑戰(zhàn)的地方。就在三四年前，現(xiàn)有的RISC-V內(nèi)核只能解決簡單的微控制器，但今天它們已經(jīng)可以運(yùn)行豐富的操作系統(tǒng)，如 Linux。

RISC-V 指令集架構(gòu) (ISA) 與 Arm 相比的關(guān)鍵優(yōu)勢在于它是免版稅的，而且許多設(shè)計(jì)都是開源的（而且也是免費(fèi)的）。假設(shè)一家公司能夠?yàn)镽ISC-V開發(fā)一個(gè)軟件棧，它可以從Arm遷移到RISC-V芯片，以節(jié)省一些資金。例如，Arm公司最重要的客戶之一蘋果公司正在探索RISC-V，并期待在未來幾年實(shí)現(xiàn)RISC-V硬件。雖然Arm可以提供軟件兼容性和熟悉的設(shè)計(jì)，但該公司要與免費(fèi)的東西競爭將是很棘手的。

與此同時(shí)，很難指望 RISC-V解決方案能在短期內(nèi)挑戰(zhàn)性能要求高的領(lǐng)域的 Arm（更不用說 x86）了。但是，由于有數(shù)十家公司為 ISA 做出了貢獻(xiàn)，我們只能想知道第一個(gè)高性能 RISC-V設(shè)計(jì)何時(shí)會出現(xiàn)。雖然我們不指望Tenstorrent的以人工智能為重點(diǎn)的SoC采用SiFive的X280 64位RISC-V內(nèi)核和512位寬的RISC-V矢量擴(kuò)展，在通用工作負(fù)載中提供突破性的性能，但這些芯片肯定是RISC-V如何在新興應(yīng)用中挑戰(zhàn)Arm和x86的一個(gè)好例子。

總結(jié)

Arm 的 CPU 架構(gòu)已成為世界上最普遍的 ISA，并且其銷量可能超過所有其余架構(gòu)——Arc、MIPS、Power、x86 等——的總和。由于如今處理器幾乎無處不在，Arm 架構(gòu)的成功只會在未來幾年內(nèi)繼續(xù)增長。

但 Arm 面臨著多重挑戰(zhàn)。首先，它需要在數(shù)據(jù)中心找到自己的位置，并挑戰(zhàn)幾十年來一直主導(dǎo)服務(wù)器的 x86ISA。其次，它需要維持現(xiàn)有市場并與開源免版稅架構(gòu) RISC-V保持競爭力。未來幾年將決定Arm能否很好地完成這些任務(wù)--無論是否被能英偉達(dá)收購進(jìn)而得到更多的幫助。