ARM近日推出全新的DynamIQ技術，并表示作為未來ARM Cortex-A系列處理器的基礎，基于ARM big.LITTLE技術演進的DynamIQ技術相比上一代技術將提供更多的核心搭配方式，并覆蓋從端到云的安全、通用平臺。其中最令人感到驚訝的是ARM副總裁及計算產品事業(yè)部總經理Nandan Nayampally宣稱根據ARM測算，到2020年左右搭載DynamIQ的ARM下一代芯片將比現在在人工智能表現上有50倍的性能提升。而在介紹DynamIQ技術之前先跟隨筆者一起簡單了解一下移動芯片領導者的ARM公司吧。
ARM副總裁及計算產品事業(yè)部總經理 Nandan Nayampally
Fabless模式助ARM用27年完成1000億芯片出貨量
伴隨近些年智能手機的火熱，ARM這三個字母開始被大眾所熟知。但大部分人所不知道的其實ARM公司的前身Acorn早在1978年就由物理學家赫爾曼·豪澤(Hermann Hauser)和工程師Chris Curry在英國倫敦正式成立。1990年ARM從Acorn分拆出來開啟了自己的傳奇之路。借助90年代手機的快速發(fā)展，2002年基于ARM技術的芯片出貨量累計達到了10億片，而此后的15年更是如開掛一般：2005年一年出貨量就完成10億片，2010年10億片的出貨速度縮短到了1個季度，到了2013年更是將時間進一步縮短到只用一個月，并于2017年宣布正式達成1000億芯片出貨量的里程碑，而在輝煌成績的背后，Fabless這種獨特的授權模式功不可沒，而Fabless到底是什么呢?
在半導體芯片行業(yè)，企業(yè)的模式主要分三種，一種是從設計，到制造、封裝測試以及投向消費市場一條龍全包的企業(yè)，稱為IDM(Integrated Design and Manufacture)公司，比如我們所熟知的英特爾。IDM模式的好處在于由于所有環(huán)節(jié)均一手包辦所以從IC 設計到完成IC制造所需的時間較短也不存在工藝流程對接的問題，缺點也很明顯，那就是對資金的需求堪稱海量，以臺積電將要新建的18英寸晶圓廠為例，預算高達159億美元，這顯然不是一般半導體廠商所能承受的。
說到Fabless就要提Foundry(代工廠)，Fabless是只做設計不做生產，代表企業(yè)就是ARM。ARM不制造、不銷售任何芯片，只是自己設計IP，包括指令集架構、微處理器、圖形核心、互連架構，然后誰喜歡誰想要就把授權賣給誰。至于客戶拿到ARM的IP后想怎么干完全不管。
而Foundry(代工廠)的代表企業(yè)臺積電和Global Foundry是只做代工不做設計。Fabless的優(yōu)點在于設計靈活，設計成本低，而缺點則是需要與代工廠配合，比如當你設計出10nm的芯片之后，如果代工廠工藝沒達到時你只能干著急。不過由于英特爾這類的傳統(tǒng)半導體大廠過去對移動市場的不重視，使得沒有什么競爭的ARM公司快速發(fā)展起來，而將其真正推向巔峰的則是其獨特的授權模式。
三大授權模式助ARM架構百花齊放
ARM公司根據技術劃分的高級別類型，按照授權對象、用途來說有很多種方式。而我們目前在市場上所熟知的從高到低有三種：架構層級授權、內核層級授權、使用層級授權。
ARM授權制度
架構層級授權，是指可以對ARM架構進行大幅度改造，甚至可以對ARM架構進行大幅度改造，甚至可以對ARM指令集進行擴展或縮減，以便達到更高性能、更低功耗或更低成本等不同目的，授權費用也最為昂貴。這方面的代表企業(yè)就是蘋果，高通和三星。
內核層級授權，是指用戶可以將其所購買的ARM核心應用到其自行設計的芯片中。但用戶不得對其購買的ARM核心本身進行修改，但可以以內核為基礎然后再加上自己的外設(比如基帶)，授權費用居中，代表企業(yè)就是我們最熟知的華為麒麟處理器了。
華為麒麟
使用層級授權，擁有使用授權的用戶只能購買已經封裝好的ARM處理器核心，而如果想要實現更多功能和特性，則只能通過增加封裝之外的DSP核心的形式來實現(當然，也可以通過對芯片的再封裝方法來實現)，授權價格最便宜。目前絕大部分中國企業(yè)拿到的均是這種授權。
三大授權模式可以滿足任何企業(yè)的任何需求，從上層市場來說，蘋果、三星、高通三家由于具有強大的芯片設計能力，可以通過使用自主架構來形成差異性競爭，而至于技術實力欠缺一籌的其他公司來也有公版架構來選用，這就使得ARM的芯片設計制造生態(tài)圈出現了百花齊放百家爭鳴的現象。根據ARM公司現場公布的數據，在已出貨的1000億顆基于ARM的芯片中，有500億顆是由ARM的合作伙伴從2013年到2017年出貨的。這些數據恰好證明了ARM授權模式的成功，但與此同時也衍生出一個問題，那就是越來越多的企業(yè)開始嘗試自主設計架構，讓ARM的公版架構面臨成為雞肋的風險。不過作為移動SOC市場上除高通外唯一能同時擁有CPU和GPU技術的公司，ARM顯然更希望生態(tài)圈內的合作伙伴能更多的使用ARM自身開發(fā)的架構。而隨著物聯網，人工智能，云計算等行業(yè)的興起，ARM也加快了自身架構的研發(fā)速度，于是DynamIQ橫空問世。
回歸單集群設計以退為進
從早期為了突破單核性能的最多支持4顆核心的Mlticore單集群，到為了實現功耗優(yōu)化最多支持八核心的雙集群架構big.LITTLE，再到現在為了推出的DynamIQ單一集群技術?？梢钥闯鯝RM公司從始至終都秉承著高性能、低功耗、低價格的三大基礎原則進行技術演進。從雙集群到單集群的設計看似倒退實則是一次技術革命。以上一代big.LITTLE架構為例，big.LITTLE架構分為高性能集群和低功耗集群，每個集群最多各四顆核心。在運行復雜大型程序時開啟高性能集群，而在運行簡單程序時則開啟低功耗集群，這種做法盡管可以降低功耗但在靈活性上相比DynamIQ仍然稍遜一籌，例如，1+3或者1+7的SoC設計配置都是無法實現的，而這些都是在異構計算和具有人工智能的設備上需要優(yōu)先考慮的。而全新的DynamIQ架構可以在一個集群內放置不同類型(按性能功耗分為：高性能高功耗和低性能低功耗)的核心來滿足例如圖像識別，語音識別核心，運算核心等等不同的功能需求，每種功能對功耗自然有著不同的需求。在同一個集群內無縫切換核心的設計增強了在同等芯片面積下的設計靈活性。重新設計的內存子系統(tǒng)也將提高數據讀取能力并保持節(jié)能特性。
回歸單集群設計提供更多核心組合方式
Nandan Nayampally用一個例子來表述，例如物聯網時代的智能監(jiān)控。當有人進屋監(jiān)控設備聽到聲音的時候，也許是負責聲音識別的核心開啟工作，而當看到影子的時候也許是負責簡單圖像識別例如分清是人還是物的核心開啟工作。到了人能顯現的時候就是負責面部識別核心開啟工作。DynamIQ的英文發(fā)音同單詞Dynamic完全一致，而Dynamic的中文意思正是動態(tài)、充滿變數，相信這也是命名DyanmIQ的原因之一。
ML和AI指令集助力DynamIQ占領人工智能市場
智能語音、圖像識別、自動駕駛、無人機、個人助理這些人工智能的應用場景相信大家都不陌生，而在剛剛結束的兩會上人工智能首次寫入政府報告中可以看出目前人工智能的重要性。人工智能能否實現有兩個重要因素：計算力和算法。而這次的DynamIQ發(fā)布會上，Nandan Nayampally特意用了很長的篇幅介紹DynamIQ的諸多特性。相信這也是DynamIQ單詞的最后兩個字母用IQ的深意。
ARM公司認為在加速人工智能和機器學習方面應通過對CPU以及片上系統(tǒng)兩方面性能的提升來實現的。指令集是處理器的靈魂，盡管傳統(tǒng)的ARM芯片已被用于人工智能領域，但由于缺乏原生指令集使得目前的ARM芯片在不論機器學習還是人工智能方面的執(zhí)行效率都不甚理想。為此ARM公司開發(fā)了原生的ML(機器學習)和AI(人工智能)指令集并加入DynamIQ之中來提升芯片在人工智能領域的表現，根據ARM自身的測算，在未來的3·5年時間內，借助DynamIQ專用的處理器指令和優(yōu)化庫架構將使得人工智能運算性能提升50倍。這也將成為未來Cortex-A 8系列處理器的基礎，讓ARM公版架構同其他第三方架構形成差異性競爭。
安全第一
隨著物聯網時代的到來，安全問題變得日益嚴重，在ARM看來提高安全性主要有以下三個方面：高性能，快響應和能夠快速進行故障恢復。以汽車行業(yè)為例，今天一臺高端豪華汽車中應用的電子控制單元多達幾十，而目前大量的汽車所采用的正是ARM芯片，而芯片的穩(wěn)定性與安全性關乎著車上所有乘客的安全。本次發(fā)布的DynamIQ技術專門為ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))推出解決方案，來提升整體安全性和可靠性，并確保合作伙伴能夠設計ASIL-D合規(guī)系統(tǒng)，即使在故障情況下仍然能夠安全運行。
企業(yè)市場大戰(zhàn)一觸即發(fā)
ARM對企業(yè)市場野心早已路人皆知，而在本次發(fā)布會上Nandan Nayampally更是提出了：“計算在哪，ARM就在哪。”的口號，并特意指出DyanmIQ在企業(yè)級市場非?？粗氐模篒/O、內存帶寬、穩(wěn)定性、能耗比，穩(wěn)定安全性等多個關鍵換節(jié)點上都做出了相應的優(yōu)化設計。由于沒有詳細數據，筆者無法知曉DynamIQ具體表現到底如何只是知道如果想拿下企業(yè)市場，生態(tài)圈的支持是必不可少的，而這時候就不得不提到微軟。
在本月舉辦的Open Compute Project峰會上，微軟曾放出驚人消息，宣布Windows Server已經支持在AMR芯片上運行并聲稱現在客戶完全可以考慮基于ARM芯片的Windows Server 服務器平臺。而在Open Compute Project峰會之前就微軟Azure云業(yè)務副總裁詹森·桑德就表示微軟正在測試ARM芯片，將其應用到搜索、存儲、機器學習和大數據等領域。桑德稱：“雖然目前尚未部署，但下一步使用ARM處理器是件很自然的事情。”
而在筆者在發(fā)布會中間休息時間私下與ARM資深總監(jiān)俞愛玲就如何看待ARM未來在服務器市場發(fā)展這一問題交流時，俞女士大方的表示盡管ARM過去在服務器市場份額幾乎為零，但一切都在云計算時代得到改變，比如微軟已經開始將ARM處理器應用到自家的云計算服務器中。筆者認為這意味著服務器的芯片大戰(zhàn)一觸即發(fā)。而除了服務器市場外，未來的網絡通信設備，嵌入式等等多個領域都將開始激烈的競爭。
向第三方架構說不 最終需市場檢驗
在最后快要散場的時候，筆者單獨問了Nandan Nayampally一個重要問題：“高通蘋果三星都有自己的架構，那么DynamIQ技術是否也能讓他們收益呢。” Nandan Nayampally的回答是 No。從這個答案中能看出未來ARM陣營自身也將會在各個前沿市場展開大戰(zhàn)。目前看來ARM公司自身的DynamIQ解決方案確實覆蓋了各個市場和應用場景。但高通蘋果畢竟也不是吃素的，在占領了智能手機和平板的高端芯片架構市場后，也必將在其他市場有所行動，就像高通收購NXP進攻車載市場一樣。
三星華為用的都是Mali GPU
作為ARM陣營的領導者ARM公司，自然希望有更多的合作伙伴能使用自身倡導的解決方案，這有點類似于今天安卓系統(tǒng)中，谷歌希望更多的手機廠商可以采用原生安卓。當然，兩者之間還是有一定的區(qū)別，相比谷歌牢牢控制底層核心代碼，ARM在授權方面依然開明很多，就像每次指令集升級時都會邀請頂級合作伙伴共同參與修改和測試，同時在架構方面也允許頂級合作方隨意修改。但就像今天越來越多的合作伙伴開始采用ARM公司的Mali GPU作為解決方案一樣，當更多的企業(yè)直接采用ARM公司自身的完整解決方案，對于ARM公司來說必定是一個很大的利好，只是最終DynamIQ是否能成為架構競爭中的佼佼者還要接受市場的檢驗。
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