引發(fā)芯片行業(yè)地震！ARM全新架構如此彪悍

　　ARM近日推出全新的DynamIQ技術(shù)，并表示作為未來(lái)ARM Cortex-A系列處理器的基礎，基于ARM big.LITTLE技術(shù)演進(jìn)的DynamIQ技術(shù)相比上一代技術(shù)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(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理Nandan Nayampally宣稱(chēng)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(shù)之前先跟隨筆者一起簡(jiǎn)單了解一下移動(dòng)芯片領(lǐng)導者的ARM公司吧。

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(gè)字母開(kāi)始被大眾所熟知。但大部分人所不知道的其實(shí)ARM公司的前身Acorn早在1978年就由物理學(xué)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(lái)開(kāi)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A(yíng)RM技術(shù)的芯片出貨量累計達到了10億片，而此后的15年更是如開(kāi)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(gè)季度，到了2013年更是將時(shí)間進(jìn)一步縮短到只用一個(gè)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(jì)的背后，Fabless這種獨特的授權模式功不可沒(méi)，而Fabless到底是什么呢?

27年達成1000億芯片出貨量

　　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(chǎng)一條龍全包的企業(yè)，稱(chēng)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)節均一手包辦所以從IC 設計到完成IC制造所需的時(shí)間較短也不存在工藝流程對接的問(wèn)題，缺點(diǎn)也很明顯，那就是對資金的需求堪稱(chēng)海量，以臺積電將要新建的18英寸晶圓廠(chǎng)為例，預算高達159億美元，這顯然不是一般半導體廠(chǎng)商所能承受的。

　　說(shuō)到Fabless就要提Foundry(代工廠(chǎng))，Fabless是只做設計不做生產(chǎn)，代表企業(yè)就是ARM。ARM不制造、不銷(xiāo)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(shuí)喜歡誰(shuí)想要就把授權賣(mài)給誰(shuí)。至于客戶(hù)拿到ARM的IP后想怎么干完全不管。

　　而Foundry(代工廠(chǎng))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(diǎn)在于設計靈活，設計成本低，而缺點(diǎn)則是需要與代工廠(chǎng)配合，比如當你設計出10nm的芯片之后，如果代工廠(chǎng)工藝沒(méi)達到時(shí)你只能干著(zhù)急。不過(guò)由于英特爾這類(lèi)的傳統半導體大廠(chǎng)過(guò)去對移動(dòng)市場(chǎng)的不重視，使得沒(méi)有什么競爭的ARM公司快速發(fā)展起來(lái)，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(shù)劃分的高級別類(lèi)型，按照授權對象、用途來(lái)說(shuō)有很多種方式。而我們目前在市場(chǎng)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(jìn)行大幅度改造，甚至可以對ARM架構進(jìn)行大幅度改造，甚至可以對ARM指令集進(jìn)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(píng)果，高通和三星。

　　內核層級授權，是指用戶(hù)可以將其所購買(mǎi)的ARM核心應用到其自行設計的芯片中。但用戶(hù)不得對其購買(mǎi)的ARM核心本身進(jìn)行修改，但可以以?xún)群藶榛A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(hù)只能購買(mǎi)已經(jīng)封裝好的ARM處理器核心，而如果想要實(shí)現更多功能和特性，則只能通過(guò)增加封裝之外的DSP核心的形式來(lái)實(shí)現(當然，也可以通過(guò)對芯片的再封裝方法來(lái)實(shí)現)，授權價(jià)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(mǎn)足任何企業(yè)的任何需求，從上層市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，蘋(píng)果、三星、高通三家由于具有強大的芯片設計能力，可以通過(guò)使用自主架構來(lái)形成差異性競爭，而至于技術(shù)實(shí)力欠缺一籌的其他公司來(lái)也有公版架構來(lái)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(chǎng)公布的數據，在已出貨的1000億顆基于A(yíng)RM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(shí)也衍生出一個(gè)問(wèn)題，那就是越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始嘗試自主設計架構，讓ARM的公版架構面臨成為雞肋的風(fēng)險。不過(guò)作為移動(dòng)SOC市場(chǎng)上除高通外唯一能同時(shí)擁有CPU和GPU技術(shù)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(kāi)發(fā)的架構。而隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)，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(wèn)世。

　　回歸單集群設計以退為進(jìn)

　　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(shí)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(shù)?？梢钥闯鯝RM公司從始至終都秉承著(zhù)高性能、低功耗、低價(jià)格的三大基礎原則進(jìn)行技術(shù)演進(jìn)。從雙集群到單集群的設計看似倒退實(shí)則是一次技術(shù)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(gè)集群最多各四顆核心。在運行復雜大型程序時(shí)開(kāi)啟高性能集群，而在運行簡(jiǎn)單程序時(shí)則開(kāi)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(wú)法實(shí)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(gè)集群內放置不同類(lèi)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(lái)滿(mǎn)足例如圖像識別，語(yǔ)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(zhù)不同的需求。在同一個(gè)集群內無(wú)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也將提高數據讀取能力并保持節能特性。

　　回歸單集群設計提供更多核心組合方式

　　Nandan Nayampally用一個(gè)例子來(lái)表述，例如物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的智能監控。當有人進(jìn)屋監控設備聽(tīng)到聲音的時(shí)候，也許是負責聲音識別的核心開(kāi)啟工作，而當看到影子的時(shí)候也許是負責簡(jiǎn)單圖像識別例如分清是人還是物的核心開(kāi)啟工作。到了人能顯現的時(shí)候就是負責面部識別核心開(kāi)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(dòng)態(tài)、充滿(mǎn)變數，相信這也是命名DyanmIQ的原因之一。