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【芯历史】英特尔X86和ARM的“架构王”之争

来源:爱集微

#芯历史#

08-21 14:16

芯历史──纵览国内外半导体产业发展历程,挖掘行业奇闻趣事,以古鉴今,探寻产业未来发展之道。

目前英特尔X86和ARM架构占据了全球微处理器指令集架构的主流市场,其中英特尔X86主宰了计算机、服务器等高性能高功耗领域,ARM架构则几乎垄断了9成移动通信芯片,活跃在手机、物联网等低功耗低成本应用,二者关于“架构王”的竞争持续至今。

8月初的一则传闻更是将它们再次推向了风口浪尖。据消息称华为将卖掉服务器业务,主要出售采用英特尔X86架构的服务器业务,而保留采用ARM架构的鲲鹏芯片的服务器业务。

那么英特尔X86和ARM架构是如何发展以及怎样构成竞争的?这中间又夹杂着怎样的“恩怨情仇”?

图源:路透社

先发制人:英特尔X86

1968年,从仙童半导体“出走”的戈登∙摩尔、诺伊斯等人花费了1.5万美元从IN-TELCO公司手中买下了Intel名称的使用权,英特尔公司正式诞生。

英特尔在创办之初的发展方向是存储器,一款代号为3101的新型存储器产品帮助该公司在成立的第二年便实现了赢利。但是好景不长,存储器市场的竞争日益激烈,英特尔的发展遇到了瓶颈,遂决定将主营业务转向微处理器。

正是英特尔的这个决定催生了X86架构的“问世”。1978年6月8日,英特尔发布了新款16位微处理器8086,这款处理器所使用的架构就叫做X86架构。实际上,8086处理器发布之初并没有掀起很大的波澜,但它带来的X86架构却成为了一种业界标准,即使是在当今强大的多核心处理器上也能看到X86的身影。

看到这里,你是否会质疑X86三个符号代表什么?其实X86是一个英特尔通用计算机系列的标准编号缩写,指的是特定微处理器执行的一些计算机语言指令集,定义了芯片的基本使用规则。

历经四十余年的发展,X86家族不断壮大,从8086处理器开始,英特尔的286、386、486、586、P1、P2、P3、P4都采用了X86架构;与此同时,该架构覆盖的领域也逐渐拓展,从最初的桌面电脑到了笔记本、服务器、超级计算机、编写设备等领域。

可以说,英特尔与X86架构彼此成就,英特尔发明了X86架构并不断完善它的生态,X86架构则助力英特尔名声大震。

不过X86架构本身也有着可变的指令长度、寄存器的贫乏、内存访问、浮点堆栈、4GB限制和芯片变大等弊端。当然,英特尔自身也认识到了X86架构限制了CPU性能的进一步提高,正在探索更多的可能性。业界甚至有人称,英特尔X86架构霸权的时代终将过去,ARM架构才是未来发展的方向。

后起之秀:ARM架构          

相对于诞生于1978的X86架构来说,ARM架构出现稍晚了些。时间倒退至1983年,Acorn电脑公司(即ARM的前身,1990年正式改组为ARM计算机公司)计划研发一颗主要用于路由器的Conexant ARM处理器。

该研发团队由来自剑桥大学的计算机科学家Sophie Wilson和Steve Furbe带领,致力于开发一种全新的架构。时隔一年,ARMv1架构诞生,不过这款架构只在原型机ARM1出现过,只有26位的寻址空间(64MB),并没有实现商业化。

1986年,ARMv2架构如期而至,该版本架构对V1进行了扩展,首颗量产的ARM处理器ARM2就是基于该架构,包含了对32位乘法指令和协处理器指令的支持,但同样仍为26位寻址空间。

随后ARM架构不断迭代升级,今年3月末,ARM发布了最新一代架构ARMv9,其有三个系列,分别是针对通用计算的A系列,实时处理器的R系列,微控制器的M系列,预计未来两代移动基础设施CPU的性能提升将超过30%。

值得一提的是,1991年对于ARM来说是一个关键的转折点,这一年给CPU公司提供芯片的Robin Saxby加入ARM并担任CEO一职,为了挽救缺乏资金、业务不景气的公司,他引进了IP商业模式,这一模式开创了属于ARM的全新时代。

该模式使得ARM将其架构授权给感兴趣的公司,合作公司可以根据自己的需要来设计处理器,极大地缩减了设计时间以及成本。ARM7成为了ARM的旗舰移动设计,此后被授权给超过165家公司,自1994年以来这些公司生产了超过100亿个芯片

时间来到2007年,iPhone的出现和App Store的迅速崛起,让全球移动应用彻底绑定在ARM架构上。次年,谷歌基于ARM架构推出了Android系统。至此智能手机步入飞速发展阶段,ARM架构也因此奠定了在智能手机市场的霸主地位。

图源:路透社

两强并立:“架构王”之争                           

英特尔X86主导计算机、服务器市场,ARM架构垄断手机市场,看似二者“各自为政”、毫不相干,实则业界对于二者谁能主宰未来市场的讨论一直没有停下来。

一方认为ARM架构将贯穿从桌面到移动、VR/AR 再到IoT领域,从而取得全面的胜利;另一方则认为X86架构强大之处在于英特尔积累的服务器芯片生态系统,几乎不可撼动。另外也有中立者认为二者并不具备可比性,X86无法做到ARM的功耗,而ARM也无法做到X86的性能。

提到二者的竞争则不得不提三件代表性事件,一是高通曾尝试打造基于ARM架构的服务器芯片;二是苹果放弃英特尔处理器,转而使用ARM架构的自研芯片;三是传闻称华为将出售采用英特尔X86架构的服务器业务。

2014年,高通宣布要打破英特尔在服务器芯片的主导地位,将打造基于ARM架构的服务器芯片并于2016年公布首个成品,紧接着高通于2017年正式发布Centrip 2400系列进军服务器芯片市场,不过并没有引起太大的反响。2018年便频频有高通放弃ARM服务器芯片业务、高管离职、大幅裁员甚至团队解散的消息传出。此事件从侧面反映出ARM架构在服务器领域的竞争性不敌X86架构。

对ARM架构来说一次重大的胜利在于英特尔在芯片性能和制造工艺方面的优势已经无法满足其对Mac的需求,苹果转而宣布基于ARM架构自研芯片。在WWDC2020上,苹果一口气发布了搭载自研芯片MI的三款产品:MacBook Air、MacBook mini和MacBook Pro。外界认为苹果将以ARM架构的Mac改变电脑市场的格局,对英特尔X86架构造成了冲击。

至于传闻所称华为将出售其X86架构的服务器业务给苏州国资委,原因在于在受到美国制裁后,英特尔与华为的合作一直没有正式恢复。相关数据显示,随着芯片断供以后,华为在X86服务器业务上的营收甚至没有超过百亿。倘若传闻为真,华为全力发展搭载鲲鹏芯片的服务器业务,ARM架构则又赢一局。

结语:英特尔X86和ARM架构在各自的领域独占鳌头,不过近年来均在对方领域做试探与努力,可以预见,未来二者关于“架构王”之争还将继续。(校对/木棉)

责编: 木棉

holly

作者

微信:zhaoyueyue117288

邮箱:zhaoyue@lunion.com.cn

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关注存储、CIS、电源管理IC、驱动IC、专利诉讼等领域。微信号:zhaoyueyue117288

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