ARM芯片為世界上大多數智能手機和平板電腦提供動力,但現在數據中心也有高性能的ARM芯片。在高端的ARM Mac電腦上,蘋果可能不需要等待太久——如果有的話。


ARM芯片基本上被排除在個人電腦和數據中心市場之外。但到2020年,形勢可能會發生變化。

對于大多數臺式機、筆記本電腦或數據中心應用程序,英特爾的x86芯片一直是行業標準。但有傳言稱,蘋果的mac電腦將采用ARM的自主芯片,有少數制造商正在向市場推出高性能的ARM芯片。

這就是為什么這一點意義重大,以及蘋果放棄英特爾可能引發更廣泛的轉變的原因。

ARM和x86芯片之間的差異


ARM芯片比英特爾x86芯片更省電,而且通常每瓦的性能更好。這是由于多種原因,包括更簡單的指令集,使用更少的晶體管和整體更慢的時鐘速度。

ARM的能耗,以及生產和開發成本較低等其他因素,已在很大程度上導致ARM芯片成為大多數移動設備(如智能手機、平板電腦)和輕量級個人電腦(如精選的谷歌Chromebook)的行業標準。

但當談到真正的高性能芯片組,特別是用于臺式機或筆記本電腦時,人們一直認為英特爾x86是自然選擇。這種情況已經持續了很長一段時間,英特爾穩步增長的主導地位甚至可以從2005年蘋果從PowerPC向x86的轉變中看出來。

數據中心和服務器也是如此。雖然存在一些小的例外,但絕大多數web架構仍然基于英特爾的芯片設計指令。在市場份額方面,英特爾仍然處于領先地位(幾乎達到了壟斷程度),而基于AMD x86的芯片占據了絕大部分的市場份額。

自2010年代初以來,一直有人在談論更廣泛地轉向基于ARM的服務器。近十年后,ARM芯片被用于一些服務器應用程序,但與競爭對手x86相比,它們的整體市場份額相形見絀。

但隨著移動設備和筆記本電腦之間界限的模糊,以及數據中心運營商越來越多地尋求更高效、更便宜的服務器選項,2020年可能會開始發生變化。

ARM處理器的現狀


蘋果公司的A13芯片組是市場上功能最強大的基于ARM的移動處理器之一。


當前ARM芯片行業的一個有趣之處在于,大多數ARM處理器都是基于定制芯片設計的。

蘋果的A系列系統芯片(SoC)就是一個很好的例子,尤其是因為它們展示了ARM處理器的潛在能力。蘋果目前生產的智能手機芯片是市場上速度最快的,這讓它的iPhone能夠趕上或擊敗那些在紙上看起來有更好規格的競爭對手安卓(Android)設備。為了做到這一點,蘋果自研芯片,并且只依賴更大的ARM生態系統來獲取處理器指令。

例如,最新的A13 Bionic iPhone芯片就達到了一些臺式CPU的性能。除了蘋果之外,高通(Qualcomm)、聯發科技(MediaTek)等公司也會把ARM芯片的設計指令應用到自己的定制硅芯片上。

雖然ARM芯片在服務器或數據中心中的應用并不廣泛,但許多第三方制造商一直在設計專門針對該市場的基于ARM的芯片。這些服務器處理器并不是直接移植到現有的臺式硬件上,但考慮到蘋果使用英特爾Xeon處理器,這一點也不遙遠。

2020年3月,Ampere首次推出了一款基于ARM的80核服務器處理器,名為Altra,該公司預計該處理器的能效將是英特爾Xeon Platinum 8280的2.11倍,原始性能將是后者的2.23倍。

相比較而言,Xeon Platinum 8280是2019年第二季度發布的Cascade Lake芯片,擁有28個核心,2.7GHz的基頻,205W的熱額定值。據ARS Technica報道,Ampere甚至表示,在機架環境下,一架Altra處理器的原始性能最高可比8280高出120%。

早在2018年,亞馬遜宣布了其首款基于ARM的服務器芯片Graviton。盡管該服務器芯片似乎并未對市場產生持久影響,但亞馬遜于2020年3月宣布了一款名為Graviton 2的新芯片。該公司表示,在許多服務器工作負載方面,該芯片提供了比AMD和Intel更好的性價比。

亞馬遜表示,彈性計算云(彈性計算云或EC2)的用戶有望獲得40%的性價比。對于基于云計算的公司或軟件即服務的公司來說,這可能會帶來更大的競爭優勢,因為他們在可比的服務速度上花的錢會更少。

ARM服務器芯片領域的領軍企業Marvell也發布了一款新的ThunderX3“Triton”芯片組,這是一款擁有96個核的240W硅芯片。根據Marvell公司的說法,在多個基于云的工作流程(如MySQL或CDN)上,ThunderX3始終提供比英特爾2019款Cascade Lake-SP芯片更好的性能。

雖然第三方ARM芯片已經面世,但設計ARM芯片指令的公司ARM Holdings也正在進入市場。或許最有趣的是該公司的筆記本電腦芯片,雖然長期落后于英特爾,但似乎正在迎頭趕上。

ARM首席架構師Mike Filippo告訴CNET,Cortex-A76于2019年首次在硬件中實現,是一款筆記本電腦芯片,提供與英特爾Core i5-7300大致相同的性能。那并不是十分驚人的性能,但這表明ARM希望趕上英特爾,并在自己的市場上擊敗他們。

ARM Holdings的自主服務器架構也在這個領域引起了轟動。2018年,該公司宣布對其服務器架構Neoverse N1進行了更新。(值得注意的是,前面提到的大多數芯片,比如Altra和gravon 2,都是基于這種架構。)

從那以后,ARM Holdings發布了一些非常雄心勃勃的服務器芯片,例如2019年的Ares設計。

高性能ARM芯片的重要性


ARM最近發布的Neoverse芯片面向高性能服務器應用。


眾所周知,英特爾的性能升級步伐正在放緩,而且該公司還面臨著其他問題。問題在于,該公司認為,基本已經觸及到性能上限,它已經充分利用了現代計算機的潛力。

但ARM對其芯片提出了不同的要求,并在2018年承諾,未來每一代芯片的速度至少比上一代快30%。這遠遠超出了英特爾目前芯片設計的前景。
這只是ARM自己設計的自主硅芯片。但這并沒有涉及到蘋果和其他公司生產的第三方定制芯片,這些芯片在平板電腦、智能手機和物聯網設備方面已基本證明是巨大的市場成功。

坦率地說,ARM和其他芯片制造商似乎正在投入大量資源,開發能夠與x86處理器競爭的芯片。不僅是在低端消費者用例中,而且在臺式和服務器級別上,更傾向于高性能計算。

至于對用戶的影響,有一些很大的影響。如前所述,ARM芯片通常更省電。隨著它們的速度趕上來,這可能會導致電池壽命更長、性能更佳的設備出現。它們產生的熱量也比英特爾芯片少,如果與計算機或服務器的冷卻機制結合使用,性能節流的影響也會更小。

制造成本和易于部署也可能起主要作用,從長遠來看,可能會在消費者層面降低計算機或其他電子產品的成本。

而高性能ARM芯片正是在英特爾舉步維艱之際推出的。該公司在性能升級和錯過最后期限方面做出了各種不兌現的承諾,更不用說芯片級的英特爾漏洞已經讓很多設備變得不那么安全了。

ARM歷史上從未出現過這些問題。雖然這在很大程度上歸因于市場份額,但這可能意味著許多電腦制造商將獲得一個新的開始。

ARM芯片的未來


在服務器和工作站等設備方面,ARM在很大程度上已經落后于英特爾的x86,這些設備為我們的世界工作提供了動力。但業內也有一些暗流,可能表明潮流正在轉移。

蘋果預計推出的ARM MacBook可能會成為一個轉折點,這取決于蘋果定制的Mac芯片將提供什么樣的性能。但Project Catalyst也可能是向ARM全面轉型的一個主要因素,因為它鼓勵流行的應用程序開發人員認真考慮支持ARM架構。

蘋果在筆記本電腦領域的主要競爭對手微軟(Microsoft)也在2019年推出了一個新的Surface系列設備,配備該公司所稱的首款3GHz ARM芯片——SQ1。

COVID-19的持續爆發也可能促使ARM轉向服務器和數據中心領域,因為大公司將認真考慮他們在關鍵硬件上的每美元性能指標。ARM的服務器芯片比英特爾的更便宜,而且正如我們所報道的,它們的每瓦性能更好。

還有其他因素。各地數據中心的需求都在迅速發展。由于英特爾即將成為服務器領域的壟斷者,所以對于數據中心運營商來說,切換到ARM服務器是從更廣泛的供應商那里獲得處理器的一個好方法。

當然,ARM要像英特爾一樣堅定地扎根于我們的日常Mac中,無疑會花費一些時間。但是,現在有跡象表明,這很有可能,而不是牽強的預測。

蘋果和ARM Mac


蘋果可能不會把A系列處理器直接放到Mac電腦上。最有可能的情況是,像其他ARM芯片為服務器市場量身定制一樣,為Mac電腦量身定制芯片。它不需要等待高端芯片,但它可能會為了市場的平穩過渡而這樣做。

傳統觀點認為,蘋果將從低端起步,比如MacBook和MacMini。具體來說,對于筆記本電腦,基于ARM的芯片特別適合在不影響性能的情況下提供卓越的電池壽命。在尚不清楚的一段時間后,它將把芯片升級到“ Pro”級別的硬件—可能是在“ Pro”用戶群需要時。

如今,蘋果可以利用與Altra和ThunderX3類似的工作站芯片,在與iMac Pro和Mac Pro現在使用的Xeon處理器相同的散熱和功率封裝中,提供高端性能。軟件將不得不跟進——這就是為什么這個轉變可能不會在低端模型中實現。

從更廣泛的角度來看,蘋果顯然將受益于對整個產品系列的更嚴格控制,這一目標已經在iPhone和iPad上實現了。消費者很可能會享受到Mac電腦的性能提升,就像iPhone超越大多數競爭對手的表現一樣——更不用說電池續航時間的顯著改善以及蘋果電腦成本的潛在下降。

這種過渡可能不是最平穩的,特別是對于依賴于未更新的插件和軟件的開發人員或用戶來說。但是考慮到像Project Catalyst這樣的發展,這似乎是不可避免的。


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