ARM近日推出全新的DynamIQ技術(shù)，并表示作為未來ARM Cortex-A系列處理器的基礎(chǔ)，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(jì)算產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理Nandan Nayampally宣稱根據(jù)ARM測算，到2020年左右搭載DynamIQ的ARM下一代芯片將比現(xiàn)在在人工智能表現(xiàn)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單了解一下移動芯片領(lǐng)導(dǎo)者的ARM公司吧。
ARM副總裁及計(jì)算產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)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(jī)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(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分拆出來開啟了自己的傳奇之路。借助90年代手機(jī)的快速發(fā)展，2002年基于ARM技術(shù)的芯片出貨量累計(jì)達(dá)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(jìn)一步縮短到只用一個月，并于2017年宣布正式達(dá)成1000億芯片出貨量的里程碑，而在輝煌成績的背后，F(xiàn)abless這種獨(dú)特的授權(quán)模式功不可沒，而Fabless到底是什么呢?
在半導(dǎo)體芯片行業(yè)，企業(yè)的模式主要分三種，一種是從設(shè)計(jì)，到制造、封裝測試以及投向消費(fèi)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(shè)計(jì)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(diǎn)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(yù)算高達(dá)159億美元，這顯然不是一般半導(dǎo)體廠商所能承受的。
說到Fabless就要提Foundry(代工廠)，F(xiàn)abless是只做設(shè)計(jì)不做生產(chǎn)，代表企業(yè)就是ARM。ARM不制造、不銷售任何芯片，只是自己設(shè)計(jì)IP，包括指令集架構(gòu)、微處理器、圖形核心、互連架構(gòu)，然后誰喜歡誰想要就把授權(quán)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(shè)計(jì)。Fabless的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)靈活，設(shè)計(jì)成本低，而缺點(diǎn)則是需要與代工廠配合，比如當(dāng)你設(shè)計(jì)出10nm的芯片之后，如果代工廠工藝沒達(dá)到時你只能干著急。不過由于英特爾這類的傳統(tǒng)半導(dǎo)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(dú)特的授權(quán)模式。
三大授權(quán)模式助ARM架構(gòu)百花齊放
ARM公司根據(jù)技術(shù)劃分的高級別類型，按照授權(quán)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(gòu)層級授權(quán)、內(nèi)核層級授權(quán)、使用層級授權(quán)。
ARM授權(quán)制度
架構(gòu)層級授權(quán)，是指可以對ARM架構(gòu)進(jìn)行大幅度改造，甚至可以對ARM架構(gòu)進(jìn)行大幅度改造，甚至可以對ARM指令集進(jìn)行擴(kuò)展或縮減，以便達(dá)到更高性能、更低功耗或更低成本等不同目的，授權(quán)費(fèi)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(nèi)核層級授權(quán)，是指用戶可以將其所購買的ARM核心應(yīng)用到其自行設(shè)計(jì)的芯片中。但用戶不得對其購買的ARM核心本身進(jìn)行修改，但可以以內(nèi)核為基礎(chǔ)然后再加上自己的外設(shè)(比如基帶)，授權(quán)費(fèi)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(quán)，擁有使用授權(quán)的用戶只能購買已經(jīng)封裝好的ARM處理器核心，而如果想要實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)(當(dāng)然，也可以通過對芯片的再封裝方法來實(shí)現(xiàn))，授權(quán)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(quán)。
三大授權(quán)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(qiáng)大的芯片設(shè)計(jì)能力，可以通過使用自主架構(gòu)來形成差異性競爭，而至于技術(shù)實(shí)力欠缺一籌的其他公司來也有公版架構(gòu)來選用，這就使得ARM的芯片設(shè)計(jì)制造生態(tài)圈出現(xiàn)了百花齊放百家爭鳴的現(xiàn)象。根據(jù)ARM公司現(xiàn)場公布的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)恰好證明了ARM授權(quán)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(shè)計(jì)架構(gòu)，讓ARM的公版架構(gòu)面臨成為雞肋的風(fēng)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(shù)的公司，ARM顯然更希望生態(tài)圈內(nèi)的合作伙伴能更多的使用ARM自身開發(fā)的架構(gòu)。而隨著物聯(lián)網(wǎng)，人工智能，云計(jì)算等行業(yè)的興起，ARM也加快了自身架構(gòu)的研發(fā)速度，于是DynamIQ橫空問世。
回歸單集群設(shè)計(jì)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(xiàn)功耗優(yōu)化最多支持八核心的雙集群架構(gòu)big.LITTLE，再到現(xiàn)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高性能、低功耗、低價格的三大基礎(chǔ)原則進(jìn)行技術(shù)演進(jìn)。從雙集群到單集群的設(shè)計(jì)看似倒退實(shí)則是一次技術(shù)革命。以上一代big.LITTLE架構(gòu)為例，big.LITTLE架構(gòu)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(yùn)行復(fù)雜大型程序時開啟高性能集群，而在運(yùn)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(shè)計(jì)配置都是無法實(shí)現(xiàn)的，而這些都是在異構(gòu)計(jì)算和具有人工智能的設(shè)備上需要優(yōu)先考慮的。而全新的DynamIQ架構(gòu)可以在一個集群內(nèi)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(yùn)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(nèi)無縫切換核心的設(shè)計(jì)增強(qiáng)了在同等芯片面積下的設(shè)計(jì)靈活性。重新設(shè)計(jì)的內(nèi)存子系統(tǒng)也將提高數(shù)據(jù)讀取能力并保持節(jié)能特性。
回歸單集群設(shè)計(jì)提供更多核心組合方式
Nandan Nayampally用一個例子來表述，例如物聯(lián)網(wǎng)時代的智能監(jiān)控。當(dāng)有人進(jìn)屋監(jiān)控設(shè)備聽到聲音的時候，也許是負(fù)責(zé)聲音識別的核心開啟工作，而當(dāng)看到影子的時候也許是負(fù)責(zé)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(xiàn)的時候就是負(fù)責(zé)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(shù)，相信這也是命名DyanmIQ的原因之一。
ML和AI指令集助力DynamIQ占領(lǐng)人工智能市場
智能語音、圖像識別、自動駕駛、無人機(jī)、個人助理這些人工智能的應(yīng)用場景相信大家都不陌生，而在剛剛結(jié)束的兩會上人工智能首次寫入政府報(bào)告中可以看出目前人工智能的重要性。人工智能能否實(shí)現(xiàn)有兩個重要因素：計(jì)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(rèn)為在加速人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)方面應(yīng)通過對CPU以及片上系統(tǒng)兩方面性能的提升來實(shí)現(xiàn)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(lǐng)域，但由于缺乏原生指令集使得目前的ARM芯片在不論機(jī)器學(xué)習(xí)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(jī)器學(xué)習(xí))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(lǐng)域的表現(xiàn)，根據(jù)ARM自身的測算，在未來的3·5年時間內(nèi)，借助DynamIQ專用的處理器指令和優(yōu)化庫架構(gòu)將使得人工智能運(yùn)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(chǔ)，讓ARM公版架構(gòu)同其他第三方架構(gòu)形成差異性競爭。
安全第一
隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，安全問題變得日益嚴(yán)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(yīng)和能夠快速進(jìn)行故障恢復(fù)。以汽車行業(yè)為例，今天一臺高端豪華汽車中應(yīng)用的電子控制單元多達(dá)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(guān)乎著車上所有乘客的安全。本次發(fā)布的DynamIQ技術(shù)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(shè)計(jì)ASIL-D合規(guī)系統(tǒng)，即使在故障情況下仍然能夠安全運(yùn)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(jì)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(nèi)存帶寬、穩(wěn)定性、能耗比，穩(wěn)定安全性等多個關(guān)鍵換節(jié)點(diǎn)上都做出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于沒有詳細(xì)數(shù)據(jù)，筆者無法知曉DynamIQ具體表現(xiàn)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(jīng)支持在AMR芯片上運(yùn)行并聲稱現(xiàn)在客戶完全可以考慮基于ARM芯片的Windows Server 服務(wù)器平臺。而在Open Compute Project峰會之前就微軟Azure云業(yè)務(wù)副總裁詹森·桑德就表示微軟正在測試ARM芯片，將其應(yīng)用到搜索、存儲、機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)等領(lǐng)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(wù)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(wù)器市場份額幾乎為零，但一切都在云計(jì)算時代得到改變，比如微軟已經(jīng)開始將ARM處理器應(yīng)用到自家的云計(jì)算服務(wù)器中。筆者認(rèn)為這意味著服務(wù)器的芯片大戰(zhàn)一觸即發(fā)。而除了服務(wù)器市場外，未來的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，嵌入式等等多個領(lǐng)域都將開始激烈的競爭。
向第三方架構(gòu)說不 最終需市場檢驗(yàn)
在最后快要散場的時候，筆者單獨(dú)問了Nandan Nayampally一個重要問題：“高通蘋果三星都有自己的架構(gòu)，那么DynamIQ技術(shù)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(shí)覆蓋了各個市場和應(yīng)用場景。但高通蘋果畢竟也不是吃素的，在占領(lǐng)了智能手機(jī)和平板的高端芯片架構(gòu)市場后，也必將在其他市場有所行動，就像高通收購NXP進(jìn)攻車載市場一樣。
三星華為用的都是Mali GPU
作為ARM陣營的領(lǐng)導(dǎo)者ARM公司，自然希望有更多的合作伙伴能使用自身倡導(dǎo)的解決方案，這有點(diǎn)類似于今天安卓系統(tǒng)中，谷歌希望更多的手機(jī)廠商可以采用原生安卓。當(dāng)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(quán)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(gòu)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(dāng)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(gòu)競爭中的佼佼者還要接受市場的檢驗(yàn)。
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