引發(fā)芯片行業(yè)地震！ARM全新架構(gòu)如此彪悍

　　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。

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(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，F(xiàn)abless這種獨特的授權(quán)模式功不可沒，而Fabless到底是什么呢?

27年達成1000億芯片出貨量

　　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，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(shè)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(yù)算高達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。Fabless的優(yōu)點在于設(shè)計靈活，設(shè)計成本低，而缺點則是需要與代工廠配合，比如當你設(shè)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(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)進行大幅度改造，甚至可以對ARM架構(gòu)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(quán)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(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(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核心的形式來實現(xiàn)(當然，也可以通過對芯片的再封裝方法來實現(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大的芯片設(shè)計能力，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)計架構(gòu)，讓ARM的公版架構(gòu)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(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(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)。可以看出ARM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)原則進行技術(shù)演進。從雙集群到單集群的設(shè)計看似倒退實則是一次技術(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。在運行復(fù)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(shè)計配置都是無法實現(xiàn)的，而這些都是在異構(gòu)計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)計增強了在同等芯片面積下的設(shè)計靈活性。重新設(shè)計的內(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。當有人進屋監(jiān)控設(shè)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(xiàn)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(shù)，相信這也是命名DyanmIQ的原因之一。