ARM芯片,我选择........

2016-02-15  picojames

ARM公司自1990年正式成立以来, 在32位RISC (Reduced Instruction Set Computer CPU)开发领域不断取得突破,其结构已经从V3发展到V7。由于ARM公司自成立以来,一直以IP(Intelligence Property)提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权,而自己从不介入芯片的生产销售,加上其设计的芯核具有功耗低、成本低等显著优点,因此获得众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持,在32位嵌入式应用领域获得了巨大的成功,已经占有75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。在低功耗、低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。设计、生产ARM芯片的国际大公司已经超过50多家,国内中兴通讯和华为通讯等公司也已经购买ARM公司的芯核用于通讯专用芯片的设计。


这是计算机工业发展历史上的一件大事,标识着x86处理器的主导地位发生动摇。目前在移动设备市场,ARM处理器的市场份额超过90%;在服务器市场,今年(2011年)就会有2.5GHz的服务器上市;在桌面电脑市场,现在又有了微软的支持。ARM成为主流,恐怕指日可待。难怪有人惊呼,Intel公司将被击败!

与这场轰轰烈烈的变革相比,它的主角ARM公司却没有受到太多的关注,显得不太起眼。这家远离硅谷、位于剑桥大学的英国公司,到底是怎么走到今天的,居然能将芯片巨人Intel拉下马?

1978年12月5日,物理学家赫尔曼·豪泽(Hermann Hauser)和工程师Chris Curry,在英国剑桥创办了CPU公司(Cambridge Processing Unit),主要业务是为当地市场供应电子设备。

1979年,CPU公司改名为Acorn计算机公司。

起初,Acorn公司打算使用摩托罗拉公司的16位芯片,但是发现这种芯片太慢也太贵。'一台售价500英镑的机器,不可能使用价格100英镑的CPU!'他们转而向Intel公司索要80286芯片的设计资料,但是遭到拒绝,于是被迫自行研发。(Intel会不会为当年的这个决定后悔万分?)

1985年,Roger Wilson和Steve Furber设计了他们自己的第一代32位、6M Hz的处理器,用它做出了一台RISC指令集的计算机,简称ARM(Acorn RISC Machine)。这就是ARM这个名字的由来。

RISC的全称是'精简指令集计算机'(reduced instruction set computer),它支持的指令比较简单,所以功耗小、价格便宜,特别合适移动设备。早期使用ARM芯片的典型设备,就是苹果公司的牛顿PDA。

1990年11月27日,Acorn公司正式改组为ARM计算机公司。苹果公司出资150万英镑,芯片厂商VLSI出资25万英镑,Acorn本身则以150万英镑的知识产权和12名工程师入股。公司的办公地点非常简陋,就是一个谷仓。

当年在谷仓里开会的场景。

公司成立后,业务一度很不景气,工程师们人心惶惶,担心将要失业。由于缺乏资金,ARM做出了一个意义深远的决定:自己不制造芯片,只将芯片的设计方案授权(licensing)给其他公司,由它们来生产。正是这个模式,最终使得ARM芯片遍地开花,将封闭设计的Intel公司置于'人民战争'的汪洋大海。

20世纪90年代,ARM公司的业绩平平,处理器的出货量徘徊不前。但是进入21世纪之后,由于手机的快速发展,出货量呈现爆炸式增长,ARM处理器占领了全球手机市场。2006年,全球ARM芯片出货量为20亿片,2010年预计将达到45亿片。

2007年底,ARM的雇员总数为1728人,持有专利700项(另有900项正在申请批准中),全球分支机构31家,合作伙伴200家,年收入2.6亿英镑。

下图为2004年公司聚会的场景。

展望未来,即使Intel成功地实施了Atom战略,将x86芯片的功耗和价格大大降低,它与ARM竞争也将非常吃力。因为ARM的商业模式是开放的,任何厂商都可以购买授权,所以未来并不是Intel vs. ARM,而是Intel vs. 世界上所有其他半导体公司。那样的话,Intel的胜算能有多少呢?


 进入2000年,开始受益于手机以及其他电子产品的迅速普及,ARM系列芯片呈爆炸性增长,2001年11月出货量累积突破十亿片,2011年基于ARM系列芯片单年出货79亿片,年营收4.92亿英镑(合7.85亿美元),净利润1.13亿英镑。

 

  ARM的发展代表了半导体行业某种趋势,即从完全的垂直整合到深度的专业化分工,70年代半导体行业普遍采用上中下游的垂直整合封闭式生产体系,80年代开始半导体行业开始分化,出现垂直整合和分工化的系统制造、定制集成等两个体系,台积电的晶圆代工模式进一步推动了专业分工的发展,半导体行业分工进一步细化,形成IP、设计、晶圆、封装价上下游体系,ARM处于价值链顶端。

 

 

  ARM 是微处理器的标准制定者,其设计的处理器是许多数码产品的核心,如下图所示,公司拥有一个创新的商业模式,向合作伙伴(如高通、博通、德州仪器、联发科等)授权微处理器设计方案(IP),合作伙伴在ARM的基础上集成自己的技术并推出各式芯片,ARM获得授权费和版税。

  接下来我们简单的介绍下ARM处理器的设计及授权周期,ARM主要做的是高效率、低功耗芯片(微处理器)架构研究开发,通常2-3年的周期,这也是ARM成本产生阶段,然后选择ARM为合作伙伴的公司支付一笔入门的授权费获得设计方案,并基于ARM方案开发自己的产品,通常周期3-4年,再然后当合作伙伴的芯片开始出货时,ARM能够从每一片基于其架构的芯片获得1-2%的版税,而每一款ARM设计方案都适应于多种终端应用,每一种应用又能获得多年的版税现金流,规模效应显著。

  我们换一个角度理解ARM的商业价值,ARM的商业模式类似合作伙伴将微处理器设计外包给ARM,即研发外包,相比于企业内部单独研发,这种授权+版税的研发外包形式能某种程度上降低企业成本,将整个行业的处理器外包给单一企业明显要比各自独立开发更有经济效率,摊薄研发费用,降低终端产品价格,反过来进一步推动技术进步。



ARM通过设计架构并授权获得盈利。在ARM的架构之下,许多具备能力的公司会设计出各具特色的处理器。手机芯片采用ARM架构成为ARM芯片的最重要的一块市场。

  苹果 Swift&Cyclone

  苹果简介:

  苹果公司(Apple Inc. )是美国的一家高科技公司。由史蒂夫·乔布斯、斯蒂夫·沃兹尼亚克和罗·韦恩(Ron Wayne)等三人于1976年4月1日创立,并命名为美国苹果电脑公司(Apple Computer Inc. ), 2007年1月9日更名为苹果公司,总部位于加利福尼亚州的库比蒂诺。

  苹果公司创立之初主要开发和销售的个人电脑,截至2014年致力于设计、开发和销售消费电子、计算机软件、在线服务和个人计算机。苹果的Apple II于1970年代助长了个人电脑革命,其后的Macintosh接力于1980年代持续发展。该公司硬件产品主要是Mac电脑系列、iPod媒体播放器、iPhone智能手机和iPad平板电脑;在线服务包括iCloud、iTunes Store和App Store;消费软件包括OS X和iOS操作系统、iTunes多媒体浏览器、Safari网络浏览器,还有iLife和iWork创意和生产力套件。苹果公司在高科技企业中以创新而闻名世界。

  苹果手机处理器

  苹果自从 iPhone4 开始,CPU 就开始打上自家的名号,首次命名为 A4,其实也是一款基于 ARMv7 指令集、Cortex-A8 架构设计的 CPU,到了 iPhone5 的 A6 开始,就自己设计了 Swift 架构,采用 ARMv7-A 指令集,性能介于 Cortex-A9 和 Cortex-A15 之间,到了 A7 首次使用 64 位 ARMv8 架构的 Cyclone,如今的 A8 处理器,性能更加强劲,得益于第二代出色的 Cyclone 架构设计,专门针对 IOS 单线程优化,即使参数不漂亮,但是也达到了理想的性能并保证了足够低的功耗。

  除了高通和苹果有过自己架构外,像三星、MTK、英伟达等都是拿 ARM 现成的方案。

 作为科技界佼佼者的苹果,固然有实力做出并且做好自家的手机处理器。自从iPhone4开始,苹果A系列处理器就一直伴随着iPhone的升级。虽然安卓阵营在主打多核芯处理器,但得益于苹果自家封闭的生态系统,苹果的处理器虽然不拼核心数但仍然配合iOS系统有着较为良好的使用体验

三星半导体

  三星半导体简介:

  1974年三星电子收购Hankook半导体后在韩国成立了半导体业务部。公司的早期业务主要包括开发及大规模生产IC 和用于LED手表、电视机、音频播放器以及微波炉等家用电器的外围设备。是1983年三星半导体成功开发64Kb DRAM内存随后建立器兴半导体工业园,1984年三星第一条记忆体生产线投产,为三星发展成为世界领先的半导体制造商奠定了基础。

  通过实施积极的扩张战略,三星从1993年起成功赢得并保持内存市场领导地位,从2003年起NAND Flash市场占有率居世界第一。2001年,公司通过扩充系统LSI事业部,成立三星半导体 SoC研究实验室,使公司的业务渗透到了逻辑及模拟芯片开发领域。2004年,三星的硬盘驱动器业务部与三星半导体业务合并。

  三星手机处理器

  三星半导体在 CPU 方面的实力也是不赖,早期苹果的 CPU 都是采用三星,虽然没有设计指令集和架构的技术,但是它更像一加传统的半导体公司,它有自己的制造工厂,自己设计自己制造,只是集成性方面没有高通那么全面,由于三星手机出货量大也算是自给自足,偶尔还卖一部分给别人。

  制造工艺方面值得肯定,苹果 CPU 一直是三星代工,据说 A8 处理器的订单被台积电抢去了,Exynos5430 是世界上第一款 20nm 制程的处理器,下一代有望采用 14nm 工艺,只是三星处理器目前没有集成成熟的基带、GPS、WIFI 等模块,开发难度较高,这也让一部分手机厂商望而却步。

  三星近几年在智能手机市场做的风生水起,虽然今年业绩有所下滑,但是仍然具有较高的市场占有率。较高的市场占有率证明三星具有不错的出货量,三星的不少手机都会选择搭载自家的手机芯片,可见三星的实力非凡。

MTK(联发科)

  联发科简介:

  台湾联发科技股份有限公司(MediaTek.Inc)是全球著名IC设计厂商,专注于无线通讯及数字多媒体等技术领域。其提供的芯片整合系统解决方案,包含无线通讯、高清数字电视、光储存、DVD及蓝光等相关产品。联发科技成立于1997 年,已在台湾证券交易所公开上市。总部设于中国台湾地区,并设有销售或研发团队于中国大陆、印度、美国、日本、韩国、新加坡、丹麦、英国、瑞典及阿联酋等国家和地区。

  MTK 算是芯片界的一匹黑马(其实也不算黑马,只是近年来知名度高一些),发家于山寨机风行的年代,但是近些年不断的努力,稳扎稳打,渐渐拿出了不少好的产品,也逐渐摆脱了山寨低廉的印象。

  联发科手机处理器

  MTK 是个单纯的芯片设计公司,它没有工厂也没有自己知识产权的架构等,但是它芯片的集成度仅次于高通,集成了基带、ISP、GPS、WIFI 等电源管理模块,功耗控制理想,最主要还是价格实在。

  MTK 是一家有着工程师思维且实在的芯片厂,宣传推广方面有待加强,从产品的命名上面也难一眼分出高低端,近来拿出的 MT6595 一度在跑分上占据鳌头,不管如何,MTK 算是唯一一家能够与高通霸主抗衡的厂商吧。

  提起MTK,或许你首先想到的就是山寨手机。的确,联发科对于山寨手机有巨大的贡献,同样,对于智能机的低价化也有着巨大的贡献。联发科的市场定位就是中低端市场,所以我们所看到的很多千元机都会搭载联发科的处理器。联发科的处理器也同主打性价比的千元机一样价格低廉但是性能有所保障。

英伟达

  英伟达简介:

  NVIDIA(全称为NVIDIA Corporation,NASDAQ:NVDA,官方中文名称英伟达),创立于1993年1月,是一家以设计智核芯片组为主的半导体公司。Nvidia 是全球图形技术和数字媒体处理器行业领导厂商,总部位于美国圣克拉拉市,在20多个国家和地区拥有约5,700名员工。公司在可编程图形处理器方面拥有先进的专业技术,在并行处理方面实现了诸多突破。

  英伟达手机处理器

  虽然英伟达擅长的图形处理芯片,但是近几年也参与手机 cpu 的开发和制作,如 Nvidia Tegra 系列,Tegra 4 就用在了小米 3 上面,强处在于GPU,跑分虽不错,但功耗大是一个问题,最新的 Tegra 1 也因功耗太大,只适用于平板。

  英伟达在 CPU 方面是一个后来者,自从推出 Tegra 4 这颗手机芯片后一年多了,还未见其新芯片亮相,是否是昙花一现的试水之作也难以捉摸,可见这个市场没有一定的技术沉淀,很难获得市场,因为已经有足够优秀的竞争对手,强大如 Intel 也没能快速获得市场,何况英伟达。

  对于英伟达的手机处理器,相对于高通和联发科太过非主流。在图像处理器方面专业的英伟达近几年开开始涉足手机CPU,目前也没有一个较好的产品能够迅速占领市场。在更新速度飞快的智能手机市场,不知道英伟达能否也跟上速度,未来在手机处理器市场占有一席之地。

海思半导体

  海思半导体简介:

  海思半导体有限公司成立于2004年10月,前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心。海思公司总部位于深圳,在北京、上海、美国硅谷和瑞典设有设计分部。 海思的产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案,成功应用在全球100多个国家和地区;在数字媒体领域,已推出网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案。

  海思手机处理器

  海思半导体称得上本土芯片的佼佼者,依靠华为在手机市场的份额,也可以在手机处理器市场分一杯羹,麒麟 928 的表现也算是可圈可点,自给自足不受牵制于供应商,还真有点令人羡慕。

  华为海思作为少有的具备设计制造手机处理器的公司,今年华为也发布了首款64位麒麟620手机处理器,跟上了手机处理器芯片的趋势,可见海思的实力不容小觑。而海思处理器得益于华为手机的搭载,在手机处理器市场也能占有一席之地,虽然目前的情况看海不足以撼动高通和联发科,但华为手机搭载海思处理器这样的模式或许能帮助海思的发展壮大。

 

  手机 CPU 这些事,现在看来高通仍旧是春风得意,虽然高高在上的感觉让人有点不爽;三星是颗好苗子,就是有点自娱自乐,羁傲不逊;MTK 从低端开始站稳脚跟,是否能够完成蜕变,获得更多认可呢?苹果一身本事,但不食人间烟火;英伟达则步履维艰,海思在自己的一亩三分地里也还可活得滋润。

  然而,在手机更新换代频繁的年代,我们依然看到一些手机处理器行业的变化。我们依稀还记得一些曾经熟悉,现在远去的背影:德州仪器、马维尔、意法半导体。


随着物联网、无人机、智能穿戴、车联网等非手机行业的兴起,意法半导体、Atmel、Freescale等厂家,焕发新的春天。

我们也看到,ARM公司有意在物联网进行布局:


意法半导体(ST)近期公布截至2015年12月31日的第四季及全年财报。第四季净收入总计16.7亿美元,毛利率为33.5%,净利润200万美元。2015年全年净收入总计69.0亿美元,毛利率为33.8%,净利润1.04亿美元。


意法半导体总裁暨执行长Carlo Bozotti表示,2015年市场需求疲软,第四季销售收入和毛利率符合该公司的预期,每一季和全年现金流量保持稳定。

Bozotti 进一步指出,2015年,该公司的研发和市场销售主要集中在两个领域:第一个领域是数位化和电气化实现的智慧驾驶(Smart Driving);第二个领域是物联网(IoT),包括可携式和穿戴式系统以及智慧家居、智慧城市和工业应用。该公司针对这两大领域推出产品技术和系统应用研发能力,为市场提供汽车和工业产品、微控制器和数位ASIC、类比和功率产品组合,以及MEMS产品和专用影像感测器。尽管2015年整体经济环境不佳,但该公司微控制器的收入仍然保持成长,汽车业务稳定发展,这主要归功于该公司聚焦驱动市场的投资策略。





    猜你喜欢
    发表评论评论公约
    喜欢该文的人也喜欢 更多