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PC芯片，ARM能否挑战X86？

晰数塔互联网快讯
2022-06-03 15:51

二十多年前，微软的Windows操作系统和Intel的X86芯片，“双雄合并”横扫整片电脑市场，直到他们遇上了Apple。Apple的异军突起，让这个曾经牢不可破的Wintel阵营出现了裂缝，“Windows+ X86”不再是唯一的选题，你还可以选择“macOS+ X86”。而到了2020年，M1芯片的发布将ARM架构也拉入了这场战局，X86迎来了新的竞争对手。

如今，在PC芯片领域，ARM能否挑战X86？

X86 VS ARM

众所周知，ARM和X86这两大运算架构存在着底层上的差异，曾经的它们分别代表着行动端和PC端两大阵营。

对于X86，大家应该毫不陌生，可以说是历来最成功的CPU架构，包括Intel 8086、80186、80286、80386以及80486以86结尾系列，基于CISC架构（复杂指令集计算机，Complex Instruction Set Computer），专注于用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。

X86架构的强大并不在于它本身，而在于围绕着它所建立起来的各种各样基于X86指令架构的程序。然而，随着电脑产业的发展，为了换取更高的性能，X86上集成的指令集数量越来越多，给硬件带来的负荷也就越来越大，无形中增加了功耗和设计难度。

相较于X86，ARM则大幅简化架构，仅保留所需要的指令，可以让整个处理器更为简化，拥有小体积、高效能的特性。

ARM架构最初由 ARM Holdings plc 设计和推出，ARM Holdings plc 则由 Acorn Computers、Apple 和 VLSI Technology 于 1990 年创立。刚开始，ARM 代表 Acorn RISC Machine，后来改为 Advanced RISC Machine。ARM Ltd 开发 ARM 架构并许可 IP，允许被许可方、合作伙伴、客户在自己的设计、产品中构建芯片。

正如其名称所显示的，ARM基于的是 RISC（精简指令集计算，Reduced Instruction Set Computer）架构，与基于 CISC 的处理器不同，基于 RISC 的架构专注于降低指令的复杂性并在一个周期内以高时钟速度。简而言之，RISC 强调每条指令周期的效率，而 CISC 强调每条程序指令的效率，因此可以认为 RISC 更有效率。

ARM架构的优势十分明显。一是成本低，通常不需要昂贵的设备；二是设计更简单、紧凑；三是低功耗，意味着稳定性高、散热成本低、电池续航时间长、可以考虑更小的产品体积；四是自由度高，只要买下核心授权，就可以与其它IP公司的方案等进行技术整合。

高性价比和低耗能使得ARM架构在移动市场比英特尔更具优势，像Apple A系列、高通骁龙系列、海思麒麟系列都是基于ARM架构研发的。如果说X86是PC端历来最成功的CPU架构，那么ARM 就是在移动生态系统上取得了绝对的胜利。

而这个“行动端用ARM，PC端用X86”的安稳局面，被M1芯片打破了。随着Apple Mac产品线全面投奔ARM架构芯片，曾经只占个人电脑芯片市场很小部分的ARM芯片市场份额迅速增长。

星星之火，逐渐燎原。

逐渐燎原的ARM

Apple对ARM的影响有多大，在兼容 ARM 的 M1 Mac 开始销售之前，2020 年第三季度ARM 在 PC 芯片中的市场份额仅为 2%。一年多后，根据Mercury Research的2022第一季度数据，对ARM PC 客户端份额的估计（包括 Chromebook 和 Apple 基于 M1 的 Mac 以及 X86 桌面和移动 CPU 在总客户端大小估计中）为 11.3%，高于上一季度的 10.3%，仅比一年前的 5.9% 翻了一番。

Mercury Research 的首席分析师 Dea McCarron 证实，ARM 的 PC 市场份额增长主要得益于 Mac 的强劲销售。IDC数据显示，Apple的Mac业务在2022年第一季度继续增长，Mac和MacBook累计出货量为720万台，比2021年第一季度690万台的出货量同比增长了4.3%。即使在市场萎缩的背景下，Apple在PC市场的份额也从8.1%增长到8.9%。ARM在PC领域份额的增长，Apple功不可没。

2020年11月，Apple在“One More Thing”发布会上推出了首款基于ARM架构的自主研发计算机芯片M1，以及搭载M1芯片的三款PC产品。M1芯片的腾空出世不仅意味着Apple与Intel 长达15年的“恋爱长跑”以“分手”告终，也让大家看到了ARM架构在PC端的巨大潜力。

曾经的ARM架构并不被PC厂商看好，因为它需要大量的RAM，更重要的是与Windows 操作系统存在兼容性问题。

早在2012年，微软就曾尝试推出搭载基于ARM架构的Nvidia Tegra 3处理器的Surface RT。作为Windows on ARM 的早期尝试，Surface RT 结局惨淡，它运行缓慢，与Windows 8 版本不兼容，并且除了Microsoft 预加载的应用程序和Windows 应用商店中的“Metro”应用程序，无法运行旧版 X86 Win32 应用程序。

2016年，微软又发布了 ARM 版 Windows 10，但却等到2019年，初代 Surface Pro X 上市才得以真正面向用户，并且局限性十分多，比如只支持ARM64驱动程序；某些依赖OpenGL或专有DRM的游戏无法运行；不支持ARM Hypervisor平台……等等，使得用户对其的评价十分不好。

微软一系列失败的尝试让人们认为将ARM 芯片用作 PC 平台是不切实际的想法，但显然如今的情势发生了巨大的扭转。

一方面，Apple基于 ARM 的处理器技术Apple Silicon展示了不输给Intel X86 芯片的出色性能。截至目前，Apple已经推出了多款基于 ARM 架构的高性能芯片，例如M1 Pro、M1 Max和M1 Ultra，相关芯片详细介绍可以参考《Apple发布1140亿晶体管M1 Ultra：12年自研34颗处理器》。更重要的是，Apple在宣布一系列基于自研M系列新品和Mac OS的性能创新后，Macbook全系价格下调，提供了近年来最大的性价比提升。

虽然在今年春季发布会上，大家没有等到期待已久的M2芯片，但日前彭博社消息，知名 Apple 爆料人 Mark Gurman 于 Bloomberg 上指出，从开发者日志得知 Apple 正于至少 9 款 Mac 型号中测试 4 种不同 M2 芯片，由于内部测试为开发产品的关键步骤，因此预计有关设备或于数月后发布。换句话说，M2离发布越来越近。

另一方面，曾经在Windows on ARM摔了个大跟头的微软和高通也开始奋起直追。

微软不仅推出了Windows 11 ARM，为 ARM 带来了 64 位应用程序仿真，还在2020年传出将自研基于 ARM 的处理器，并于去年10月，微软Surface 部门发布了一份希望寻找一名SoC架构师的工作要求，这就意味着微软或将开始着手为Surface设备开发自己的PC芯片。

到了今年年初，微软直接聘请Apple公司资深工程师Mike Filippo，以便在Azure团队自研服务器芯片。彭博社分析称，此举说明微软正在加速推动其自研芯片进程，为Azure云计算服务提供动力。

高通作为微软公布WOA战略以来唯一的ARM 芯片供货商，于2018年宣布推出第一款专为 PC 打造的芯片组骁龙 8cx ，2020年推出骁龙8cx Gen 2芯片，除了强化 AI 性能和支持新版的 Wi-Fi 和蓝牙标准之外，处理器本身并没有改变。

Windows on Snapdragon 平台最大的问题其实是 app 的兼容性，到了2021年12月，高通推出了骁龙8cx Gen 3，GPU性能提高了60%，不知在大幅提升性能的同时，是否会解决app兼容问题。

除了在骁龙8cx系列上的研发之外，高通还在去年1月收购了由Apple前A系列处理器的三位工程师创办的Nuvia公司，高通首席执行官Cristian Amon曾表示，Nuvia团队在基于ARM的处理器方面取得了进展，由Nuvia驱动的笔记本电脑将于2023年底向用户提供。甚至日前，高通还传出了将入股ARM的消息。

可以说，高通在PC芯片领域颇势在必得，但到了2023年，高通这颗未出货的芯片对战的或许就是Apple的M2芯片，想要一举获胜，困难不小。

而ARM自身在2020年发布了基于 ARMv8.2 指令集 Cortex-X1 架构，性能达到了全新高度，到了2021年 3 月底时，又发布了全新 ARMv9 指令集，算力更强，不再只局限于移动市场，还将发力 PC、HPC 高性能计算、深度学习等新市场。

此外，三星，联发科，大陆的飞腾、瑞芯微，以及初创企业此芯也在觊觎这个市场。

三星在2020年就有消息称正在研发的 Exynos 1000 处理器，可能也会用于 Windows PC。三星 Exynos 系列芯片虽然主要是为了手机系列而研发，但其已经很多次出现在三星自家二合一笔记本上，或者是谷歌的Chromebook上，比如2012年的Samsung series3，2014年的Samsung chromebook2 11.6。从中也可以看出三星在Windows on ARM领域的跃跃欲试。Sammobile近日报道，三星正在开发下一代旗舰处理器Exynos 2300，这颗芯片型号为S5E9935，代号为Quadra”，不知是否未来是否会出现在其他笔电上。

联发科则是在去年11月的Executive 峰会上直接表明了进军 Windows on ARM 平台的决心，其企业销售和业务发展副总裁 Eric Fisher 表示：" 苹果已经向全世界展示了这是可以做到的。持续了这么久的 Wintel合作必定会承受一些压力，而一旦这个关系遭受到压力，像我们这样的公司就有机会了。不过由于该计划目前仍处于早期阶段，何时投入商用还未知。

大陆方面，飞腾主要做ARM架构服务器的CPU；瑞芯微去年底新发布了旗舰芯RK3588的ARM PC整体解决方案;此芯科技主要致力于开发兼容Arm通用智能计算体系，提供芯片产品和通用计算一站式解决方案，今年2月消息显示，其芯片产品已经进入工程设计阶段。

总的来说，未来ARM架构在PC芯片领域的实力不容小觑。

迎战强敌的X86

相较于ARM那边的“百花齐放”，X86这边就简单很多，能设计出基于X86 CPU的只有两家：Intel和AMD。其实在80386之前，也曾有十几家厂商生产X86 CPU，但随着后面Intel的打压、授权的失效、以及性能的不断升级，其他厂商都消失在了历史的长河里，只有AMD通过自行研发的AMD64存活了下来，并和Intel交叉授权兼容AMD X86-64，开创了X86的64位时代。

这也说明，在芯片这个技术为王的产业里，只有创新，掌握技术才是真正的赢家，当然这些都是题外话了。

2012 年至 2022 年全球Intel和 AMD X86计算机处理器份额

图源：statista

从上图可以看出，在X86 处理器中，Intel还是占据着主导优势，但近几年，AMD追赶幅度过于凶猛，隐隐有着和Intel并驾齐驱之势。不过，在Pat Gelsinger于去年担任CEO之后，Intel似乎也开始发力，试图重新夺回王座。

在今年2月的Intel2022年投资者大会上，Pat Gelsinger公布了CPU路线图，预计今年下半年推出 13 代 Raptor Lake 。据悉，Raptor Lake 将带来2位数的性能提升与更强的超频功能，采用Intel 7制程工艺及高性能混合架构，同时兼容 LGA 1700 / 1800 插槽。

图源：Intel

Meteor Lake则预计于2023 年发货，将采用 Intel 4 工艺打造。Arrow Lake则在 2024 年跟进，是首个采用 Intel A20 和外部工艺打造的芯片。2024 年后，Intel计划在2025、2026年推出Lunar Lake 和 Nova Lake 芯片，预计两者都会采用改进的 18A 工艺节点，并具有集成在同一封装中的 MCM CPU、SOC 和 GPU IP。

反观，AMD曾在十年之前与ARM结盟，推出过主打低功耗的ARM服务器，不过以失败告终，重回X86阵营。自 2017 年推出第一款Ryzen 芯片以来，AMD就迎来了“翻身把歌唱”的时代。

去年11月，AMD正式宣布了7nm Zen3架构的继任者——5nm Zen4处理器，Zen 4 架构的出现标志着 5nm 首次用于 X86 桌面系统。在 2022 年第 1 季度的财务业绩中，AMD 公布了调整升级的 2022-2023 年的路线图计划。其中，AMD 的 Zen 4 核心架构将用于发烧级台式机的 Raphael，用于高端游戏笔记本电脑的 Dragon Range，以及用于轻薄型笔记本电脑的 Phoenix 三款处理器中。

从目前公开消息显示，Raphael 由 5 纳米 Zen 4 工艺驱动，预计将在 2022 年下半年推出。Dragon Range功耗仅有55W，将于2023年推出。Phoenix APU 将利用 Zen 4 和 RDNA 3 核心，支持 LPDDR5 和 PCIe 5，有望在2023年推出，而且很可能在2023年的CES上推出。

从上述看来，未来X86阵营的PC处理器也是攻势十足，不可小觑。

写在最后

ARM和X86谁好谁坏，无法做出比较，因为这两款处理器架构都有着自己的优点和缺点。ARM出色的功耗和散热能让它在固定的场合将优势发挥的淋漓尽致。同时，Intel的 X86 CISC架构传统可以在每个时钟执行更复杂的指令，让电脑性能更快更强，且更容易进行性能扩展。

但不可否认的是，X86已经不再是唯一选择，在Apple、高通、微软等大厂的发力下，ARM将成为PC芯片领域不可忽视的存在。

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