終極指南:2013年手機CPU的現(xiàn)狀與未來
歷史告訴我們，一旦競爭雙方之一陷入了停頓，就意味著另一方獲得了較好的機會。對于2013到2014年的ARM而言，這個停頓尤其顯得殘酷，因為它們的競爭對手——英特爾，實在是太可怕了。英特爾不僅在半導(dǎo)體技術(shù)上擁有超過業(yè)界平均5年的領(lǐng)先優(yōu)勢，而且在高性能處理器設(shè)計上的經(jīng)驗也明顯更加豐富。更可怕的是，這樣的優(yōu)勢還在繼續(xù)擴大。
就在即將到來的2013年第三季度，英特爾將要發(fā)布全新一代基于Silvermont核心的Atom處理器，代號Baytrail。這是Atom發(fā)布6年以來英特爾第一次對Atom家族的核心架構(gòu)進行大刀闊斧的改變，你甚至可以認(rèn)為英特爾完全重新設(shè)計了一顆CPU，Silvermont和過去的ATOM根本沒有什么聯(lián)系。
這枚新核心擁有全亂序的流水線、雙路并發(fā)取指設(shè)計、5組指令隊列（英特爾稱之為RSV）、6個執(zhí)行器，最關(guān)鍵的是，在實現(xiàn)了所有 Cortex A15擁有的技術(shù)特性的同時，Silvermont的存取，即Load/Store單元內(nèi)部也實現(xiàn)了亂序執(zhí)行，而ARM至今只在Cortex A15上實現(xiàn)了存取并發(fā)。這將會是一個巨大的性能提升。
浮點與多媒體指令集方面，英特爾不出意外會在Baytrail上至少搭配SSE3，相比vFP與NEON而言，無疑要先進許多。至于工藝，則是所有ARM制造商夢寐以求的22nm HKMG，而且英特爾已經(jīng)在這個工藝節(jié)點上實現(xiàn)了finfet（3D晶體管），地球上獨此一家，再無分店。
GPU方面，英特爾會放棄PowerVR SGX系列，轉(zhuǎn)而集成自行研發(fā)的GMA HD4000架構(gòu)GPU。這也是一個能耗比相當(dāng)高的GPU，可以在區(qū)區(qū)8W的功耗下實現(xiàn)超過40000分的3Dmark IceStorm圖形性能，而且對于DX11擁有完整的支持。根據(jù)我們的猜測，在Baytrail產(chǎn)品上，英特爾會選擇集成規(guī)模為GMA HD4000一半的GPU，即8EU。這樣可以實現(xiàn)在低于Adreno 320功耗的前提下實現(xiàn)兩倍于前者的DX9性能，以及超出所有其他嵌入式GPU的DX10/11支持。
以英特爾的規(guī)劃而言，Baytrail將成為一個家族，包括面向低端PC的Baytrail-D，面向平板的Baytrail-M與面向手機的Baytrail-T，最多包含四核心，最高工作頻率2.4GHz。根據(jù)英特爾的宣傳，Silvermont的架構(gòu)將能提供兩倍于任何競爭對手的性能與四倍于競爭對手的能耗比表現(xiàn)，這無疑是非?？植赖臄?shù)字。
那么具體的性能和功耗呢？目前為止，我們所能看到的資料是一張泄露出的Baytrail規(guī)格與功耗圖。其中面向平板的四核2.0GHz Baytrail-M，最大熱設(shè)計功耗只有7.5W。這個數(shù)字和Tegra 4等基于Cortex A15的SoC、基于高頻Krait的驍龍800基本持平，而Baytrail-M的性能要大大強過它們。
面對手機的Baytrail-T由于工藝的不同與更低的頻率，功耗將會更低，根據(jù)英特爾的規(guī)劃，其最大熱設(shè)計功耗將不超過3W。性能方面，根據(jù)目前唯一可比的測試結(jié)果，我們可以看到運行于區(qū)區(qū)1.1GHz的Baytrail芯片，Antutu測試的總分已經(jīng)超過了43000分，相比之下頻率高達(dá)1.9GHz，功耗高達(dá)8W的Cortex A15旗艦Tegra 4的得分也只是剛剛突破40000。雖然分?jǐn)?shù)不能絕對說明一切，但是至少這也給了我們一個一窺Baytrail實力的機會，結(jié)果自然是震撼無比。
可以看到，結(jié)合了英特爾設(shè)計技術(shù)與非常先進制造工藝的Silvermont核心，非常輕松的就獲得了數(shù)倍于Cortex A15的能耗比，這也就是說，如果不考慮其他因素，搭配了Silvermont核心Atom的智能手機，其體效值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于搭配ARM Cortex A系列任何核心的產(chǎn)品。毫不夸張的說，在2014年ARM面臨困難的時候，也許基于Silvermont核心的新Atom或許是那些還想繼續(xù)提升實際性能的廠家的唯一選擇。
但是放在英特爾面前的也不是唾手可得的市場。產(chǎn)品的強大從來不是決定市場的唯一因素，這點在Atom上表現(xiàn)的淋漓盡致。雖然Atom擁有著強大的性能，但是我們對于英特爾在未來一年半內(nèi)的定位依然是“挑戰(zhàn)者”而不是“顛覆者”。其原因主要有兩方面，源自產(chǎn)品的與源自非產(chǎn)品的。
從產(chǎn)品角度說，Atom與ARM基于兩種不同的ISA設(shè)計，這會導(dǎo)致這兩種處理器無法執(zhí)行針對硬件所編譯的同一底層代碼。而在Android環(huán)境中，絕大部分的應(yīng)用程序都包含了針對底層硬件平臺所編譯的NDK代碼，這部分代碼是無法在Atom上直接執(zhí)行的。對此英特爾給出了虛擬轉(zhuǎn)換的方案，即采用類似于模擬器的方式，實時的將ARM底層代碼翻譯成x86代碼并執(zhí)行。這樣雖然解決了能否運行的問題，但是代價就是效率的極大降低，根據(jù)第三方測試，性能降低的幅度會高達(dá)70%以上，這足以抵消Silvermont相對于Cortex A系列提升的性能，導(dǎo)致配備Atom的Android設(shè)備實際性能不增反降。雖然英特爾一直在努力擴展自身在Android陣營的影響力，推出x86的Android系統(tǒng)分支與針對X86的NDK編譯器，但是愿意在產(chǎn)品中附帶x86底層庫的應(yīng)用程序依然極少，而這并不是一個短期內(nèi)可以解決的問題。
至于非產(chǎn)品方面的因素則源于英特爾的市場模式和地位。和X86不同，ARM陣營非常開放，任何公司都可以購買ARM IP，搭配其他的系統(tǒng)授權(quán)設(shè)計制造屬于自己的SoC，但是英特爾不行。因此在芯片行業(yè)角度來看，x86代表著一個公司，而ARM代表著一個集體，三星、蘋果、德州儀器、nVIDIA、高通等等等等，這些廠家已經(jīng)組成了一個牢不可破的利益集團，英特爾僅僅依靠技術(shù)與性能很難將其擊破。由于ARM陣營中，技術(shù)是分散在各個公司內(nèi)部的，因此各個公司都可以根據(jù)自己的利益選擇不同的產(chǎn)品設(shè)計，實現(xiàn)利益最大化，因此即便整體性能不如英特爾，也不影響盈利表現(xiàn)。但是一旦讓英特爾在這個行業(yè)立足，甚至占據(jù)主導(dǎo)地位，由于英特爾封閉的授權(quán)模式與過于強大的技術(shù)實力，最終所有廠家都不得不向英特爾采購芯片——完整的芯片，無法根據(jù)自己意志進行組合與修改的芯片，只能從英特爾提供的有限種選擇中挑一個最符合自己需求的。這樣一來，手機市場將變成另一個PC市場，一個由英特爾完全控制并且占據(jù)大部分利益的市場。其他廠家由于無法具備等同于英特爾的技術(shù)實力，而無法擁有話語權(quán)，這樣的市場格局自然是英特爾最為希望見到的，也顯然是其他ARM陣營廠商所最為恐懼的。
那么英特爾就沒有機會了么？并非一定如此，因為隨著ARM陣營開始追求最為頂尖的工藝，英特爾手中的工藝優(yōu)勢正變得越來越有重量，可以說在兩三年前，英特爾想要打入手機市場幾乎毫無勝算，但是目前卻迎來了一個機會。英特爾所需要的是一個突破口，借助終端廠家對于性能的需求，以手中所向無敵的22nm工藝作為砝碼，強迫廠商接受自己的產(chǎn)品，并迅速借助巨大的性能優(yōu)勢，在ARM無法給出同等級別產(chǎn)品的情況下，逼迫其他廠家不得不跟進。我們認(rèn)為，最理想的突破口就是蘋果。
事實上，這一輪硬件軍備競賽的始作俑者正是蘋果公司，歸根到底，iPhone超越同時代競爭對手的體驗，其實是源于iPhone超越同時代競爭對手的硬件，盡管這個硬件也許不像Android陣營一樣堆徹得那么明顯。近年來，由于蘋果已經(jīng)喪失了硬件上的領(lǐng)先優(yōu)勢，因此我們可以看到iPhone曾經(jīng)領(lǐng)先巨大的體驗優(yōu)勢正在被Android陣營所蠶食。現(xiàn)在，哪怕是千元級的入門產(chǎn)品，其操作體驗與流暢度方面都可以做到與iPhone的差距不超過常人的忍受范圍。因此iPhone所剩下的優(yōu)勢更多是消費慣性、應(yīng)用優(yōu)勢和習(xí)慣，這些東西相對來說都是不夠穩(wěn)固的。所以蘋果需要更強大的硬件，超越同時代的硬件，去實現(xiàn)超越同時代的功能，也是其他競爭對手所無法提供的功能。因此英特爾的工藝就成了蘋果最希望得到的東西。
但是英特爾絕不可能僅僅安于作為一個代工廠，每年幫蘋果制造一億顆芯片——它的目標(biāo)最終是整個行業(yè)。因此英特爾有可能利用手中先進工藝作為籌碼，直接或者漸近的強迫蘋果放棄自己基于ARM核心的A系列芯片，轉(zhuǎn)而接受Atom，最終以蘋果作為突破點，切入手機行業(yè)。當(dāng)然，蘋果也明白一旦接受英特爾的要求，自己也就相當(dāng)于被捆上了英特爾的戰(zhàn)車——未來將變得無路可退。
到目前為止，蘋果還沒有選擇與英特爾合作，大多數(shù)安卓廠商也有類似的考慮。但是當(dāng)時間一年一年過去，如果TSMC真的無法拿出有競爭力的工藝，任憑英特爾利用手頭的22nm甚至未來的14nm工藝將其他同業(yè)者拋得越來越遠(yuǎn)，又有誰能保證所有廠家都能堅持住不被英特爾先進的工藝所誘惑，投入它的懷抱呢？要知道，只要作出這樣的選擇，立刻就可以擁有超越其他競爭對手?jǐn)?shù)倍的每瓦特性能，而這樣一個誘惑隨著ARM陣營性能停滯時間的積累，只會越來越大。
當(dāng)然，這些都是遙遠(yuǎn)的猜測，如果只看2013到2014年，那么我們認(rèn)為，平板會是英特爾首先可能獲得突破的平臺。與手機不同，平板可以容忍稍高的功耗，因此英特爾在高性能處理器領(lǐng)域的設(shè)計領(lǐng)先優(yōu)勢會發(fā)揮出更大的作用，更重要的是，Atom是一枚x86處理器，兼容30年來所有針對PC所設(shè)計的應(yīng)用（雖然不一定適合平板操作），而且Baytrail-M從最樂觀的角度來看，可能擁有等同于Core 2 Duo時代處理器的性能，這也就意味著Baytrail-M可以滿足幾乎90%的日常PC應(yīng)用需求，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是當(dāng)年上網(wǎng)本可以相提并論的。因此從這個角度而言，最早在2013年底，就可能出現(xiàn)10英寸、9毫米、600g、續(xù)航10小時、性能達(dá)到5年前高端筆記本水平的平板電腦，可以運行幾乎所有的Windows程序。對于本身用途就相對匱乏的Android平板而言，這不會是一個好消息。而平板是ARM陣營試圖將ARM處理器帶入更高一級應(yīng)用平臺的跳板，在這個平臺上遭遇如此強大的競爭對手，對于ARM而言也不會是一個好消息。
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