終極指南:2013年手機(jī)CPU的現(xiàn)狀與未來(lái)
歷史告訴我們，一旦競(jìng)爭(zhēng)雙方之一陷入了停頓，就意味著另一方獲得了較好的機(jī)會(huì)。對(duì)于2013到2014年的ARM而言，這個(gè)停頓尤其顯得殘酷，因?yàn)樗鼈兊母?jìng)爭(zhēng)對(duì)手——英特爾，實(shí)在是太可怕了。英特爾不僅在半導(dǎo)體技術(shù)上擁有超過(guò)業(yè)界平均5年的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，而且在高性能處理器設(shè)計(jì)上的經(jīng)驗(yàn)也明顯更加豐富。更可怕的是，這樣的優(yōu)勢(shì)還在繼續(xù)擴(kuò)大。
就在即將到來(lái)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(hào)Baytrail。這是Atom發(fā)布6年以來(lái)英特爾第一次對(duì)Atom家族的核心架構(gòu)進(jìn)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(jì)了一顆CPU，Silvermont和過(guò)去的ATOM根本沒(méi)有什么聯(lián)系。
這枚新核心擁有全亂序的流水線(xiàn)、雙路并發(fā)取指設(shè)計(jì)、5組指令隊(duì)列（英特爾稱(chēng)之為RSV）、6個(gè)執(zhí)行器，最關(guān)鍵的是，在實(shí)現(xiàn)了所有 Cortex A15擁有的技術(shù)特性的同時(shí)，Silvermont的存取，即Load/Store單元內(nèi)部也實(shí)現(xiàn)了亂序執(zhí)行，而ARM至今只在Cortex A15上實(shí)現(xiàn)了存取并發(fā)。這將會(huì)是一個(gè)巨大的性能提升。
浮點(diǎn)與多媒體指令集方面，英特爾不出意外會(huì)在Baytrail上至少搭配SSE3，相比vFP與NEON而言，無(wú)疑要先進(jìn)許多。至于工藝，則是所有ARM制造商夢(mèng)寐以求的22nm HKMG，而且英特爾已經(jīng)在這個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了finfet（3D晶體管），地球上獨(dú)此一家，再無(wú)分店。
GPU方面，英特爾會(huì)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(gè)能耗比相當(dāng)高的GPU，可以在區(qū)區(qū)8W的功耗下實(shí)現(xiàn)超過(guò)40000分的3Dmark IceStorm圖形性能，而且對(duì)于DX11擁有完整的支持。根據(jù)我們的猜測(cè)，在Baytrail產(chǎn)品上，英特爾會(huì)選擇集成規(guī)模為GMA HD4000一半的GPU，即8EU。這樣可以實(shí)現(xiàn)在低于A(yíng)dreno 320功耗的前提下實(shí)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(gè)家族，包括面向低端PC的Baytrail-D，面向平板的Baytrail-M與面向手機(jī)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的性能與四倍于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的能耗比表現(xiàn)，這無(wú)疑是非常恐怖的數(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(jì)功耗只有7.5W。這個(gè)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B(niǎo)aytrail-M的性能要大大強(qiáng)過(guò)它們。
面對(duì)手機(jī)的Baytrail-T由于工藝的不同與更低的頻率，功耗將會(huì)更低，根據(jù)英特爾的規(guī)劃，其最大熱設(shè)計(jì)功耗將不超過(guò)3W。性能方面，根據(jù)目前唯一可比的測(cè)試結(jié)果，我們可以看到運(yùn)行于區(qū)區(qū)1.1GHz的Baytrail芯片，Antutu測(cè)試的總分已經(jīng)超過(guò)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(duì)說(shuō)明一切，但是至少這也給了我們一個(gè)一窺Baytrail實(shí)力的機(jī)會(huì)，結(jié)果自然是震撼無(wú)比。
可以看到，結(jié)合了英特爾設(shè)計(jì)技術(shù)與非常先進(jìn)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(shuō)，如果不考慮其他因素，搭配了Silvermont核心Atom的智能手機(jī)，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(shuō)，在2014年ARM面臨困難的時(shí)候，也許基于Silvermont核心的新Atom或許是那些還想繼續(xù)提升實(shí)際性能的廠(chǎng)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(chǎng)。產(chǎn)品的強(qiáng)大從來(lái)不是決定市場(chǎng)的唯一因素，這點(diǎn)在A(yíng)tom上表現(xiàn)的淋漓盡致。雖然Atom擁有著強(qiáng)大的性能，但是我們對(duì)于英特爾在未來(lái)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(shuō)，Atom與ARM基于兩種不同的ISA設(shè)計(jì)，這會(huì)導(dǎo)致這兩種處理器無(wú)法執(zhí)行針對(duì)硬件所編譯的同一底層代碼。而在A(yíng)ndroid環(huán)境中，絕大部分的應(yīng)用程序都包含了針對(duì)底層硬件平臺(tái)所編譯的NDK代碼，這部分代碼是無(wú)法在A(yíng)tom上直接執(zhí)行的。對(duì)此英特爾給出了虛擬轉(zhuǎn)換的方案，即采用類(lèi)似于模擬器的方式，實(shí)時(shí)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(yùn)行的問(wèn)題，但是代價(jià)就是效率的極大降低，根據(jù)第三方測(cè)試，性能降低的幅度會(huì)高達(dá)70%以上，這足以抵消Silvermont相對(duì)于Cortex A系列提升的性能，導(dǎo)致配備Atom的Android設(shè)備實(shí)際性能不增反降。雖然英特爾一直在努力擴(kuò)展自身在A(yíng)ndroid陣營(yíng)的影響力，推出x86的Android系統(tǒng)分支與針對(duì)X86的NDK編譯器，但是愿意在產(chǎn)品中附帶x86底層庫(kù)的應(yīng)用程序依然極少，而這并不是一個(gè)短期內(nèi)可以解決的問(wèn)題。
至于非產(chǎn)品方面的因素則源于英特爾的市場(chǎng)模式和地位。和X86不同，ARM陣營(yíng)非常開(kāi)放，任何公司都可以購(gòu)買(mǎi)ARM IP，搭配其他的系統(tǒng)授權(quán)設(shè)計(jì)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(lái)看，x86代表著一個(gè)公司，而ARM代表著一個(gè)集體，三星、蘋(píng)果、德州儀器、nVIDIA、高通等等等等，這些廠(chǎng)家已經(jīng)組成了一個(gè)牢不可破的利益集團(tuán)，英特爾僅僅依靠技術(shù)與性能很難將其擊破。由于A(yíng)RM陣營(yíng)中，技術(shù)是分散在各個(gè)公司內(nèi)部的，因此各個(gè)公司都可以根據(jù)自己的利益選擇不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，實(shí)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(gè)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(guò)于強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力，最終所有廠(chǎng)家都不得不向英特爾采購(gòu)芯片——完整的芯片，無(wú)法根據(jù)自己意志進(jìn)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(gè)最符合自己需求的。這樣一來(lái)，手機(jī)市場(chǎng)將變成另一個(gè)PC市場(chǎng)，一個(gè)由英特爾完全控制并且占據(jù)大部分利益的市場(chǎng)。其他廠(chǎng)家由于無(wú)法具備等同于英特爾的技術(shù)實(shí)力，而無(wú)法擁有話(huà)語(yǔ)權(quán)，這樣的市場(chǎng)格局自然是英特爾最為希望見(jiàn)到的，也顯然是其他ARM陣營(yíng)廠(chǎng)商所最為恐懼的。
那么英特爾就沒(méi)有機(jī)會(huì)了么？并非一定如此，因?yàn)殡S著ARM陣營(yíng)開(kāi)始追求最為頂尖的工藝，英特爾手中的工藝優(yōu)勢(shì)正變得越來(lái)越有重量，可以說(shuō)在兩三年前，英特爾想要打入手機(jī)市場(chǎng)幾乎毫無(wú)勝算，但是目前卻迎來(lái)了一個(gè)機(jī)會(huì)。英特爾所需要的是一個(gè)突破口，借助終端廠(chǎng)家對(duì)于性能的需求，以手中所向無(wú)敵的22nm工藝作為砝碼，強(qiáng)迫廠(chǎng)商接受自己的產(chǎn)品，并迅速借助巨大的性能優(yōu)勢(shì)，在A(yíng)RM無(wú)法給出同等級(jí)別產(chǎn)品的情況下，逼迫其他廠(chǎng)家不得不跟進(jìn)。我們認(rèn)為，最理想的突破口就是蘋(píng)果。
事實(shí)上，這一輪硬件軍備競(jìng)賽的始作俑者正是蘋(píng)果公司，歸根到底，iPhone超越同時(shí)代競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的體驗(yàn)，其實(shí)是源于iPhone超越同時(shí)代競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的硬件，盡管這個(gè)硬件也許不像Android陣營(yíng)一樣堆徹得那么明顯。近年來(lái)，由于蘋(píng)果已經(jīng)喪失了硬件上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，因此我們可以看到iPhone曾經(jīng)領(lǐng)先巨大的體驗(yàn)優(yōu)勢(shì)正在被Android陣營(yíng)所蠶食。現(xiàn)在，哪怕是千元級(jí)的入門(mén)產(chǎn)品，其操作體驗(yàn)與流暢度方面都可以做到與iPhone的差距不超過(guò)常人的忍受范圍。因此iPhone所剩下的優(yōu)勢(shì)更多是消費(fèi)慣性、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和習(xí)慣，這些東西相對(duì)來(lái)說(shuō)都是不夠穩(wěn)固的。所以蘋(píng)果需要更強(qiáng)大的硬件，超越同時(shí)代的硬件，去實(shí)現(xiàn)超越同時(shí)代的功能，也是其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手所無(wú)法提供的功能。因此英特爾的工藝就成了蘋(píng)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(gè)代工廠(chǎng)，每年幫蘋(píng)果制造一億顆芯片——它的目標(biāo)最終是整個(gè)行業(yè)。因此英特爾有可能利用手中先進(jìn)工藝作為籌碼，直接或者漸近的強(qiáng)迫蘋(píng)果放棄自己基于A(yíng)RM核心的A系列芯片，轉(zhuǎn)而接受Atom，最終以蘋(píng)果作為突破點(diǎn)，切入手機(jī)行業(yè)。當(dāng)然，蘋(píng)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(chē)——未來(lái)將變得無(wú)路可退。
到目前為止，蘋(píng)果還沒(méi)有選擇與英特爾合作，大多數(shù)安卓廠(chǎng)商也有類(lèi)似的考慮。但是當(dāng)時(shí)間一年一年過(guò)去，如果TSMC真的無(wú)法拿出有競(jìng)爭(zhēng)力的工藝，任憑英特爾利用手頭的22nm甚至未來(lái)的14nm工藝將其他同業(yè)者拋得越來(lái)越遠(yuǎn)，又有誰(shuí)能保證所有廠(chǎng)家都能堅(jiān)持住不被英特爾先進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手?jǐn)?shù)倍的每瓦特性能，而這樣一個(gè)誘惑隨著ARM陣營(yíng)性能停滯時(shí)間的積累，只會(huì)越來(lái)越大。
當(dāng)然，這些都是遙遠(yuǎn)的猜測(cè)，如果只看2013到2014年，那么我們認(rèn)為，平板會(huì)是英特爾首先可能獲得突破的平臺(tái)。與手機(jī)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(jì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)會(huì)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(lái)所有針對(duì)PC所設(shè)計(jì)的應(yīng)用（雖然不一定適合平板操作），而且Baytrail-M從最樂(lè)觀(guān)的角度來(lái)看，可能擁有等同于Core 2 Duo時(shí)代處理器的性能，這也就意味著B(niǎo)aytrail-M可以滿(mǎn)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(gè)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(shí)、性能達(dá)到5年前高端筆記本水平的平板電腦，可以運(yùn)行幾乎所有的Windows程序。對(duì)于本身用途就相對(duì)匱乏的Android平板而言，這不會(huì)是一個(gè)好消息。而平板是ARM陣營(yíng)試圖將ARM處理器帶入更高一級(jí)應(yīng)用平臺(tái)的跳板，在這個(gè)平臺(tái)上遭遇如此強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，對(duì)于A(yíng)RM而言也不會(huì)是一個(gè)好消息。
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