ARM芯片为世界上大多数智能手机和平板电脑提供动力,但现在数据中心也有高性能的ARM芯片。在高端的ARM Mac电脑上,苹果可能不需要等待太久——如果有的话。


ARM芯片基本上被排除在个人电脑和数据中心市场之外。但到2020年,形势可能会发生变化。

对于大多数台式机、笔记本电脑或数据中心应用程序,英特尔的x86芯片一直是行业标准。但有传言称,苹果的mac电脑将采用ARM的自主芯片,有少数制造商正在向市场推出高性能的ARM芯片。

这就是为什么这一点意义重大,以及苹果放弃英特尔可能引发更广泛的转变的原因。

ARM和x86芯片之间的差异


ARM芯片比英特尔x86芯片更省电,而且通常每瓦的性能更好。这是由于多种原因,包括更简单的指令集,使用更少的晶体管和整体更慢的时钟速度。

ARM的能耗,以及生产和开发成本较低等其他因素,已在很大程度上导致ARM芯片成为大多数移动设备(如智能手机、平板电脑)和轻量级个人电脑(如精选的谷歌Chromebook)的行业标准。

但当谈到真正的高性能芯片组,特别是用于台式机或笔记本电脑时,人们一直认为英特尔x86是自然选择。这种情况已经持续了很长一段时间,英特尔稳步增长的主导地位甚至可以从2005年苹果从PowerPC向x86的转变中看出来。

数据中心和服务器也是如此。虽然存在一些小的例外,但绝大多数web架构仍然基于英特尔的芯片设计指令。在市场份额方面,英特尔仍然处于领先地位(几乎达到了垄断程度),而基于AMD x86的芯片占据了绝大部分的市场份额。

自2010年代初以来,一直有人在谈论更广泛地转向基于ARM的服务器。近十年后,ARM芯片被用于一些服务器应用程序,但与竞争对手x86相比,它们的整体市场份额相形见绌。

但随着移动设备和笔记本电脑之间界限的模糊,以及数据中心运营商越来越多地寻求更高效、更便宜的服务器选项,2020年可能会开始发生变化。

ARM处理器的现状


苹果公司的A13芯片组是市场上功能最强大的基于ARM的移动处理器之一。


当前ARM芯片行业的一个有趣之处在于,大多数ARM处理器都是基于定制芯片设计的。

苹果的A系列系统芯片(SoC)就是一个很好的例子,尤其是因为它们展示了ARM处理器的潜在能力。苹果目前生产的智能手机芯片是市场上速度最快的,这让它的iPhone能够赶上或击败那些在纸上看起来有更好规格的竞争对手安卓(Android)设备。为了做到这一点,苹果自研芯片,并且只依赖更大的ARM生态系统来获取处理器指令。

例如,最新的A13 Bionic iPhone芯片就达到了一些台式CPU的性能。除了苹果之外,高通(Qualcomm)、联发科技(MediaTek)等公司也会把ARM芯片的设计指令应用到自己的定制硅芯片上。

虽然ARM芯片在服务器或数据中心中的应用并不广泛,但许多第三方制造商一直在设计专门针对该市场的基于ARM的芯片。这些服务器处理器并不是直接移植到现有的台式硬件上,但考虑到苹果使用英特尔Xeon处理器,这一点也不遥远。

2020年3月,Ampere首次推出了一款基于ARM的80核服务器处理器,名为Altra,该公司预计该处理器的能效将是英特尔Xeon Platinum 8280的2。11倍,原始性能将是后者的2。23倍。

相比较而言,Xeon Platinum 8280是2019年第二季度发布的Cascade Lake芯片,拥有28个核心,2。7GHz的基频,205W的热额定值。据ARS Technica报道,Ampere甚至表示,在机架环境下,一架Altra处理器的原始性能最高可比8280高出120%。

早在2018年,亚马逊宣布了其首款基于ARM的服务器芯片Graviton。尽管该服务器芯片似乎并未对市场产生持久影响,但亚马逊于2020年3月宣布了一款名为Graviton 2的新芯片。该公司表示,在许多服务器工作负载方面,该芯片提供了比AMD和Intel更好的性价比。

亚马逊表示,弹性计算云(弹性计算云或EC2)的用户有望获得40%的性价比。对于基于云计算的公司或软件即服务的公司来说,这可能会带来更大的竞争优势,因为他们在可比的服务速度上花的钱会更少。

ARM服务器芯片领域的领军企业Marvell也发布了一款新的ThunderX3“Triton”芯片组,这是一款拥有96个核的240W硅芯片。根据Marvell公司的说法,在多个基于云的工作流程(如MySQL或CDN)上,ThunderX3始终提供比英特尔2019款Cascade Lake-SP芯片更好的性能。

虽然第三方ARM芯片已经面世,但设计ARM芯片指令的公司ARM Holdings也正在进入市场。或许最有趣的是该公司的笔记本电脑芯片,虽然长期落后于英特尔,但似乎正在迎头赶上。

ARM首席架构师Mike Filippo告诉CNET,Cortex-A76于2019年首次在硬件中实现,是一款笔记本电脑芯片,提供与英特尔Core i5-7300大致相同的性能。那并不是十分惊人的性能,但这表明ARM希望赶上英特尔,并在自己的市场上击败他们。

ARM Holdings的自主服务器架构也在这个领域引起了轰动。2018年,该公司宣布对其服务器架构Neoverse N1进行了更新。(值得注意的是,前面提到的大多数芯片,比如Altra和gravon 2,都是基于这种架构。)

从那以后,ARM Holdings发布了一些非常雄心勃勃的服务器芯片,例如2019年的Ares设计。

高性能ARM芯片的重要性


ARM最近发布的Neoverse芯片面向高性能服务器应用。


众所周知,英特尔的性能升级步伐正在放缓,而且该公司还面临着其他问题。问题在于,该公司认为,基本已经触及到性能上限,它已经充分利用了现代计算机的潜力。

但ARM对其芯片提出了不同的要求,并在2018年承诺,未来每一代芯片的速度至少比上一代快30%。这远远超出了英特尔目前芯片设计的前景。
这只是ARM自己设计的自主硅芯片。但这并没有涉及到苹果和其他公司生产的第三方定制芯片,这些芯片在平板电脑、智能手机和物联网设备方面已基本证明是巨大的市场成功。

坦率地说,ARM和其他芯片制造商似乎正在投入大量资源,开发能够与x86处理器竞争的芯片。不仅是在低端消费者用例中,而且在台式和服务器级别上,更倾向于高性能计算。

至于对用户的影响,有一些很大的影响。如前所述,ARM芯片通常更省电。随着它们的速度赶上来,这可能会导致电池寿命更长、性能更佳的设备出现。它们产生的热量也比英特尔芯片少,如果与计算机或服务器的冷却机制结合使用,性能节流的影响也会更小。

制造成本和易于部署也可能起主要作用,从长远来看,可能会在消费者层面降低计算机或其他电子产品的成本。

而高性能ARM芯片正是在英特尔举步维艰之际推出的。该公司在性能升级和错过最后期限方面做出了各种不兑现的承诺,更不用说芯片级的英特尔漏洞已经让很多设备变得不那么安全了。

ARM历史上从未出现过这些问题。虽然这在很大程度上归因于市场份额,但这可能意味着许多电脑制造商将获得一个新的开始。

ARM芯片的未来


在服务器和工作站等设备方面,ARM在很大程度上已经落后于英特尔的x86,这些设备为我们的世界工作提供了动力。但业内也有一些暗流,可能表明潮流正在转移。

苹果预计推出的ARM MacBook可能会成为一个转折点,这取决于苹果定制的Mac芯片将提供什么样的性能。但Project Catalyst也可能是向ARM全面转型的一个主要因素,因为它鼓励流行的应用程序开发人员认真考虑支持ARM架构。

苹果在笔记本电脑领域的主要竞争对手微软(Microsoft)也在2019年推出了一个新的Surface系列设备,配备该公司所称的首款3GHz ARM芯片——SQ1。

COVID-19的持续爆发也可能促使ARM转向服务器和数据中心领域,因为大公司将认真考虑他们在关键硬件上的每美元性能指标。ARM的服务器芯片比英特尔的更便宜,而且正如我们所报道的,它们的每瓦性能更好。

还有其他因素。各地数据中心的需求都在迅速发展。由于英特尔即将成为服务器领域的垄断者,所以对于数据中心运营商来说,切换到ARM服务器是从更广泛的供应商那里获得处理器的一个好方法。

当然,ARM要像英特尔一样坚定地扎根于我们的日常Mac中,无疑会花费一些时间。但是,现在有迹象表明,这很有可能,而不是牵强的预测。

苹果和ARM Mac


苹果可能不会把A系列处理器直接放到Mac电脑上。最有可能的情况是,像其他ARM芯片为服务器市场量身定制一样,为Mac电脑量身定制芯片。它不需要等待高端芯片,但它可能会为了市场的平稳过渡而这样做。

传统观点认为,苹果将从低端起步,比如MacBook和MacMini。具体来说,对于笔记本电脑,基于ARM的芯片特别适合在不影响性能的情况下提供卓越的电池寿命。在尚不清楚的一段时间后,它将把芯片升级到“ Pro”级别的硬件—可能是在“ Pro”用户群需要时。

如今,苹果可以利用与Altra和ThunderX3类似的工作站芯片,在与iMac Pro和Mac Pro现在使用的Xeon处理器相同的散热和功率封装中,提供高端性能。软件将不得不跟进——这就是为什么这个转变可能不会在低端模型中实现。

从更广泛的角度来看,苹果显然将受益于对整个产品系列的更严格控制,这一目标已经在iPhone和iPad上实现了。消费者很可能会享受到Mac电脑的性能提升,就像iPhone超越大多数竞争对手的表现一样——更不用说电池续航时间的显著改善以及苹果电脑成本的潜在下降。

这种过渡可能不是最平稳的,特别是对于依赖于未更新的插件和软件的开发人员或用户来说。但是考虑到像Project Catalyst这样的发展,这似乎是不可避免的。


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