圍獵X86 PC處理器_風聞
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2022-11-14 20:03
過去20年時間，PC CPU市場一直被X86架構主導，英特爾長期佔據着這個市場一半以上的份額。
不過近幾年來，英特爾在PC處理器市場的王者地位日漸動搖，導致其領先優勢被削弱。
當前基於X86設計CPU的只有兩家：英特爾和AMD。其實在80386之前，也曾有十幾家廠商生產X86 CPU，但隨着後面英特爾的打壓、授權的失效、以及性能的不斷升級，其他廠商都消失在了歷史的長河裏，只有AMD通過自行研發的AMD64存活了下來，並和英特爾交叉授權兼容AMD X86-64，開創了X86的64位時代。
首先挑戰英特爾的就是同為X86陣營的AMD，AMD依靠2016年推出的Zen架構大幅提升了芯片性能，加上台積電先進工藝的助力，AMD的PC處理器性能已迅速趕上英特爾，甚至實現了超越，推動AMD近幾年來在PC處理器市場的份額不斷高漲。
能看到，在X86 處理器中，英特爾還是佔據着主導優勢，但近幾年AMD追趕幅度過於兇猛，隱隱有着和英特爾並駕齊驅之勢。
PC市場寒意襲來
CIC灼識諮詢指出，目前下游市場低迷限制了上游廠商的出貨及業績，CPU、顯卡等PC硬件均受到來自下游的需求限制，升級替換需求滯緩使得上游廠商一併出現庫存積壓問題，與AMD同處PC上游賽道的英特爾、英偉達等其他芯片製造商均受到不同程度的衝擊。
另一方面，PC相關部件替換週期逐漸延長也進一步緊縮了上游市場出貨規模空間，供應鏈調整使處理器出貨量減少，PC上游廠商正在承受較高的庫存成本。
短期來看，PC需求下滑之勢難以緩解。Gartner報告顯示，2022年第三季度，全球PC市場出貨6800萬台，同比下降19.5%。這是Gartner自1990年代中期開始追蹤PC市場以來，錄得的最大降幅，也是PC市場連續第四個季度同比衰退。
**PC市場的萎靡不振，迅速反映到了供應鏈端。**作為PC市場X86處理器雙雄的英特爾、AMD無疑均已感受到傳導的寒意。
11月2日，AMD披露2022年三季報，儘管在其他業務帶動下，該公司營收逆勢增長近三成，但PC處理器業務部門收入驟降40%，拖累整個公司淨利潤同比暴跌93%。主要原因是PC市場疲軟，以及整個PC供應鏈降低庫存，導致處理器出貨量減少。
PC市場下行，AMD的“老對頭”英特爾也難以倖免。今年三季度，英特爾營收同比下滑20%，淨利潤下降85%。
英特爾CEO基辛格坦言，面對難以預料的宏觀經濟和困難的市場預期，短期內幾乎看不到任何好消息。為應對市場低迷，英特爾拋出了包括裁員和減產在內的降低成本計劃，並預計明年削減成本30億美元，未來三年降本最多達100億美元。
Canalys報告指出，不利的宏觀經濟和行業因素，削弱了個人電腦市場的勢頭，並可能持續到2023年。
面對主力市場的下行，英特爾和AMD遭受了明面上的“衝擊波”，但或許其他隱憂比應對PC市場的下行更為棘手。
因為AMD與英特爾之爭，尚且還屬於X86陣營之爭。而Arm和RISC-V架構在PC處理器領域的試探，或許才是X86面臨的真正挑戰。
Arm陣營發起衝擊
二十多年前，微軟的Windows操作系統和英特爾的X86芯片，“雙雄合併”橫掃整片電腦市場，直到他們遇上了蘋果公司。
蘋果的異軍突起，讓這個曾經牢不可破的W英特爾陣營出現了裂縫，“macOS+ X86”的出現使得“Windows+ X86”不再是唯一的選擇。而到了2020年，M1芯片的發佈將Arm架構也拉入了這場戰局，X86迎來了新的競爭對手。
蘋果“異軍突起”
2020年11月，隨着蘋果首款基於Arm架構的自研處理器M1問世，一石激起千層浪。
Arm架構芯片在PC端的應用，成為了芯片產業，尤其是通用CPU芯片產業關注的焦點。
這是Arm架構處理器首次在性能方面追近英特爾，搭載M系處理器的Mac大受市場歡迎。
M1芯片的騰空出世不僅意味着蘋果與英特爾 長達15年的“戀愛長跑”以“分手”告終，也讓大家看到了Arm架構在PC端的巨大潛力。
在2022年蘋果WWDC上，蘋果M2芯片登場。據介紹，M2芯片採用新一代5nm工藝，相比上一代M1芯片擁有18%的CPU性能提升，以及35%的GPU性能提升。
對比10核心X86筆記本處理器，同等功耗下(15W)性能領先90%，而同樣性能下，M2的功耗是對方的四分之一。對比12核心筆記本處理器，25%的功耗即可帶來87%的性能。
M2芯片估計還會走M1的老路，後續會有M2 Pro、M2 Max、M2 Ultra等等芯片出來，然後再更換在自己的Mac系列產品上，實現全系升級。
由於小芯片(chiplet)設計趨於成熟及台積電先進封裝技術推進順利，市場傳出蘋果可能會在明年推出將2顆M2 Max整合的M2 Extreme處理器，搭載48核CPU及152核GPU。業者指出，蘋果M2 Pro/Max/Extreme等系列處理器均採用台積電3納米制程量產，且若M2 Extreme消息屬實，明年蘋果PC處理器效能將可追上英特爾腳步，成為Arm架構處理器市場霸主。
自從M系列芯片誕生以來，蘋果打破了用户對於Arm芯片性能的認知，甚至重構了自己的所有業務線，以全力支持M系列芯片的上市。
蘋果對Arm的影響有多大，在兼容Arm的M1 Mac開售之前，2020年第三季度Arm在PC芯片中的市場份額僅為2%。一年多後，根據Mercury Research的2022第一季度數據，對Arm PC客户端份額的估計為11.3%，幾乎比一年前的5.9%翻了一番。
隨着蘋果 Mac產品線全面投奔Arm架構芯片，曾經只佔個人電腦芯片市場很小部分的Arm芯片市場份額迅速增長。
星星之火，逐漸燎原。
高通前來“攪局”
蘋果M系處理器的成功，鼓舞了移動芯片市場的芯片企業，特別是高通公司。
其實，在基於Arm架構的筆記本芯片領域，高通比蘋果更有經驗。此前，高通分別於2018和2020年推出了一代和二代PC端驍龍8CX處理器，至今已經發展了3代。但遺憾的是，這些處理器都沒有掀起太大的水花。
近日，高通CEO安蒙在財報分析會上表示，預計2024年，搭載驍龍芯片的Windows PC將在市場上迎來拐點。
這一前瞻的立足點在於，微軟正在做很多優化工作，改善Arm WinPC的使用體驗，同時更多OEM廠商願意採購驍龍芯片。
當然，更重要的是，在收購Nuvia後，高通將效仿蘋果M系列芯片，完全推倒Arm公版架構，從頭研製一款高性能的PC處理器，甚至要叫板英特爾和AMD。
據悉，這款CPU基於Nuvia Phoenix為原型開發，代號Hamoa，採用8顆大核+4顆小核大小核的異構形態。內存和緩存的設計和蘋果M1類似，同時支持獨立顯卡，性能可期。
值得一提的是，Nuvia公司的主要創辦人Gerard Williams III曾領導了蘋果A7（Cyclone核心）到A14（Firestorm核心）芯片的開發，早年在Arm公司還參與了Cortex-A8/A15的定義。
高通表示新一代處理器旨在為Windows PC設定性能基準，除了要和蘋果的M系列處理器競爭之外，還要在持久的性能和更低的功耗方面達到行業領先水平。同時，高通將大力發展Adreno GPU，目標是為其未來的PC產品提供桌面級遊戲功能。
高通希望這款處理器達到的就是類似蘋果M系芯片對於PC市場的“攪局”效果。
行業知名分析師郭明錤指出，在嗆聲挑戰蘋果或者X86處理器之前，高通要想想如何説服PC品牌採用該處理器，而非過往習慣的X86架構處理器。
小結
X86架構的強大並不在於它本身，而在於圍繞着它所建立起來的各種各樣基於X86指令架構的程序。然而，隨着電腦產業的發展，為了換取更高的性能，X86上集成的指令集數量越來越多，給硬件帶來的負荷也就越來越大，無形中增加了功耗和設計難度。
相較於X86，Arm則大幅簡化架構，僅保留所需要的指令，可以讓整個處理器更為簡化，擁有小體積、高效能的特性。
早期行業廠商一系列失敗的嘗試讓人們認為將Arm 芯片用作 PC 平台是不切實際的想法，但顯然如今的情勢發生了巨大的扭轉。
一方面，蘋果基於Arm的處理器技術展示了不輸給英特爾 X86 芯片的出色性能。
另一方面，曾經在Windows on Arm摔了個大跟頭的微軟、高通以及國內廠商也開始奮起直追。
微軟不僅推出了Windows11 Arm，為Arm帶來了64位應用程序仿真，還在2020年傳出將自研基於 Arm 的處理器，並於去年10月，微軟Surface部門發佈了一份SoC架構師的招聘，這意味着微軟或將開始着手為Surface設備開發自己的PC芯片。
而Arm自身在2021年3月也發佈了全新Armv9指令集，算力更強，不再只侷限於移動市場，還將發力PC、HPC高性能計算、深度學習等新市場。
此外，三星，聯發科，大陸的飛騰、瑞芯微，以及此芯科技等初創企業此芯也在覬覦這個市場。
三星在2020年就有消息稱正在研發的Exynos 1000處理器，可能也會用於Windows PC。據Sammobile前不久報道，三星正在開發下一代旗艦處理器Exynos 2300，這顆芯片型號為S5E9935，代號為Quadra”，不知是否未來是否會出現在其他筆電上。
聯發科則是在去年11月的Executive峯會上直接表明了進軍Windows on Arm平台的決心，不過由於該計劃目前仍處於早期階段，何時投入商用還未知。
大陸方面，飛騰主要做Arm架構服務器和桌面CPU；瑞芯微去年底新發布了旗艦芯RK3588的Arm PC整體解決方案;此芯科技主要致力於開發兼容Arm通用智能計算體系，提供芯片產品和通用計算一站式解決方案，據悉，其芯片產品已經進入工程設計階段，產品定義、IP選型工作已經基本結束，計劃明年實現第一個產品流片，後面就可以看到產品上市。
總的來説，未來Arm架構在PC芯片領域的實力不容小覷。在蘋果、高通等一眾老將的擁躉下，Arm架構陣營在逐步蠶食X86架構的傳統領地。
與此同時，Arm架構亦在服務器市場不斷成長。集邦諮詢調查顯示，預估至2025年Arm架構服務器滲透率達22%，雲端數據中心將率先採用。
可以説，X86架構一直在承壓。
RISC-V後起之秀
Arm架構正在攪動PC CPU市場競爭格局發生變化。
與此同時，開源RSC-V的興起，又給CPU市場的競爭帶來了更多的不確定性。
從發展現狀來看，RISC-V CPU已經在對生態要求不高的IoT市場取得成功，接下來，RISC-V還將進軍更高性能的移動、PC和服務器CPU市場，加入到X86和Arm的競爭當中。
在PC領域，阿里平頭哥和賽昉科技都是RISC-V架構的重要推動者，它們早早介入RISC-V架構，經過數年的發展，基於RISC-V架構開發出性能卓越的PC處理器，將RISC-V處理器的性能提高到足以滿足PC需求的地步，同時它們也做好了與Linux、Windows和國產統信UOS系統的適配，可以幫助PC廠商降低推出PC的難度，將推動國產PC處理器進一步加速發展。
近日，全球首款基於RISC-V處理器的筆記本電腦 ROMA發售。ROMA電腦的CPU採用的是阿里平頭哥自研的RISC-V CPU TH1520（曳影1520），採用4個玄鐵C910內核，主頻高達2.5GHz。
這台電腦的發佈讓我們認識到，RISC-V進一步體現出了在PC領域取代X86、Arm的潛力和可能性。
近日，本土RISC-V廠商賽昉科技推出了RISC-V架構的PC處理器，並推出了單板計算機。賽昉科技始終聚焦於高性能RISC-V芯片研發，成立至今已相繼推出全球性能最高的RISC-V CPU Core IP——昉·天樞、全球首款量產的高性能RISC-V多媒體處理器——昉·驚鴻7110、全球性能最高的量產RISC-V單板計算機昉·星光 2，實現了從RISC-V內核、處理器芯片到軟件生態的全棧組合，有力撕下RISC-V即低端的標籤，開啓RISC-V高性能處理器的應用落地。
平頭哥和賽昉科技等廠商的努力，意味着RISC-V芯片正加速進軍PC處理器市場。
綜合來看，無論是IoT市場的規模化應用，還是向PC和服務器等高性能領域發展的未來潛力，RISC-V這個新興架構正吸引着全球眾多參與者躬身其中。當前，國內外各大科技公司正在大力佈局RISC-V架構，通過這款開源、精簡的架構平台，設計出所需的芯片產品，或者通過RISC-V延伸出其它的生態系統。不管是軟件還是硬件，RISC-V的適配能力正逐步擴大。
寫在最後
從AMD CPU性能迅速接近英特爾，以及蘋果M系列處理器的崛起和RISC-V芯片的推出，可以看到優秀的CPU微架構，以及微架構的精細優化能夠帶來的性能飛躍。
實際上，學術界早有定論，指令集對性能和功耗沒有直接影響。龍芯總裁胡偉武此前也表示：“其實指令系統更多關係到的是軟件生態，比如X86支撐Windows生態、Arm支撐Android生態。”
之所以會有X86 CPU性能更高，Arm CPU功耗更有優勢的認知，主要還是兩者此前目標的不同。X86把資源都用去提升性能，芯片性能高，功耗也高，但英特爾也有低功耗的芯片Atom；Arm原來的目標是做低功耗處理器，現在也有許多高性能的Arm服務器CPU，性能高了，功耗也相應的提升。
也就是説，無論是Arm架構還是RISC-V設計出性能比X86高端CPU更好的產品，指令集並非挑戰，核心在於設計目標。要是在一定邊界內做取捨，包括緩存的策略、替換算法、分支策略等等，可以通過精細化調整來優化CPU的優勢。
當前，X86、Arm、RISC-V在嵌入式、桌面、高性能CPU市場的混戰已經開啓，誰好誰壞，無法做出比較，因為每款處理器架構都有着各自的優點和缺點。
但不可否認的是，X86已經不再是唯一選擇，在蘋果、高通、微軟、阿里平頭哥等大廠的發力下，Arm和RISC-V或將成為PC芯片領域不可忽視的存在。