文化呼伦贝尔

硅谷历史 | Intel的东进与ARM的西征

来源:icbank    发布时间:2019-09-26 09:16:47


一、九韶定音剑vs九耳连环刀


对于Intel CEO欧德宁来说,2012年的冬天注定会是一个漫长的时节,冬令时的钟摆刚刚拨过,他就披上了过冬棉衣。虽然一众下属没有人敢于在他面前说出“寒冷”二字,但,全世界都已经知道,Intel的未来绝非“阳光明媚”。

世界之大,人之浮夸[1]。还记得两年前,ARM CEO伊斯特到硅谷来显摆,随身掏出新鲜热辣的Cortex-A9和代号为Eagle的A15路线图,一副小人得志的样子。伊斯特的发布会与Intel的总部不过三五个街区的距离,硅谷一众大佬都去捧场了。当然,那时候的欧德宁还不以为然,毕竟在刚刚过去的三四年间里,Intel彻底击溃了AMD(详情会在本系列的第三篇“长平之战”里介绍),在PC和服务器处理器领域的市占率接近9成。欧德宁希望自己在接下来的几年里可以扭过身来,好好教训一下夸夸其谈的伊斯特,让他看看什么叫做真正的“天王七重境”!我Intel既不是“Hello,Moto”,更不是“Hello,Kitty”。

至少在欧德宁眼里,基于ARM架构的CPU并不是什么神兵利器,它和其它那些被称作RISC(精简指令集)的CPU没有本质上的区别,而那些RISC们统统都是自己的手下败将。这一长串的败军之将名单上并不乏当世高手:DEC Alpha,Sun SPARC,IBM PowerPC,Moto 88000。ARM又能有什么翻天的能耐?不过是给自己的陈列室里多添加一份投降书而已。对于下游厂商而言,RISC is RISK,焉能与自己强大的“Intel硬塞(Inside)”相提并论?

然而,不过是短短的两年,欧德宁就发现自己错了,错在太低估伊斯特的雄心。欧德宁原本的计划是依赖次世代的超级工艺,推出精简版低功耗的X86架构处理器Atom,从上网本领域杀入移动计算领域。之所以这样做,是因为有着凭此战胜AMD的成功经验可循。单就半导体制造工艺而言,试问,当今天下,还有谁能擢Intel之锋芒?

这世界,有时候,并不是非要犯下错误才会导致覆灭。欧德宁的想法基本没有什么错误,Intel的工艺依然领先对手3年以上。可世道变了,在移动计算领域,已呈现出计算性能过剩的情形。简单说来,就是现下移动处理器的计算能力已经可以满足广大用户的需求了。无论是开发者,还是消费用户,都对移动处理器性能的提升并非十分渴求。尤其在台积电把28纳米制造工艺的良率提升到90%,ARM双核处理器主频得以升至1.5GHz的时候,这一点就显得更加清楚了。你Intel就算有着冠绝天下的“九韶定音剑”(14纳米工艺),可对于杀猪宰羊来说,用我很普通的“九耳连环刀”(28纳米工艺)就足够了。

正所谓,“云点旌旗秋出塞,风传鼓角夜临关”[2]。在Intel大举东进(进攻移动处理器领域)的时候,ARM也在厉兵秣马,为自己的西征(进攻PC和服务器领域)做准备。

2012年11月初,在消灭掉MIPS之后(MIPS已被Imagination Technologies收购),ARM历经多年,终于完成了对移动处理器领域的统一。之后,ARM与十一家核心科技公司结盟,宣布推出64位Cortex-A57,面向服务器应用的低功耗高性能芯片。这十一家盟友中,有七家是芯片设计大厂,三家是智能手机的领导厂商,另外一家是软件霸主。它们的名字到也好记,首字母缩写为“mm’s santa bbq”(美眉的圣诞烧烤),分别为:Microsoft, Marvell, Samsung, ST, Apple, Nvidia, TI, AMD, Broadcom, Blackberry/RIM, Qualcomm。

看出来ARM的策略了吗?伊斯特带着64位CPU气势汹汹地杀奔过来,却并没有命令他龙精虎猛的勇士们向Intel的PC处理器市场发起进攻,而是选择了上攻高端服务器市场。他这么做,自有深意。如果把整个处理器市场形容为一字长蛇的话,那么低端的移动处理器就是这条长蛇的尾巴,高端的服务器处理器则是长蛇的头部,长蛇正中间的腹部才是PC处理器。伊斯特采用的策略便是攻打长蛇阵的惯用伎俩:取其首尾,腹阵自破。

“部兵西楚最轻剽”[3]。现下,伊斯特的风头,一时无两,简直像极了当年的大秦天王-苻坚,一统北方诸胡,眼前只差偏安江南的东晋了。而横亘在ARM与Intel之间的,便是服务器CPU这个表面上看来不甚起眼的市场。这里会成为ARM的“淝水”吗?欧德宁当然希望如此。

好吧,就算这里有可能成为ARM的葬身之地,那么,欧德宁的谢玄又在何处?又有谁能为他舞动起震慑天下的“九韶定音剑”?Intel,这个庞大的芯片帝国,是走到了落幕的时刻?还是要掀起帝国反击战?

战争刚刚开始,也许旷日持久,也许一剑封喉……


[1]出自李宇春《似火年华》;
[2]出自金庸《鹿鼎记》,第四十七回;
[3]出自金庸《鹿鼎记》,第三十回;




二、最美丽的女子并不是皇后



精英团队并不能够保证公司的成功,这句话已经被MIPS演绎的淋漓尽致。

“古来成败原关数,天下英雄大可知。[4]”2012年11月,CPU领域的标杆式企业MIPS Technologies被英国公司Imagination Technologies(IMG)以六千万美元的“白捡”价格收购。我不知道当神州龙芯公司的董事长李国杰院士(中国处理器之父,我的偶像之一)看到这则新闻的时候,做何感想?难道没有些许遗憾?他本可以“趁火打劫”把这等便宜事儿捡到中国来的。

斯坦福大学的第十任校长老约翰(John L. Hennessy),作为计算机体系结构领域里教父级的人物,于1984年利用学术休假的时间,一手创办了MIPS公司。因为老约翰在学术界里强大的号召力,在MIPS的创始团队里,真可谓集合了当时最优秀的一批精英。

然而,在此后二十多年的时间里,MIPS虽然为RISC CPU(精简指令集处理器)的发展做出了卓越贡献,但就商业公司本身而言,却相当失败。MIPS历经两次上市,两次收购,终于以四分五裂式的被瓜分而宣告终结。而另外一家基于相同设计原理的英国CPU公司,尽管比MIPS的成立还晚了六年,但如今,却成为了煊赫一方的霸主,这便是ARM。

上世纪八十年代,老约翰三十岁出头,正是“公瑾当年,雄姿英发”的年龄。他连续发表了一系列关于CPU架构的论文,矛头直指Intel CPU的架构缺陷,提出了有可能大幅度提高CPU性能并且减少功耗的新型RISC架构。学术界对于处理器架构的纷争持续了近二十年,最终基本上同意了老约翰关于RISC架构优越性的观点。然而,在另一端的商业战场上,“究竟谁能胜出”的复杂程度却要远远大于学术上的争论。

在与Intel抗衡的道路上,老约翰选择了在处理器性能上挑战Intel CPU,这在后来被证明为一个错误的商业决断,由于Intel在制造工艺上无可匹敌的优势,使得MIPS CPU在架构上的些许优势完全被抹杀掉。相反,远在英伦的ARM公司却选择了在“降低处理器功耗”这条商业道路上前行,历经十几年的长征,终于守得云开见月明,乘着移动计算的大潮,脱颖而出,成为新派领袖。

说起这次收购,看似IMG担当了主角,但其实ARM也获利颇丰。IMG只买到了MIPS的外壳,而以ARM公司为核心的Bridge Crossing协会获得了近五百项原本属于MIPS的专利。换句话说,这次MIPS的覆灭,彻底解除了ARM在移动处理器专利战场的后顾之忧。自此之后,“鸿沟天下只横分”[5],ARM可以全力迎战剩下的唯一敌手,巨无霸Intel。

这世上,永远都不是“最美丽的女子成为了皇后”。当MIPS殒灭的时候,我又不禁回想起昔日学习计算机体系结构这门课程时的情景,所用的教材,正是出自老约翰之手的圣经:《Computer Architecture: A Quantitative Approach》。时至今日,老约翰在书中所描绘的那般精妙万方的处理器世界,依然深深地震撼着我的心灵。

在ARM努力统一移动处理器市场的时候,巨人Intel也为了完成对PC处理器市场的垄断,与AMD进行了一场长达数年的战争。这场战争耗费了Intel太多精力,以至于当它在PC处理器获胜的时候,才发现,芯片市场已然“换了人间”,自己竟然在移动处理器上落后太多了。

在下一篇里,我将回顾Intel与AMD的那场“正确与错误”并行的PC处理器之战,芯片史称:“长平之战”。而对于那些敢于挑战巨人的勇士们,MIPS和AMD,我总是心怀敬意:纵然再锋利的刀尖,也曾是他们翩然起舞的楼台。


[4].出自金庸《鹿鼎记》,第七回;
[5].出自王安石,《韩信》;




三、人生如戏,全靠演技




从2003年到2008年,处理器双雄Intel和AMD在64位CPU领域展开了一场长达五年,极为惨烈的科技战争。此战双方均投入巨额研发资金,战事波及近千亿美元的半导体市场,其间更是风谲云诡,极尽各种商战权谋之术,令一众围观厂商大呼过瘾。这便是芯片史上赫赫有名的“长平之战”。

话说时间走到了20世纪末期,32位CPU的4G内存限制已成明显缺陷,64位CPU则成为工业界的必然方向。这一次,向来以反应迟缓著称的Intel,倒是动作颇快,99年就大张旗鼓地推出了世界上第一款64位CPU安腾(Itanium)。真是天可怜见,这终于拉开了安腾那长达十年绚烂多姿的败家史。

在PC产业上,两大巨头Intel和微软都曾推出过超级失败的产品,微软的是Windows Vista,Intel的就是安腾处理器。这两款产品并称“绝代双跤”,着实令两大巨头狠狠地摔了两跤。Vista与安腾的失败原因也如出一辙,都是因为与前代产品的兼容性出了问题。安腾因为采用了全新IA-64架构,而无法直接运行原来的32位X86程序,必须在虚拟器上跑。这样导致的结果就是老程序在上面运行的速度奇慢无比。

市场给安腾处理器做出了残酷的判决:截止到2010年,安腾的出货量也就是每年二三十万片。如此的销售额还远远不及我们的民族品牌“安踏”!

Intel的失误,给AMD提供了一个绝佳的机会。AMD在新千年凭借“雷鸟”(Thunderbird)处理器首先迈进1GHz大关,紧接着于2003年推出完全兼容X86架构的AMD64处理器“皓龙”(Opteron),性能卓越,价廉物美,就连当时的明日之星Google也开始大批量采购配有AMD64的服务器。这一年,AMD更是史无前例地抢下了近30%的市占率。

“人生如戏,全靠演技。”接下来,Intel的高管们在长平之战里给这句话做出了美轮美奂的诠释。

眼见AMD64大有横扫千军的气势,Intel时任董事长摩尔和时任CEO贝瑞特hold不住了,开始动用大批科研人员秘密研发兼容X86架构的64位处理器。当然,为了迷惑竞争对手,Intel还是在表面上撒下大把的宣传费用来鼓吹“烂”安腾。更加毒辣的是,为了抑制AMD,Intel从03年开始偷偷给PC厂商以巨额回扣,仅Dell公司就在5年里收了60亿美元的回扣。

摩尔与贝瑞特倒是给这个毒辣的秘密项目取了个很土很亲民的名字“芋头山”(Yamhill)。芋头山其实就是波特兰附近一个小镇的名字,我不知道,是不是因为两个人一块在这里就餐时想到的。

经过一年的卧薪尝胆,Intel终于开始收复失地。04年,新的64位CPU面世,开始叫做IA-32E,然后改名EM64T,最后干脆模仿AMD64直接叫Intel64。虽然很折腾,但还是成功了。

风向从04年下半年开始转变,AMD的市占率稳步下降,到了06年的时候,AMD最后一搏,推出双核处理器,但很快被Intel后来居上的Core系列双核处理器给压了下去。事态已然不可避免地朝着AMD失败的方向发展了。

2005年,当AMD获悉Intel用巨额回扣的办法收买电脑制造商时,便愤而提起诉讼。官司直到09年才结束,Intel败诉,被判赔偿12亿美元[6]。但此时,AMD的市占率已经悲惨地只剩下百分之十几。2012年,随着宣布裁员15%和开发基于ARM架构的处理器,一代枭雄AMD正式走完了自己在X86处理器领域与Intel争雄的道路。

在AMD独自硬撼巨人的时候,其它一众厂商围观的围观,互掐的互掐,只有两家公司却是闷头苦干,终于把握住了这十年难遇的发展良机。此两家公司便是,ARM(安谋)与Qualcomm(高通)。

战争结束了,可天下没有统一,反而更加分裂了。你嗅到了这时代变革的气息了吗?它的确,正扑面而来......


[6] Juliana Gruenwald. "Intel Settles Lawsuit With AMD",
NationalJournal.com, Tech Daily Dose, Thursday, November 12, 2009




四、理想的星空,苹果处理器之野望




“人生五十年,如梦又似幻。一度得生者,岂有不灭者乎!”之所以没有遗憾,是因为有了理想。

公元1582年,日本战国时期最著名的霸主,织田信长,吟唱着这首诗歌,于烈火中逝去。织田虽死,却留下了一支精锐无敌的火枪兵队。几年后,其家臣,羽柴秀吉凭此统一日本全境。

公元2011年,科技时代的盟主乔布斯离世。在他留下的宝藏里,以A字冠名的CPU成为移动领域里最强的利器。数月之后,苹果公司在新领袖库克的率领下,市值攀上世界的巅峰。

可又有谁知道,在那些苍翠的路上,他们历遍了多少创伤[7]?苹果对于掌控顶尖处理器的渴望由来已久,这种带着伤痕的渴望起源于自己在八十年代后期于PC战场上被Wintel联盟打得一败涂地。Windows抄袭了Mac的界面,乔布斯还可以用起诉来对付,但眼看着无论是采用摩托的68K处理器,还是采用IBM的PowerPC处理器,都被Intel的奔腾拉开了好几个档次。这个难题,可不是让律师们吵吵架就能解决掉的。

1990年ARM公司在英国成立,苹果参股其中,正式拉开了进军移动处理器的大幕。虽然在2006年的时候,苹果宣布Mac电脑全线采用Intel的CPU,但千万不要低估了苹果在处理器上的壮志雄心。次年,苹果推出划时代的iPhone,在前三代里均采用三星设计的ARM处理器,但此时的苹果已经悄悄开始了自行设计处理器的计划。

2008年,苹果收购PA Semi,并立刻购买ARM的架构级授权(Architecture License)[8],开始着手设计一款拥有全新微架构(Microarchitecture)的CPU。2010年,微架构的前端设计完毕。同年,苹果收购拥有丰富后端设计经验的公司Instrinsity,开始了长达一年的处理器后端设计。2012年iPhone5问世,冠绝天下,所使用的正是这款耗时四年,名字叫做A6的处理器。

当一众黑客黑掉A6,看到其中的布线结构时,完全震精了:这简直是一款近乎“纯手工”打造的CPU!

“纯手工”,这是一个怎样的概念?在如今这个集成度肆意飚升的年代里,单个芯片上集成数亿个晶体管早已屡见不鲜,靠手工来布线是个几乎不可能的任务,所有的设计都是在EDA(电子设计自动化)工具的辅助下完成。当然,在芯片设计的后端,设计师们也会再用手工做出布局上的少量调整,工作量一般在3~6个月。

然而!然而!苹果竟耗费大量的设计师和大把的光阴来“纯手工”优化后端设计,仅在布线上就花了整整一年的时间!还请不要忘记,苹果的设计师们本已是以一当十的高手了。为了推出这款登峰造极的产品,真不知,乔布斯和他的苹果究竟有着多大的理想与雄心,而又付出了多少的辛苦与努力?

时光仿佛回到了1953年,我正站在威斯敏斯特教堂里,看那加冕中的伊丽莎白女王,风采迷人,芳华绝代[9]。而她的身上正披着一件由数名设计师,耗时16个月,纯手工制成的登基礼服。唯有如此,才配得上四个字:完美无缺。

乔布斯的理想也是如此的完美无缺,因其追索求达之艰难,才成为亘古永恒的不朽。当我们这些俗人,慢慢长大,习惯了唱着“背弃理想,谁人都可以[10]”的时候,又是否会在某个夜晚倏然醒来,仰望那片没有了理想的星空,而轻轻哭泣。

[7] 此句改编自Beyond《大地》。
[8] ARM提供两种授权方案:应用授权(Implementation License)和架构授权(Architecture License)。架构授权是更高更抽象的授权,对设计能力的要求也最高。获权厂商会重新定义整个内核的微架构(Microarchitecture),如果足够强悍的话,设计出来的处理器在性能上甚至会超越ARM公司本身所提供的处理器。苹果,高通,三星都是在架构授权的基础上,自行开发的处理器。
[9] 1953年,伊丽莎白二世,在Westminster Abbey,正式加冕英联邦女王。
[10] 此句出自Beyond《海阔天空》。




五、智慧的大窗口,我们都在画里面




繁华又算得了什么,不过是星尘的崩碎,那一抹青青的灰。公元79年,意大利维苏威火山喷发,已然兴盛了600年的庞贝古城被完全湮没[11]。历史只在瞬间,便把那无尽的繁华刻入了冷峭的火山岩石里。

现如今,发展了近20年的数字电视也正处在繁华的巅峰,然而在这繁华的底部,却有一个被称作“智慧电视”(SmartTV)的“火山”蓄势待发。我们倒不必过于惊讶,就像庞贝古城的覆灭一样,或许只在明天,数字电视就会被彻底崩碎,湮灭于智慧电视的青灰之下。

近日,苹果CEO库克接受NBC专访,大谈电视业务,这无疑笃定了人们关于苹果智慧电视(iTV)的猜想,甚至于更乐观地估计在2013年10月就能一睹真容。姑且不去谈论智慧电视如何改进交互技术,以及整个生态系统又怎样构建,我只想先从智慧电视的内核芯片处说起。

智慧电视的系统芯片里包含有CPU与GPU(Graphic Processing Unit,图形处理单元),这一点与智慧手机和平板电脑是相同的。然而不同的是,除了CPU与GPU,智慧电视里还有另外一个非常重要的处理单元,叫做VPU(Video Processing Unit,视频处理单元)。在电视芯片里,VPU的复杂程度丝毫不逊于GPU,甚至在整个芯片里占有更大的面积。VPU的功能主要包括:视频解码,三维处理,画质增强,图像内容识别,基于运动补偿的帧频转换。

GPU负责在内存里画出菜单或游戏画面,最终则由VPU把它们与视频信号融合,并显示出来。如果从软件编程的角度看,GPU较为“通用”,VPU则更像是个固化了特定功能的专用模块,留给程序员的余地并不多。当然,我不知道在未来,会不会有哪个大牛横空出世,把VPU完全“通用化”,从而给予程序员足够多的编程自由度。

电视芯片里的CPU部分,也至关重要。CPU负责对整个系统资源的调度,既要满足GPU与VPU的巨大带宽需求,又要提供游戏、网络、文字处理等所需的计算任务。Intel虽然也曾在电视领域里努力地扑腾了一阵,甚至联合谷歌与索尼推出第一代的GoogleTV,但最终它还是选择了战略性放弃。而当另一个处理器厂商MIPS也萎靡不振的时候,ARM再次把握住了机会,将自己在移动领域里的优势肆无忌惮地蔓延到智慧电视里来。

时光虽不能倒流,但历史随时准备重演。一年前,在Intel宣布退出智慧电视市场的同时,高通却砸出六千万美元收购了IDT公司的电视芯片部门。两大巨头的一出一进会不会重演六年前移动领域的戏份[12]?这不仅要看高通是否能把视频处理单元与骁龙(Snapdragon Processor)完美结合起来,还要看智慧电视市场什么时候才能喷薄而出?而这后一点,则完全取决于苹果何时可以推出那改变世界的iTV了。

在线高清,无限回放,语音控制,体感交互,分享影片,虚拟现实,等等,你尽管把所能想到的一切都加到智慧电视里来。总之,当智慧真正降临到电视上的时候,我们将会获得无以复加的完美体验。这一切的体验都是基于天衣无缝的交互方式:你或许会全身心地沉浸在虚拟世界里,自己担当着男主角,而与社群里另一个并不认识的女主角,共同欣赏完一部多线索多结局的影片。

智慧电视就像是一个大窗口,我们推窗而望,便立刻置身于一个全新的奇幻世界。这里动静相宜,风景如画,只有当触感信号从外部传来的时候,我们才发现,原来自己早已离开了窗口,正身处于亚伦的LC神画里[13]。

[11]. 庞贝城(Pompeii),古罗马城市,于公元79年8月24日被维苏威火山(Mount Vesuvius)爆发时的火山灰覆盖。1599年被重新发掘出来,现在是“世界文化遗产”之一。
[12]. 2006年,Intel自断经脉,把移动应用处理器部门出售给Marvell,而高通却开始大力发展基于ARM的移动应用处理器。
[13]. 亚伦的LC神画:出自于车田正美的《圣斗士冥王神话之消失的神画》(The Lost Canvas),简称LC。亚伦所画的油画,其实就是真实的世界。这里隐喻,虚拟与现实难以区分。


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