ARM 开拓64位高端市场，意味着什么？

北京航空航天大学 何立民

从微处理器的视角出发，把8位、32位嵌入式系统领域的应用称为低端应用，把32位、64位的通用计算机、服务器、工作站、大型机的应用称为高端应用。这是两个完全不同的应用领域，其应用环境、应用对象、微处理器体系架构、技术发展方向全然不同。30多年前，Intel公司统领过这两个领域，但是后来毅然放弃了嵌入式系统（80C51），成就了在通用计算机（PC机）领域的辉煌历史。30年后，ARM 公司在统领低端领域后，毅然进军64位高端市场，企图高低端通吃，会成功吗？笔者认为，能够成功。究其原因，一是时代不同了，物联网时代是高低端交叉融合的时代；二是ARM 公司与Intel公司的产业模式不同，它是雄居半导体厂家之上的知识产权供应商。

1 微处理器高低端市场剖析

40年前，微处理器诞生后，迅速演化成两大分支，即嵌入式处理器与通用微处理器。嵌入式处理器基础上的嵌入式系统，突出其物理对象的控制功能，不追求高速海量数据处理能力，通常以8位、32位为主流机型；通用微处理器基础上的通用计算机智力平台，则要求有高速海量数据处理能力，通常以32位、64位为主流机型。因此，它们的体系结构、技术发展方向、市场营销模式截然不同。为了便于论述，姑且把两者视为微处理器的低端领域与高端领域。从历史上看，任何一家企业都很难同时经营高端产品与低端产品。当年，在微处理器诞生之初，Intel公司同时创造了嵌入式处理器（80C51）与通用微处理器（8086）的辉煌时代，但随后放弃了嵌入式处理器，专注于通用微处理器的发展，并在PC 机领域形成独霸天下之势。近几年，虽然不断发力嵌入式领域，但始终未能如愿以偿。而如今在低端领域处于霸主地位的ARM 公司毅然开辟64位高端市场，能成功吗？

我们可以从分析40年高低端处理器的发展历程来回答这一问题。下面是2011年10月笔者在《物联网概述》第2篇文章中，描述现代计算机40年发展历程时画过的一张图，如图1所示。

图1 现代计算机40年发展历程

从图1中可以看出，40年前，通用计算机与嵌入式系统是半导体微处理器基础上的一对孪生兄弟，其后开始了两大分支不可兼得的独立发展历程，在嵌入式系统进入到普遍具有互联网接入功能时，将互联网变革到物联网。物联网时代，是通用计算机与嵌入式系统交互融合的大科技时代。Intel公司放弃嵌入式系统是在两大分支发展的初级阶段，ARM 公司进入高端领域则是在高低端交叉融合的物联网／云计算时代。时代不同了，高低端的交叉融合有可能给ARM 公司带来64位高端好运。

ARM 公司从低端进军高端，并不突然，早在智能手机兴起时，ARM 公司32位的4核架构便迅速占据了主流市场，其后又在平板电脑中大显身手。至此，在低端的嵌入式系统领域中，ARM 系列主流地位已成常态化。后期，在ARM 系列快速发展中，显现出向高端进军的众多技术亮点，如知识产业模式、结构体系开放、内核化、多核总线、低功耗等。特别是独特的“ARM＋产业模式”的全球化团队，在ARM 公司进军64位高端领域后，必然会形成众星捧月之势。

2 ARM 发力64位市场势头正旺

ARM 公司推出64 位架构不到5 年就战绩颇佳。2011年ARM 公司推出ARMv8架构，正式支持64位处理器。2013年苹果推出的A7处理器是全球第一款支持64位的ARM 架构处理器，由于受苹果的影响，ARM 64位架构快速在全球推广，目前手机芯片企业（如高通、联发科、三星、海思等）都已经推出了ARM 64位架构的手机芯片。同一年ARM 又推出了一种新的架构—big.LITTLE架构，这种架构是将一种高性能的处理器和低性能的处理器整合在一起，提供优异的功耗管理能力，使64 位的ARM 架构处理器成为既能提供高性能、又能实现低功耗的完美芯片架构。

（1）在笔记本电脑市场

2013年，三星就采用ARM 架构芯片推出了chromebook，今年谷歌与中国芯片企业瑞芯微合作推出低价的笔记本产品，这将继续助推已经发展得颇为红火的chromebook。

（2）在服务器领域

ARM 架构性能的不断提升以及优异的低功耗、低成本特点，也吸引了相关厂商将ARM 架构引入PC 和服务器市场，APPLIED MICRO已经生产了ARM 64位架构的服务器芯片，AMD 也表示其采用ARM 64位架构的服务器芯片将很快上市，高通也表达了进入这个市场的兴趣。2014 年下半年，HP 采用APPLIED MICRO 公司的ARM 64位处理器推出服务器产品，除HP之外，全球三大服务器厂商中的另外两个—戴尔和联想，也表示将采用ARM 架构推出服务器产品。

（3）在大型机领域

由中国国防科技大学高性能处理器研究团队建立的飞腾公司，推出了为大型机服务的ARM 64位64核的“火星”处理器。Cray（克雷）超级计算机公司打算在超级电脑设计时采用64位ARM 处理器核，目前已与Cavium 合作推出了ThunderX ARM 处理器产品。

（4）在半产体工艺方面

生产工艺历来是Intel公司的优势。ARM 公司借助台积电的16nm FinFET 工艺，推出的A72核心，其性能足以使Intel公司的领先优势快速缩减。

（5）在第三方软件支持方面

这几年，ARM 在高端领域创新不断，64 位和异构big.LITTLE 就是两项重大的创新，不过软件应用未能及时跟上硬件的快速发展。微软垄断了PC市场，但在支持多核处理器方面落后于处理器企业的发展，在支持ARM架构上也较为拖沓。2011年微软才推出了支持ARM 架构的Windows系统，但是支持ARM 架构的Windows版本未能与一直占据PC市场的x86架构的应用软件兼容，导致Windows在ARM 阵营的发展并不顺利。而对于目前新推出的Windows10 版本，微软方面强调同时兼容ARM 和x86架构，不知实际效果如何。

谷歌是与ARM 公司合作非常紧密的互联网企业，正是借助与ARM 的紧密合作，谷歌Android系统才得以迅速占据了移动市场超过80%的市场份额。目前，谷歌的笔记本操作系统Chrome OS与ARM 架构完美融合，并且正在快速发展。在PC和服务器市场，积累的各种软件应用大多是基于x86架构设计的，ARM 要想在这两个市场冲击Intel，还需要谷歌和微软这些巨头加把劲！

可以看出，ARM 公司在推出64位架构后，众多高端领域半导体厂商、应用供应商纷纷响应，但Calexda倒闭并不是ARM 的错。

3 ARM 发力64位并非心血来潮

历史上经典的64 位处理器，包括1991 年MIPS 的R4000、1995 年Sun 的SPARC 处 理 器、1997 年IBM 的PowerPC、2001 年Intel的Itanium（安 腾）、2003 年AMD的Opteron（皓龙处理器）、2005年Intel的Nocona（至强处理器）等。由于MIPS的先进架构与开放的产业理念，成为高端领域的强者。Intel凭借对至强处理器的深度开发，以及良好的兼容性、众多的软件支持，赢得了高端工作站、网络服务器、数据服务器领域的巨大市场份额。尽管64位处理器市场强手如林，但是2012年ARM 推出的首款64位架构处理器，不仅面向智能手机、平板电脑市场，而且也面向服务器领域。这一举动并非心血来潮，在64位处理器发展史上具有里程碑式的意义。

ARM 进军64位高端领域不是32位到64位技术简单的自然延伸，而是IT 市场的战略转移，这种战略转移思想充分体现在MIPS公司拆分式收购的理念中。MIPS公司创造了世界上首款64位处理器，并以先进的体系结构、先进的开放理念，迅速拥有了众多的客户群，在高端应用中独占鳌头。然而，学院式的MIPS公司终因经营不善，于2012年被拆分式收购。

2012年11月6 日，MIPS 公司正式被拆分式收购。IMG（Imagination）公司以6 000万美元接手MIPS的经营业务并拥有82 项专利；Bridge Crossing投资联盟以3.5亿美元获得MIPS其他498项专利。同时两个收购方约定对所有的专利实行交叉授权，IMG 可获得Bridge Crossing 498项专利的永久免费授权，而Bridge Crossing可获得IMG 82项专利的限制性授权。

MIPS公司独特的拆分式收购使得结局皆大欢喜，ARM 公司虽未直接参与，却是最大的赢家。IMG 公司接手MIPS的经营业务后，拥有82项专利与其余专利的永久免费授权，稳定了MIPS原有客户。而ARM 公司作为Bridge Crossing（有人称Bridge Crossing是ARM 的母公司）的成员在此次收购中出资最多，也拥有了最多的MIPS 64位专利技术。

ARM 公司与 MIPS 公司有相似的处理器架构（RISC）、相同的产业理念，在64位处理器的发展中实现的是与MIPS技术的强强联合。在收购MIPS公司核心专利之前，ARM 公司已推出了64 位架构，如今又拥有MIPS 64位众多核心专利技术的支持，未来64位高端市场中ARM 公司无疑占据了后天的优势。

ARM 64位处理器发展前景值得期待，那么Intel公司呢？Intel公司封闭的产业模式虽然垄断了PC 机产业领域，但也因此失去了在高端领域多样化发展中的优势，远远滞后于开放性的MIPS公司。

4 从产业模式看ARM 64位市场前景

MIPS公司被拆分式收购后，在高端市场形成了ARM、IMG、Intel三大巨头的竞争格局。

对MIPS来说，公司主体虽然消失了，但其整体得以完全保留在IMG 内，原有客户与市场依然不变。2012年上半年，IMG 占据了移动GPU IP 授权市场的46.5%，ARM 的Mali GPU 占 有 率 仅 为12.9%。与IMG 公 司 合并后，MIPS架构的生态系统有望扩展到的IMG 现有客户中，从而获得新的生命力。

ARM 此前已推出了64位处理器，此次收购之后，依靠相同的理念与技术上的强强联合，ARM 64位架构得以不断进化，对进军高端领域意义重大。另外，长期与Intel对阵的AMD宣布将研发基于ARM 架构的服务器处理器，对ARM 而言如虎添翼。

微处理器市场成败，很大程度上取决于下游客户群。在多领域发展中，开放型必定战胜封闭型。ARM 与MIPS都属于开放型，而Intel则属于封闭型。

ARM 虽然是高端市场的新兴力量，但其在嵌入式领域辛勤耕耘十几年，最终凭借知识产业ARM＋的扇形产业模式，引领半导体厂家，一统天下。在这一过程中，ARM 公司积累了丰富的扇形产业运营经验，培育了一大批下游客户。ARM＋的运营方式逐步被市场认可，不仅嵌入式领域的众多客户会跟随ARM 进入高端领域，原有高端领域的大企业在了解与熟悉这种产业模式后，也会迅速跟进，AMD选择ARM 64 位处理器就是最好的证明。ARM 公司专注于微处理器先进架构的研发，众多半导体商、应用厂家致力于应用推广，第三方软件商侧重软件协同设计，台积电等集成电路代工厂商提供半导体工艺支持，从而形成绝佳的产业生态系统。这种生态系统在此前ARM 的嵌入式领域中已经成熟与完善，也为市场熟悉与认可。在高端市场，ARM 的这种生态体系也将迅速形成，ARM＋模式将是非常厉害的市场竞争手段。

5 中国IT产业的机遇

若以2012年MIPS被拆分式收购为ARM＋进军高端领域为起点，那么，2015年则是ARM＋爆发式增长的一年。它又一次见证了IT 产业中，平台模式及扇形产业模式的辉煌前景。ARM 公司进军高端领域，是中国IT产业的重大机遇。在ARM 公司高端的知识平台面前，中国与外国的IT 企业处于同一起跑线上。下面就来看看起步阶段中国企业的发展势头！

截 至2014 年9 月，ARM 宣 布64 位 架 构ARMv8－A已达成了第50个授权协议，已经有27家公司正在或者即将开发64位ARM 芯片，其中来自大中华区的有8家，准备进军PC机、服务器、工作站甚至大型机领域。

在智能手机领域，联发科、海思集团都已经推出既能提供高性能、又能实现低功耗的ARM 64 位架构手机芯片，联想也表达了将采用ARM 架构推出服务器产品。

在大型机领域，最引人注目的是自上而下、力图高端通吃的飞腾公司。由中国国防科技大学高性能处理器研究团队建立的企业飞腾公司，推出了为大型机服务的ARM 64位架构64个核心的“火星”处理器。除“火星”处理器外，飞腾公司还推出了简化版的8核“地球”处理器，面向桌面PC、低功耗服务器等市场，它们都可以轻易运行安卓、Linux系统和市面上无数的应用软件，甚至可能兼容微软的Windows10。飞腾公司在ARM64＋的超级电脑应用领域已领先于有超级计算机之父美誉的Cray公司。

另外，2015 年9 月，ARM 公 司 与 中 科 创 达 公 司（Thundersoft）共同宣布，成立“安创空间科技有限公司”，目的正是要加速中国智能硬件开发与创新。通过充分利用ARM 公司在高低端ARM＋的生态系统优势，借助安创空间公司提供的一站式服务环境，为初创公司及OEM厂商提供所需的专业技术与工程支持，助力我国智能硬件创新应用迅速起飞。

在良好的服务环境推动下，高低端通吃的ARM＋生态系统，占据处理器芯片高地，我国IT 产业定会拥有崭新面貌。

［1］何立民.嵌入式系统的产业模式［J］，单片机与与嵌入式系统应用，2006（1）.

［2］何立民.嵌入式系统的知识平台与平台模式［J］.单片机与嵌入式系统应用，2008（9）.

［3］何立民.从资本经济到知识经济［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2012.

［4］何立民.知识学原理［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2010.