围猎X86PC处理器

　　过去20年时间，PC CPU市场一直被X86架构主导，英特尔长期占据着这个市场一半以上的份额。
　　不过近几年来，英特尔在PC处理器市场的王者地位日渐动摇，导致其领先优势被削弱。
　　当前基于X86设计CPU的只有两家：英特尔和AMD。其实在80386之前，也曾有十几家厂商生产X86 CPU，但随着后面英特尔的打压、授权的失效、以及性能的不断升级，其他厂商都消失在了历史的长河里，只有AMD通过自行研发的AMD64存活了下来，并和英特尔交叉授权兼容AMD X86-64，开创了X86的64位时代。
　　首先挑战英特尔的就是同为X86阵营的AMD，AMD依靠2016年推出的Zen架构大幅提升了芯片性能，加上台积电先进工艺的助力，AMD的PC处理器性能已迅速赶上英特尔，甚至实现了超越，推动AMD近几年来在PC处理器市场的份额不断高涨。
　　2012-2022年全球英特尔和AMD X86计算机处理器市场份额（图源：statista）
　　能看到，在X86 处理器中，英特尔还是占据着主导优势，但近几年AMD追赶幅度过于凶猛，隐隐有着和英特尔并驾齐驱之势。
　　PC市场寒意袭来
　　CIC灼识咨询指出，目前下游市场低迷限制了上游厂商的出货及业绩，CPU、显卡等PC硬件均受到来自下游的需求限制，升级替换需求滞缓使得上游厂商一并出现库存积压问题，与AMD同处PC上游赛道的英特尔、英伟达等其他芯片制造商均受到不同程度的冲击。
　　另一方面，PC相关部件替换周期逐渐延长也进一步紧缩了上游市场出货规模空间，供应链调整使处理器出货量减少，PC上游厂商正在承受较高的库存成本。
　　短期来看，PC需求下滑之势难以缓解。Gartner报告显示，2022年第三季度，全球PC市场出货6800万台，同比下降19.5%。这是Gartner自1990年代中期开始追踪PC市场以来，录得的最大降幅，也是PC市场连续第四个季度同比衰退。
　　PC市场的萎靡不振，迅速反映到了供应链端。 作为PC市场X86处理器双雄的英特尔、AMD无疑均已感受到传导的寒意。
　　11月2日，AMD披露2022年三季报，尽管在其他业务带动下，该公司营收逆势增长近三成，但PC处理器业务部门收入骤降40%，拖累整个公司净利润同比暴跌93%。主要原因是PC市场疲软，以及整个PC供应链降低库存，导致处理器出货量减少。
　　PC市场下行，AMD的＂老对头＂英特尔也难以幸免。今年三季度，英特尔营收同比下滑20%，净利润下降85%。
　　英特尔CEO基辛格坦言，面对难以预料的宏观经济和困难的市场预期，短期内几乎看不到任何好消息。为应对市场低迷，英特尔抛出了包括裁员和减产在内的降低成本计划，并预计明年削减成本30亿美元，未来三年降本最多达100亿美元。
　　Canalys报告指出，不利的宏观经济和行业因素，削弱了个人电脑市场的势头，并可能持续到2023年。
　　图源：Canalys
　　面对主力市场的下行，英特尔和AMD遭受了明面上的＂冲击波＂，但或许其他隐忧比应对PC市场的下行更为棘手。
　　因为AMD与英特尔之争，尚且还属于X86阵营之争。而Arm和RISC-V架构在PC处理器领域的试探，或许才是X86面临的真正挑战。
　　Arm阵营发起冲击
　　二十多年前，微软的Windows操作系统和英特尔的X86芯片，＂双雄合并＂横扫整片电脑市场，直到他们遇上了苹果公司。
　　苹果的异军突起，让这个曾经牢不可破的W英特尔阵营出现了裂缝，＂macOS+ X86＂的出现使得＂Windows+ X86＂不再是唯一的选择。而到了2020年，M1芯片的发布将Arm架构也拉入了这场战局，X86迎来了新的竞争对手。
　　苹果＂异军突起＂
　　2020年11月，随着苹果首款基于Arm架构的自研处理器M1问世，一石激起千层浪。
　　Arm架构芯片在PC端的应用，成为了芯片产业，尤其是通用CPU芯片产业关注的焦点。
　　在M1芯片发布之后的各种测评中，用户看到了令人期待的结果：M1芯片跑分比肩高端X86处理器，性能方面已与11代酷睿i7接近，打破了Arm架构的低功耗低性能的桎梏，M系处理器在性能接近X86处理器的同时却依然保持了低功耗，功耗大约只有英特尔处理器的一半，由此搭载M系处理器的Mac可以设计得更轻薄，续航力也更强。
　　这是Arm架构处理器首次在性能方面追近英特尔，搭载M系处理器的Mac大受市场欢迎。
　　M1芯片的腾空出世不仅意味着苹果与英特尔 长达15年的＂恋爱长跑＂以＂分手＂告终，也让大家看到了Arm架构在PC端的巨大潜力。
　　在2022年苹果WWDC上，苹果M2芯片登场。据介绍，M2芯片采用新一代5nm工艺，相比上一代M1芯片拥有18%的CPU性能提升，以及35%的GPU性能提升。
　　对比10核心X86笔记本处理器，同等功耗下(15W)性能领先90%，而同样性能下，M2的功耗是对方的四分之一。对比12核心笔记本处理器，25%的功耗即可带来87%的性能。
　　M2芯片估计还会走M1的老路，后续会有M2 Pro、M2 Max、M2 Ultra等等芯片出来，然后再更换在自己的Mac系列产品上，实现全系升级。
　　由于小芯片(chiplet)设计趋于成熟及台积电先进封装技术推进顺利，市场传出苹果可能会在明年推出将2颗M2 Max整合的M2 Extreme处理器，搭载48核CPU及152核GPU。业者指出，苹果M2 Pro/Max/Extreme等系列处理器均采用台积电3纳米制程量产，且若M2 Extreme消息属实，明年苹果PC处理器效能将可追上英特尔脚步，成为Arm架构处理器市场霸主。
　　据爆料，苹果正在开发面对专业市场的大屏幕iMac机型，并且将搭载M3系列芯片，可能是M3 Pro或M3 Max。这些产品搭载的M3系列芯片预计将基于台积电的3nm技术制造，对比采用5nm工艺的M1和M2芯片，将在性能、功耗以及兼容性方面全面提升。
　　自从M系列芯片诞生以来，苹果打破了用户对于Arm芯片性能的认知，甚至重构了自己的所有业务线，以全力支持M系列芯片的上市。
　　苹果对Arm的影响有多大，在兼容Arm的M1 Mac开售之前，2020年第三季度Arm在PC芯片中的市场份额仅为2%。一年多后，根据Mercury Research的2022第一季度数据，对Arm PC客户端份额的估计为11.3%，几乎比一年前的5.9%翻了一番。
　　随着苹果 Mac产品线全面投奔Arm架构芯片，曾经只占个人电脑芯片市场很小部分的Arm芯片市场份额迅速增长。
　　星星之火，逐渐燎原。
　　高通前来＂搅局＂
　　苹果M系处理器的成功，鼓舞了移动芯片市场的芯片企业，特别是高通公司。
　　其实，在基于Arm架构的笔记本芯片领域，高通比苹果更有经验。此前，高通分别于2018和2020年推出了一代和二代PC端骁龙8CX处理器，至今已经发展了3代。但遗憾的是，这些处理器都没有掀起太大的水花。
　　尽管已经做了数年的尝试，但高通对Windows on Arm依然看好，且不遗余力的发展。
　　近日，高通CEO安蒙在财报分析会上表示，预计2024年，搭载骁龙芯片的Windows PC将在市场上迎来拐点。
　　这一前瞻的立足点在于，微软正在做很多优化工作，改善Arm WinPC的使用体验，同时更多OEM厂商愿意采购骁龙芯片。
　　当然，更重要的是，在收购Nuvia后，高通将效仿苹果M系列芯片，完全推倒Arm公版架构，从头研制一款高性能的PC处理器，甚至要叫板英特尔和AMD。
　　据悉，这款CPU基于Nuvia Phoenix为原型开发，代号Hamoa，采用8颗大核+4颗小核大小核的异构形态。内存和缓存的设计和苹果M1类似，同时支持独立显卡，性能可期。
　　据了解，Nuvia的Phoenix原型产品仅在2020年8月的时候低调秀过肌肉，当时在GeekBench 5中，单核远超骁龙865、苹果A12X和苹果A13，功耗不足4.5瓦。
　　值得一提的是，Nuvia公司的主要创办人Gerard Williams III曾领导了苹果A7（Cyclone核心）到A14（Firestorm核心）芯片的开发，早年在Arm公司还参与了Cortex-A8/A15的定义。
　　高通表示新一代处理器旨在为Windows PC设定性能基准，除了要和苹果的M系列处理器竞争之外，还要在持久的性能和更低的功耗方面达到行业领先水平。同时，高通将大力发展Adreno GPU，目标是为其未来的PC产品提供桌面级游戏功能。
　　高通希望这款处理器达到的就是类似苹果M系芯片对于PC市场的＂搅局＂效果。
　　行业知名分析师郭明錤指出，在呛声挑战苹果或者X86处理器之前，高通要想想如何说服PC品牌采用该处理器，而非过往习惯的X86架构处理器。
　　小结
　　X86架构的强大并不在于它本身，而在于围绕着它所建立起来的各种各样基于X86指令架构的程序。然而，随着电脑产业的发展，为了换取更高的性能，X86上集成的指令集数量越来越多，给硬件带来的负荷也就越来越大，无形中增加了功耗和设计难度。
　　相较于X86，Arm则大幅简化架构，仅保留所需要的指令，可以让整个处理器更为简化，拥有小体积、高效能的特性。
　　早期行业厂商一系列失败的尝试让人们认为将Arm 芯片用作 PC 平台是不切实际的想法，但显然如今的情势发生了巨大的扭转。
　　一方面，苹果基于Arm的处理器技术展示了不输给英特尔 X86 芯片的出色性能。
　　另一方面，曾经在Windows on Arm摔了个大跟头的微软、高通以及国内厂商也开始奋起直追。
　　微软不仅推出了Windows11 Arm，为Arm带来了64位应用程序仿真，还在2020年传出将自研基于 Arm 的处理器，并于去年10月，微软Surface部门发布了一份SoC架构师的招聘，这意味着微软或将开始着手为Surface设备开发自己的PC芯片。
　　而Arm自身在2021年3月也发布了全新Armv9指令集，算力更强，不再只局限于移动市场，还将发力PC、HPC高性能计算、深度学习等新市场。
　　此外，三星，联发科，大陆的飞腾、瑞芯微，以及此芯科技等初创企业此芯也在觊觎这个市场。
　　三星在2020年就有消息称正在研发的Exynos 1000处理器，可能也会用于Windows PC。据Sammobile前不久报道，三星正在开发下一代旗舰处理器Exynos 2300，这颗芯片型号为S5E9935，代号为Quadra＂，不知是否未来是否会出现在其他笔电上。
　　联发科则是在去年11月的Executive峰会上直接表明了进军Windows on Arm平台的决心，不过由于该计划目前仍处于早期阶段，何时投入商用还未知。
　　大陆方面，飞腾主要做Arm架构服务器和桌面CPU；瑞芯微去年底新发布了旗舰芯RK3588的Arm PC整体解决方案;此芯科技主要致力于开发兼容Arm通用智能计算体系，提供芯片产品和通用计算一站式解决方案，据悉，其芯片产品已经进入工程设计阶段，产品定义、IP选型工作已经基本结束，计划明年实现第一个产品流片，后面就可以看到产品上市。
　　总的来说，未来Arm架构在PC芯片领域的实力不容小觑。 在苹果、高通等一众老将的拥趸下，Arm架构阵营在逐步蚕食X86架构的传统领地。
　　与此同时，Arm架构亦在服务器市场不断成长。集邦咨询调查显示，预估至2025年Arm架构服务器渗透率达22%，云端数据中心将率先采用。
　　可以说，X86架构一直在承压。
　　RISC-V后起之秀
　　Arm架构正在搅动PC CPU市场竞争格局发生变化。
　　与此同时，开源RSC-V的兴起，又给CPU市场的竞争带来了更多的不确定性。
　　从发展现状来看，RISC-V CPU已经在对生态要求不高的IoT市场取得成功，接下来，RISC-V还将进军更高性能的移动、PC和服务器CPU市场，加入到X86和Arm的竞争当中。
　　在PC领域，阿里平头哥和赛昉科技都是RISC-V架构的重要推动者，它们早早介入RISC-V架构，经过数年的发展，基于RISC-V架构开发出性能卓越的PC处理器，将RISC-V处理器的性能提高到足以满足PC需求的地步，同时它们也做好了与Linux、Windows和国产统信UOS系统的适配，可以帮助PC厂商降低推出PC的难度，将推动国产PC处理器进一步加速发展。
　　近日，全球首款基于RISC-V处理器的笔记本电脑 ROMA发售。ROMA电脑的CPU采用的是阿里平头哥自研的RISC-V CPU TH1520（曳影1520），采用4个玄铁C910内核，主频高达2.5GHz。
　　TH1520基于阿里巴巴2022年8月发布的无剑600芯片设计平台，能够在阿里巴巴2020年推出的基于Linux的OpenAnolis开源操作系统上运行火狐浏览器、LibreOffice办公套件等各类桌面级应用。
　　这台电脑的发布让我们认识到，RISC-V进一步体现出了在PC领域取代X86、Arm的潜力和可能性。
　　近日，本土RISC-V厂商赛昉科技推出了RISC-V架构的PC处理器，并推出了单板计算机。赛昉科技始终聚焦于高性能RISC-V芯片研发，成立至今已相继推出全球性能最高的RISC-V CPU Core IP——昉·天枢、全球首款量产的高性能RISC-V多媒体处理器——昉·惊鸿7110、全球性能最高的量产RISC-V单板计算机昉·星光 2，实现了从RISC-V内核、处理器芯片到软件生态的全栈组合， 有力撕下RISC-V即低端的标签，开启RISC-V高性能处理器的应用落地。
　　平头哥和赛昉科技等厂商的努力，意味着RISC-V芯片正加速进军PC处理器市场。
　　综合来看，无论是IoT市场的规模化应用，还是向PC和服务器等高性能领域发展的未来潜力，RISC-V这个新兴架构正吸引着全球众多参与者躬身其中。当前，国内外各大科技公司正在大力布局RISC-V架构，通过这款开源、精简的架构平台，设计出所需的芯片产品，或者通过RISC-V延伸出其它的生态系统。不管是软件还是硬件，RISC-V的适配能力正逐步扩大。
　　写在最后
　　从AMD CPU性能迅速接近英特尔，以及苹果M系列处理器的崛起和RISC-V芯片的推出，可以看到优秀的CPU微架构，以及微架构的精细优化能够带来的性能飞跃。
　　实际上，学术界早有定论，指令集对性能和功耗没有直接影响。龙芯总裁胡伟武此前也表示：＂其实指令系统更多关系到的是软件生态，比如X86支撑Windows生态、Arm支撑Android生态。＂
　　之所以会有X86 CPU性能更高，Arm CPU功耗更有优势的认知，主要还是两者此前目标的不同。X86把资源都用去提升性能，芯片性能高，功耗也高，但英特尔也有低功耗的芯片Atom；Arm原来的目标是做低功耗处理器，现在也有许多高性能的Arm服务器CPU，性能高了，功耗也相应的提升。
　　也就是说，无论是Arm架构还是RISC-V设计出性能比X86高端CPU更好的产品，指令集并非挑战，核心在于设计目标。要是在一定边界内做取舍，包括缓存的策略、替换算法、分支策略等等，可以通过精细化调整来优化CPU的优势。
　　当前，X86、Arm、RISC-V在嵌入式、桌面、高性能CPU市场的混战已经开启，谁好谁坏，无法做出比较，因为每款处理器架构都有着各自的优点和缺点。
　　但不可否认的是，X86已经不再是唯一选择，在苹果、高通、微软、阿里平头哥等大厂的发力下，Arm和RISC-V或将成为PC芯片领域不可忽视的存在。