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【新技术研习社】2013年手机处理器终极指南(下)

未来之路:英特尔

历史告诉我们,一旦竞争双方之一陷入了停顿,就意味着另一方获得了绝佳的机会。对于2013到2014年的ARM而言,这个停顿尤其显得残酷,因为它们的竞争对手——英特尔,实在是太可怕了。英特尔不仅在半导体技术上拥有超过业界平均5年的领先优势,而且在高性能处理器设计上的经验也明显更加丰富。更可怕的是,这样的优势还在继续扩大。

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就在即将到来的2013年第三季度,英特尔将要发布全新一代基于Silvermont核心的Atom处理器,代号Baytrail。这是Atom发布6年以来英特尔第一次对Atom家族的核心架构进行大刀阔斧的改变,你甚至可以认为英特尔完全重新设计了一颗CPU,Silvermont和过去的ATOM根本没有什么联系。

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这枚新核心拥有全乱序的流水线、双路并发取指设计、5组指令队列(英特尔称之为RSV)、6个执行器,最关键的是,在实现了所有 Cortex A15拥有的技术特性的同时,Silvermont的存取,即Load/Store单元内部也实现了乱序执行,而ARM至今只在Cortex A15上实现了存取并发。这将会是一个巨大的性能提升。

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浮点与多媒体指令集方面,英特尔不出意外会在Baytrail上至少搭配SSE3,相比vFP与NEON而言,无疑要先进许多。至于工艺,则是所有ARM制造商梦寐以求的22nm HKMG,而且英特尔已经在这个工艺节点上实现了finfet(3D晶体管),地球上独此一家,再无分店。

GPU方面,英特尔会放弃PowerVR SGX系列,转而集成自行研发的GMA HD4000架构GPU。这也是一个能耗比相当高的GPU,可以在区区8W的功耗下实现超过40000分的3Dmark IceStorm图形性能,而且对于DX11拥有完整的支持。根据我们的猜测,在Baytrail产品上,英特尔会选择集成规模为GMA HD4000一半的GPU,即8EU。这样可以实现在低于Adreno 320功耗的前提下实现两倍于前者的DX9性能,以及超出所有其他嵌入式GPU的DX10/11支持。

以英特尔的规划而言,Baytrail将成为一个家族,包括面向低端PC的Baytrail-D,面向平板的Baytrail-M与面向手机的Baytrail-T,最多包含四核心,最高工作频率2.4GHz。根据英特尔的宣传,Silvermont的架构将能提供两倍于任何竞争对手的性能与四倍于竞争对手的能耗比表现,这无疑是非常恐怖的数字。

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那么具体的性能和功耗呢?目前为止,我们所能看到的资料是一张泄露出的Baytrail规格与功耗图。其中面向平板的四核2.0GHz Baytrail-M,最大热设计功耗只有7.5W。这个数字和Tegra 4等基于Cortex A15的SoC、基于高频Krait的骁龙800基本持平,而Baytrail-M的性能要大大强过它们。

面对手机的Baytrail-T由于工艺的不同与更低的频率,功耗将会更低,根据英特尔的规划,其最大热设计功耗将不超过3W。性能方面,根据目前唯一可比的测试结果,我们可以看到运行于区区1.1GHz的Baytrail芯片,Antutu测试的总分已经超过了43000分,相比之下频率高达1.9GHz,功耗高达8W的Cortex A15旗舰Tegra 4的得分也只是刚刚突破40000。虽然分数不能绝对说明一切,但是至少这也给了我们一个一窥Baytrail实力的机会,结果自然是震撼无比。

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可以看到,结合了英特尔设计技术与最先进制造工艺的Silvermont核心,非常轻松的就获得了数倍于Cortex A15的能耗比,这也就是说,如果不考虑其他因素,搭配了Silvermont核心Atom的智能手机,其体效值将远远高于搭配ARM Cortex A系列任何核心的产品。毫不夸张的说,在2014年ARM面临困难的时候,也许基于Silvermont核心的新Atom或许是那些还想继续提升实际性能的厂家的唯一选择。

但是放在英特尔面前的也不是唾手可得的市场。产品的强大从来不是决定市场的唯一因素,这点在Atom上表现的淋漓尽致。虽然Atom拥有着强大的性能,但是我们对于英特尔在未来一年半内的定位依然是“挑战者”而不是“颠覆者”。其原因主要有两方面,源自产品的与源自非产品的。

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从产品角度说,Atom与ARM基于两种不同的ISA设计,这会导致这两种处理器无法执行针对硬件所编译的同一底层代码。而在Android环境中,绝大部分的应用程序都包含了针对底层硬件平台所编译的NDK代码,这部分代码是无法在Atom上直接执行的。对此英特尔给出了虚拟转换的方案,即采用类似于模拟器的方式,实时的将ARM底层代码翻译成x86代码并执行。这样虽然解决了能否运行的问题,但是代价就是效率的极大降低,根据第三方测试,性能降低的幅度会高达70%以上,这足以抵消Silvermont相对于Cortex A系列提升的性能,导致配备Atom的Android设备实际性能不增反降。虽然英特尔一直在努力扩展自身在Android阵营的影响力,推出x86的Android系统分支与针对X86的NDK编译器,但是愿意在产品中附带x86底层库的应用程序依然极少,而这并不是一个短期内可以解决的问题。

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至于非产品方面的因素则源于英特尔的市场模式和地位。和X86不同,ARM阵营非常开放,任何公司都可以购买ARM IP,搭配其他的系统授权设计制造属于自己的SoC,但是英特尔不行。因此在芯片行业角度来看,x86代表着一个公司,而ARM代表着一个集体,三星、苹果、德州仪器、nVIDIA、高通等等等等,这些厂家已经组成了一个牢不可破的利益集团,英特尔仅仅依靠技术与性能很难将其击破。由于ARM阵营中,技术是分散在各个公司内部的,因此各个公司都可以根据自己的利益选择不同的产品设计,实现利益最大化,因此即便整体性能不如英特尔,也不影响盈利表现。但是一旦让英特尔在这个行业立足,甚至占据主导地位,由于英特尔封闭的授权模式与过于强大的技术实力,最终所有厂家都不得不向英特尔采购芯片——完整的芯片,无法根据自己意志进行组合与修改的芯片,只能从英特尔提供的有限种选择中挑一个最符合自己需求的。这样一来,手机市场将变成另一个PC市场,一个由英特尔完全控制并且占据大部分利益的市场。其他厂家由于无法具备等同于英特尔的技术实力,而无法拥有话语权,这样的市场格局自然是英特尔最为希望见到的,也显然是其他ARM阵营厂商所最为恐惧的。

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那么英特尔就没有机会了么?并非一定如此,因为随着ARM阵营开始追求最为顶尖的工艺,英特尔手中的工艺优势正变得越来越有重量,可以说在两三年前,英特尔想要打入手机市场几乎毫无胜算,但是目前却迎来了一个机会。英特尔所需要的是一个突破口,借助终端厂家对于性能的需求,以手中所向无敌的22nm工艺作为砝码,强迫厂商接受自己的产品,并迅速借助巨大的性能优势,在ARM无法给出同等级别产品的情况下,逼迫其他厂家不得不跟进。我们认为,最理想的突破口就是苹果。

事实上,这一轮硬件军备竞赛的始作俑者正是苹果公司,归根到底,iPhone超越同时代竞争对手的体验,其实是源于iPhone超越同时代竞争对手的硬件,尽管这个硬件也许不像Android阵营一样堆彻得那么明显。近年来,由于苹果已经丧失了硬件上的领先优势,因此我们可以看到iPhone曾经领先巨大的体验优势正在被Android阵营所蚕食。现在,哪怕是千元级的入门产品,其操作体验与流畅度方面都可以做到与iPhone的差距不超过常人的忍受范围。因此iPhone所剩下的优势更多是消费惯性、应用优势和习惯,这些东西相对来说都是不够稳固的。所以苹果需要更强大的硬件,超越同时代的硬件,去实现超越同时代的功能,也是其他竞争对手所无法提供的功能。因此英特尔的工艺就成了苹果最希望得到的东西。

但是英特尔绝不可能仅仅安于作为一个代工厂,每年帮苹果制造一亿颗芯片——它的目标最终是整个行业。因此英特尔有可能利用手中先进工艺作为筹码,直接或者渐近的强迫苹果放弃自己基于ARM核心的A系列芯片,转而接受Atom,最终以苹果作为突破点,切入手机行业。当然,苹果也明白一旦接受英特尔的要求,自己也就相当于被捆上了英特尔的战车——未来将变得无路可退。

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到目前为止,苹果还没有选择与英特尔合作,大多数安卓厂商也有类似的考虑。但是当时间一年一年过去,如果TSMC真的无法拿出有竞争力的工艺,任凭英特尔利用手头的22nm甚至未来的14nm工艺将其他同业者抛得越来越远,又有谁能保证所有厂家都能坚持住不被英特尔先进的工艺所诱惑,投入它的怀抱呢?要知道,只要作出这样的选择,立刻就可以拥有超越其他竞争对手数倍的每瓦特性能,而这样一个诱惑随着ARM阵营性能停滞时间的积累,只会越来越大。

当然,这些都是遥远的猜测,如果只看2013到2014年,那么我们认为,平板会是英特尔首先可能获得突破的平台。与手机不同,平板可以容忍稍高的功耗,因此英特尔在高性能处理器领域的设计领先优势会发挥出更大的作用,更重要的是,Atom是一枚x86处理器,兼容30年来所有针对PC所设计的应用(虽然不一定适合平板操作),而且Baytrail-M从最乐观的角度来看,可能拥有等同于Core 2 Duo时代处理器的性能,这也就意味着Baytrail-M可以满足几乎90%的日常PC应用需求,这远远不是当年上网本可以相提并论的。因此从这个角度而言,最早在2013年底,就可能出现10英寸、9毫米、600g、续航10小时、性能达到5年前高端笔记本水平的平板电脑,可以运行几乎所有的Windows程序。对于本身用途就相对匮乏的Android平板而言,这不会是一个好消息。而平板是ARM阵营试图将ARM处理器带入更高一级应用平台的跳板,在这个平台上遭遇如此强大的竞争对手,对于ARM而言也不会是一个好消息。

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