指令的强弱是衡量CPU性能的重要指标,从现阶段的主流体系结构看,指令集可分为复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)两部分,代表架构分别是X86、ARM和MIPS,其中CISC体系主要用于服务器、PC、网络设备等高性能处理器CPU,RISC体系多用于非X86阵营的高性能微处理器CPU。


ARM架构成为新兴霸主

随着全球芯片消费市场向移动化迁移的趋势愈加明显,ARM的领先优势不断增强并逐步成为新兴霸主。近几年来,ARM授权合作企业规模和芯片出货量持续高速增长,截至2014年第一季度,ARM授权企业规模达到1100家,单季度出货达到30亿颗,同比增长20%以上,在移动市场占比高达95%。当前智能手机、平板电脑芯片的大多数供应商,如高通、MTK、苹果、博通、三星、全志、瑞芯微等,均基于ARM技术构架开发相关产品。2014年第一季度,通信基带芯片市场规模达到47亿美元,同比增长2.5%,高通以66%的份额占据主导地位,MTK与展讯分别以15%和5%的份额紧随其后;应用处理芯片出货3.32亿片,同比增长25%,其中高通、苹果、MTK分别以53%、16%和13%的份额排名前三。


移动SoC(SoC玩出哪些新花样)整合优势已成为ARM阵营芯片厂商攻城略地的利器,所有不顺应发展趋势的芯片企业都将逐步被淘汰。移动SoC将组合芯片的整合度提升至一个新的水准,使其成为一款结合移动基频、应用处理器与无线连接等更多功能的单芯片,有效降低了移动智能终端的开发成本和周期,已成为主流的芯片产品开发方式。移动SoC设计是性能、功耗、稳定性、工艺等多方面的平衡,当前正持续向更高集成度演进,芯片封装调试难度也在不断加大。高通和MTK受益于在技术和应用上的成功“卡位”,及早实现了基带、处理器、RF、PMU的SoC高度集成和套片整合,占据了生态系统的制高点。2014年第三季度,高通、MTK分别占据全球移动SoC市场的42%和23%,其他移动芯片商除三星、苹果自给自足外,生存状况日益恶化。随着STE、博通等相继退出主控芯片的竞争,预计未来整个移动芯片市场竞争将进一步集中。

 

ARM借由低功耗优势快速切入新兴可穿戴市场,以多设备协同加速生态圈构建。ARM架构处理器因其低功耗优势不仅广泛根植于传统嵌入式应用领域,更是当下国际主流知名可穿戴产品的首选。在传统设备领域,ARM Cortex-M系列产品在全球有40多个合作伙伴,应用场景包括智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、大型家用电器、消费性产品和医疗器械等。在移动可穿戴领域,ARM依旧占据主导,目前主要应用场景包括智能眼镜、智能手表和智能腕带三类产品,且知名产品居多,如谷歌眼镜、Pebble智能手表、Fitbit等。此外,ARM还积极建设开源mbed物联网芯片开发平台,助力可穿戴与智能机、云端协同工作,突破数据存储、计算瓶颈。mbed提供免费开发工具和基础开源软硬件元件,帮助快速开发基于ARM架构的创新设备,同时将连接器、传感器、云端服务软件组件和开发工具加以整合,打造动态合作的生态系统。ARM还与Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等无线通信组织密切合作,确保mbed平台涵盖最新的无线通信技术。

 

ARM积极联合多方力量推动服务器定制化、个性化发展,发力云计算低功耗服务器芯片市场,但受限于效能、软件系统兼容、整体成本与完整解决方案等,短期内难以突围。英特尔由上至下进入低功耗服务器市场,先后推出Atom S1200系列数据中心SoC平台、Avoton平台,提供更高的能效比;ARM则由下至上进入,联合AMD、Marvell、高通等多家厂商研发ARM架构服务器芯片,其价格、功耗分别是英特尔的10%和50%。但受制于产业配套差距,Calxeda由先驱变成先烈,三星、英伟达相继放弃,高通则将战略重点转向整合手机、平板、PC、服务器、云端软件及各式创新技术的物联网芯片大市场。

MIPS架构抢占可穿戴市场

MIPS长期耕耘数字家庭产品市场,错失了移动互联网的发展先机。MIPS允许芯片商对架构进行自由更改,授权模式相较ARM更为开放灵活,但“学院派”基因使得MIPS商业化运作能力偏弱,从而错过了移动智能终端市场的爆发期。经历收购转型之后,MIPS凭借高端的proAptiv、多线程的interAptiv 和紧凑高效的microAptiv微处理器产品发力家庭娱乐、网络、移动和嵌入式应用市场。与ARMCortex-A、Cortex-R和Cortex-M系列展开直面交锋。但事实证明,MIPS凭借其新品来撬动ARM移动智能手机、平板电脑市场庞大的生态体系面临极大的挑战,如TCL等厂商推出的MIPS架构智能手机基本宣告失败。


MIPS占据智能手表发展先机,加速向健康医疗和健身设备拓展。Imagination作为Android Wear生态唯一的IP供应商,使得MIPS架构在智能手表领域占据了主动,随着更多芯片商的加盟,医疗健康和健身设备也将成为发力重点。目前,Imagination已将旗下MIPS、PowerVR、Ensigma


(RPU)等核心技术产品列入Android Wear生态,并联合产业界多方力量推出基于MIPS核心的参考设计方案及各种硬体平台,加速可穿戴产品上市。Newton平台作为典型代表已成功应用于智器和果壳智能手表,由于整合了温湿度、心电传感等器件,未来该平台将广泛应用于各类健康医疗、健身等产品设计。此外,Imagination还授权印度初创公司Ineda研发低功耗系统级芯片,提供行业领先功率和能源效率。Ineda使用PowerVR图像处理核心和MIPS主处理器架构研制可穿戴处理单元芯片,其Dhanush WPU系列包括4款针对不同产品市场的型号,芯片采用自主研发的“分层计算架构”,最低级别芯片针对的是手镯等简单的可穿戴设备,高端芯片针对的是Android平台的智能手表等设备,电池续航能力可达到30天以上。2014年4月,Ineda可穿戴芯片公司获高通三星1700万美元的投资,发展前景广阔。

 

X86架构面向新兴市场转型

英特尔是PC和企业级处理器市场的王者,当前正努力向移动智能终端市场延伸渗透。Intel在过去几十年里,一直主导高利润率的个人PC及企业市场处理器的生产制造,也正是丰厚的毛利率使得Intel持续付出高昂的代价研发下一代处理器技术和生产线制程,从而保持领先竞争对手至少一个代际的技术优势。

 

进入移动互联网时代,一片处理器仅售几美元,利润率微薄,英特尔“高研发、高毛利相互驱动”的商业模式无法维持,布局移动芯片缺乏核心利益驱动,导致低功耗、低单价的Atom处理器在技术工艺上始终比最先进的Core处理器落后一两代。此外,移动SoC市场公司之间的合作模式也不适合Intel,为了节省制造成本和降低功耗,移动SoC经常需要将多厂商IP块集成到一片上,这对英特尔架构授权模式提出严峻的挑战。而ARM设计和生产是分离的,设计的IP块可以单独授权给各厂商自行定制整合,制造采用比较成熟的生产线,成本低、可选厂家多。种种原因使得英特尔X86在移动芯片市场彻底失利,以至于近两年不得不通过加大资金补贴和技术支持力度来维系客户、拓展市场。从2013年至今,英特尔在移动芯片市场累计亏损近70亿美元,对大陆白牌X86平板补贴金额高达50美元/台,预计2014年英特尔在平板电脑芯片市场出货4000万片,占据20%的份额。

 

X86面向新兴市场改变业务模式,支持个性化设计和第三方集成。夸克处理器主要面向智能手表、智能家居等小型可穿戴和智能物联设备,其尺寸、功耗分别是凌动的五分之一和十分之一,该产品使英特尔的触角得以延伸,进入物联网、可穿戴等细分市场。此外,英特尔还推出了Edison平台,基于高集成度全功能设计降低开发难度,配备双核Quark SOC芯片,并集成闪存、蓝牙模块、WiFi模块,支持各种可扩展的I/O。商业模式方面,夸克也逐步实施开放战略,通过个性化设计和定制化服务满足电子产品差异化发展。首先是设计从被动选择到自主合成,以凌动处理器为例,只能使用选定的图形处理单元和片上系统元件,增加额外功能则需增加单独的芯片;而夸克芯片则允许客户集成自己的功能模块,如整机和系统商可在芯片中增加加强通信方面的指令模块等。其次是制造从垂直集成到第三方代工,夸克选用32nm成熟工艺设计,打破以往的设计制造一体化模式,允许客户自主选择第三方代工。