圍獵X86 PC處理器

過去20年時(shí)間，PC CPU市場一直被X86架構(gòu)主導(dǎo)，英特爾長期占據(jù)著這個(gè)市場一半以上的份額。

不過近幾年來，英特爾在PC處理器市場的王者地位日漸動(dòng)搖，導(dǎo)致其領(lǐng)先優(yōu)勢被削弱。

當(dāng)前基于X86設(shè)計(jì)CPU的只有兩家：英特爾和AMD。其實(shí)在80386之前，也曾有十幾家廠商生產(chǎn)X86 CPU，但隨著后面英特爾的打壓、授權(quán)的失效、以及性能的不斷升級，其他廠商都消失在了歷史的長河里，只有AMD通過自行研發(fā)的AMD64存活了下來，并和英特爾交叉授權(quán)兼容AMD X86-64，開創(chuàng)了X86的64位時(shí)代。

首先挑戰(zhàn)英特爾的就是同為X86陣營的AMD，AMD依靠2016年推出的Zen架構(gòu)大幅提升了芯片性能，加上臺積電先進(jìn)工藝的助力，AMD的PC處理器性能已迅速趕上英特爾，甚至實(shí)現(xiàn)了超越，推動(dòng)AMD近幾年來在PC處理器市場的份額不斷高漲。

2012-2022年全球英特爾和AMD X86計(jì)算機(jī)處理器市場份額（圖源：statista）

能看到，在X86 處理器中，英特爾還是占據(jù)著主導(dǎo)優(yōu)勢，但近幾年AMD追趕幅度過于兇猛，隱隱有著和英特爾并駕齊驅(qū)之勢。

PC市場寒意襲來

CIC灼識咨詢指出，目前下游市場低迷限制了上游廠商的出貨及業(yè)績，CPU、顯卡等PC硬件均受到來自下游的需求限制，升級替換需求滯緩使得上游廠商一并出現(xiàn)庫存積壓問題，與AMD同處PC上游賽道的英特爾、英偉達(dá)等其他芯片制造商均受到不同程度的沖擊。

另一方面，PC相關(guān)部件替換周期逐漸延長也進(jìn)一步緊縮了上游市場出貨規(guī)?？臻g，供應(yīng)鏈調(diào)整使處理器出貨量減少，PC上游廠商正在承受較高的庫存成本。

短期來看，PC需求下滑之勢難以緩解。Gartner報(bào)告顯示，2022年第三季度，全球PC市場出貨6800萬臺，同比下降19.5%。這是Gartner自1990年代中期開始追蹤PC市場以來，錄得的最大降幅，也是PC市場連續(xù)第四個(gè)季度同比衰退。

PC市場的萎靡不振，迅速反映到了供應(yīng)鏈端。作為PC市場X86處理器雙雄的英特爾、AMD無疑均已感受到傳導(dǎo)的寒意。

11月2日，AMD披露2022年三季報(bào)，盡管在其他業(yè)務(wù)帶動(dòng)下，該公司營收逆勢增長近三成，但PC處理器業(yè)務(wù)部門收入驟降40%，拖累整個(gè)公司凈利潤同比暴跌93%。主要原因是PC市場疲軟，以及整個(gè)PC供應(yīng)鏈降低庫存，導(dǎo)致處理器出貨量減少。

PC市場下行，AMD的“老對頭”英特爾也難以幸免。今年三季度，英特爾營收同比下滑20%，凈利潤下降85%。

英特爾CEO基辛格坦言，面對難以預(yù)料的宏觀經(jīng)濟(jì)和困難的市場預(yù)期，短期內(nèi)幾乎看不到任何好消息。為應(yīng)對市場低迷，英特爾拋出了包括裁員和減產(chǎn)在內(nèi)的降低成本計(jì)劃，并預(yù)計(jì)明年削減成本30億美元，未來三年降本最多達(dá)100億美元。

Canalys報(bào)告指出，不利的宏觀經(jīng)濟(jì)和行業(yè)因素，削弱了個(gè)人電腦市場的勢頭，并可能持續(xù)到2023年。

圖源：Canalys

面對主力市場的下行，英特爾和AMD遭受了明面上的“沖擊波”，但或許其他隱憂比應(yīng)對PC市場的下行更為棘手。

因?yàn)锳MD與英特爾之爭，尚且還屬于X86陣營之爭。而Arm和RISC-V架構(gòu)在PC處理器領(lǐng)域的試探，或許才是X86面臨的真正挑戰(zhàn)。

Arm陣營發(fā)起沖擊

二十多年前，微軟的Windows操作系統(tǒng)和英特爾的X86芯片，“雙雄合并”橫掃整片電腦市場，直到他們遇上了蘋果公司。

蘋果的異軍突起，讓這個(gè)曾經(jīng)牢不可破的W英特爾陣營出現(xiàn)了裂縫，“macOS+ X86”的出現(xiàn)使得“Windows+ X86”不再是唯一的選擇。而到了2020年，M1芯片的發(fā)布將Arm架構(gòu)也拉入了這場戰(zhàn)局，X86迎來了新的競爭對手。

蘋果“異軍突起”

2020年11月，隨著蘋果首款基于Arm架構(gòu)的自研處理器M1問世，一石激起千層浪。

Arm架構(gòu)芯片在PC端的應(yīng)用，成為了芯片產(chǎn)業(yè)，尤其是通用CPU芯片產(chǎn)業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

在M1芯片發(fā)布之后的各種測評中，用戶看到了令人期待的結(jié)果：M1芯片跑分比肩高端X86處理器，性能方面已與11代酷睿i7接近，打破了Arm架構(gòu)的低功耗低性能的桎梏，M系處理器在性能接近X86處理器的同時(shí)卻依然保持了低功耗，功耗大約只有英特爾處理器的一半，由此搭載M系處理器的Mac可以設(shè)計(jì)得更輕薄，續(xù)航力也更強(qiáng)。

這是Arm架構(gòu)處理器首次在性能方面追近英特爾，搭載M系處理器的Mac大受市場歡迎。

M1芯片的騰空出世不僅意味著蘋果與英特爾 長達(dá)15年的“戀愛長跑”以“分手”告終，也讓大家看到了Arm架構(gòu)在PC端的巨大潛力。

在2022年蘋果WWDC上，蘋果M2芯片登場。據(jù)介紹，M2芯片采用新一代5nm工藝，相比上一代M1芯片擁有18%的CPU性能提升，以及35%的GPU性能提升。

對比10核心X86筆記本處理器，同等功耗下(15W)性能領(lǐng)先90%，而同樣性能下，M2的功耗是對方的四分之一。對比12核心筆記本處理器，25%的功耗即可帶來87%的性能。

M2芯片估計(jì)還會(huì)走M(jìn)1的老路，后續(xù)會(huì)有M2 Pro、M2 Max、M2 Ultra等等芯片出來，然后再更換在自己的Mac系列產(chǎn)品上，實(shí)現(xiàn)全系升級。

由于小芯片(chiplet)設(shè)計(jì)趨于成熟及臺積電先進(jìn)封裝技術(shù)推進(jìn)順利，市場傳出蘋果可能會(huì)在明年推出將2顆M2?Max整合的M2?Extreme處理器，搭載48核CPU及152核GPU。業(yè)者指出，蘋果M2?Pro/Max/Extreme等系列處理器均采用臺積電3納米制程量產(chǎn)，且若M2?Extreme消息屬實(shí)，明年蘋果PC處理器效能將可追上英特爾腳步，成為Arm架構(gòu)處理器市場霸主。

據(jù)爆料，蘋果正在開發(fā)面對專業(yè)市場的大屏幕iMac機(jī)型，并且將搭載M3系列芯片，可能是M3 Pro或M3 Max。這些產(chǎn)品搭載的M3系列芯片預(yù)計(jì)將基于臺積電的3nm技術(shù)制造，對比采用5nm工藝的M1和M2芯片，將在性能、功耗以及兼容性方面全面提升。

自從M系列芯片誕生以來，蘋果打破了用戶對于Arm芯片性能的認(rèn)知，甚至重構(gòu)了自己的所有業(yè)務(wù)線，以全力支持M系列芯片的上市。

蘋果對Arm的影響有多大，在兼容Arm的M1 Mac開售之前，2020年第三季度Arm在PC芯片中的市場份額僅為2%。一年多后，根據(jù)Mercury Research的2022第一季度數(shù)據(jù)，對Arm PC客戶端份額的估計(jì)為11.3%，幾乎比一年前的5.9%翻了一番。

隨著蘋果 Mac產(chǎn)品線全面投奔Arm架構(gòu)芯片，曾經(jīng)只占個(gè)人電腦芯片市場很小部分的Arm芯片市場份額迅速增長。

星星之火，逐漸燎原。

高通前來“攪局”

蘋果M系處理器的成功，鼓舞了移動(dòng)芯片市場的芯片企業(yè)，特別是高通公司。

其實(shí)，在基于Arm架構(gòu)的筆記本芯片領(lǐng)域，高通比蘋果更有經(jīng)驗(yàn)。此前，高通分別于2018和2020年推出了一代和二代PC端驍龍8CX處理器，至今已經(jīng)發(fā)展了3代。但遺憾的是，這些處理器都沒有掀起太大的水花。

盡管已經(jīng)做了數(shù)年的嘗試，但高通對Windows on Arm依然看好，且不遺余力的發(fā)展。

近日，高通CEO安蒙在財(cái)報(bào)分析會(huì)上表示，預(yù)計(jì)2024年，搭載驍龍芯片的Windows PC將在市場上迎來拐點(diǎn)。

這一前瞻的立足點(diǎn)在于，微軟正在做很多優(yōu)化工作，改善Arm WinPC的使用體驗(yàn)，同時(shí)更多OEM廠商愿意采購驍龍芯片。

當(dāng)然，更重要的是，在收購Nuvia后，高通將效仿蘋果M系列芯片，完全推倒Arm公版架構(gòu)，從頭研制一款高性能的PC處理器，甚至要叫板英特爾和AMD。

據(jù)悉，這款CPU基于Nuvia Phoenix為原型開發(fā)，代號Hamoa，采用8顆大核+4顆小核大小核的異構(gòu)形態(tài)。內(nèi)存和緩存的設(shè)計(jì)和蘋果M1類似，同時(shí)支持獨(dú)立顯卡，性能可期。

據(jù)了解，Nuvia的Phoenix原型產(chǎn)品僅在2020年8月的時(shí)候低調(diào)秀過肌肉，當(dāng)時(shí)在GeekBench 5中，單核遠(yuǎn)超驍龍865、蘋果A12X和蘋果A13，功耗不足4.5瓦。

值得一提的是，Nuvia公司的主要?jiǎng)?chuàng)辦人Gerard Williams III曾領(lǐng)導(dǎo)了蘋果A7（Cyclone核心）到A14（Firestorm核心）芯片的開發(fā)，早年在Arm公司還參與了Cortex-A8/A15的定義。

高通表示新一代處理器旨在為Windows PC設(shè)定性能基準(zhǔn)，除了要和蘋果的M系列處理器競爭之外，還要在持久的性能和更低的功耗方面達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。同時(shí)，高通將大力發(fā)展Adreno GPU，目標(biāo)是為其未來的PC產(chǎn)品提供桌面級游戲功能。

高通希望這款處理器達(dá)到的就是類似蘋果M系芯片對于PC市場的“攪局”效果。

行業(yè)知名分析師郭明錤指出，在嗆聲挑戰(zhàn)蘋果或者X86處理器之前，高通要想想如何說服PC品牌采用該處理器，而非過往習(xí)慣的X86架構(gòu)處理器。

小結(jié)

X86架構(gòu)的強(qiáng)大并不在于它本身，而在于圍繞著它所建立起來的各種各樣基于X86指令架構(gòu)的程序。然而，隨著電腦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為了換取更高的性能，X86上集成的指令集數(shù)量越來越多，給硬件帶來的負(fù)荷也就越來越大，無形中增加了功耗和設(shè)計(jì)難度。

相較于X86，Arm則大幅簡化架構(gòu)，僅保留所需要的指令，可以讓整個(gè)處理器更為簡化，擁有小體積、高效能的特性。

早期行業(yè)廠商一系列失敗的嘗試讓人們認(rèn)為將Arm 芯片用作 PC 平臺是不切實(shí)際的想法，但顯然如今的情勢發(fā)生了巨大的扭轉(zhuǎn)。

一方面，蘋果基于Arm的處理器技術(shù)展示了不輸給英特爾 X86 芯片的出色性能。

另一方面，曾經(jīng)在Windows on Arm摔了個(gè)大跟頭的微軟、高通以及國內(nèi)廠商也開始奮起直追。

微軟不僅推出了Windows11 Arm，為Arm帶來了64位應(yīng)用程序仿真，還在2020年傳出將自研基于 Arm 的處理器，并于去年10月，微軟Surface部門發(fā)布了一份SoC架構(gòu)師的招聘，這意味著微軟或?qū)㈤_始著手為Surface設(shè)備開發(fā)自己的PC芯片。

而Arm自身在2021年3月也發(fā)布了全新Armv9指令集，算力更強(qiáng)，不再只局限于移動(dòng)市場，還將發(fā)力PC、HPC高性能計(jì)算、深度學(xué)習(xí)等新市場。

此外，三星，聯(lián)發(fā)科，大陸的飛騰、瑞芯微，以及此芯科技等初創(chuàng)企業(yè)此芯也在覬覦這個(gè)市場。

三星在2020年就有消息稱正在研發(fā)的Exynos 1000處理器，可能也會(huì)用于Windows PC。據(jù)Sammobile前不久報(bào)道，三星正在開發(fā)下一代旗艦處理器Exynos 2300，這顆芯片型號為S5E9935，代號為Quadra”，不知是否未來是否會(huì)出現(xiàn)在其他筆電上。

聯(lián)發(fā)科則是在去年11月的Executive峰會(huì)上直接表明了進(jìn)軍Windows on Arm平臺的決心，不過由于該計(jì)劃目前仍處于早期階段，何時(shí)投入商用還未知。

大陸方面，飛騰主要做Arm架構(gòu)服務(wù)器和桌面CPU；瑞芯微去年底新發(fā)布了旗艦芯RK3588的Arm PC整體解決方案;此芯科技主要致力于開發(fā)兼容Arm通用智能計(jì)算體系，提供芯片產(chǎn)品和通用計(jì)算一站式解決方案，據(jù)悉，其芯片產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入工程設(shè)計(jì)階段，產(chǎn)品定義、IP選型工作已經(jīng)基本結(jié)束，計(jì)劃明年實(shí)現(xiàn)第一個(gè)產(chǎn)品流片，后面就可以看到產(chǎn)品上市。

總的來說，未來Arm架構(gòu)在PC芯片領(lǐng)域的實(shí)力不容小覷。在蘋果、高通等一眾老將的擁躉下，Arm架構(gòu)陣營在逐步蠶食X86架構(gòu)的傳統(tǒng)領(lǐng)地。

與此同時(shí)，Arm架構(gòu)亦在服務(wù)器市場不斷成長。集邦咨詢調(diào)查顯示，預(yù)估至2025年Arm架構(gòu)服務(wù)器滲透率達(dá)22%，云端數(shù)據(jù)中心將率先采用。

可以說，X86架構(gòu)一直在承壓。

RISC-V后起之秀

Arm架構(gòu)正在攪動(dòng)PC CPU市場競爭格局發(fā)生變化。

與此同時(shí)，開源RSC-V的興起，又給CPU市場的競爭帶來了更多的不確定性。

從發(fā)展現(xiàn)狀來看，RISC-V CPU已經(jīng)在對生態(tài)要求不高的IoT市場取得成功，接下來，RISC-V還將進(jìn)軍更高性能的移動(dòng)、PC和服務(wù)器CPU市場，加入到X86和Arm的競爭當(dāng)中。

在PC領(lǐng)域，阿里平頭哥和賽昉科技都是RISC-V架構(gòu)的重要推動(dòng)者，它們早早介入RISC-V架構(gòu)，經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，基于RISC-V架構(gòu)開發(fā)出性能卓越的PC處理器，將RISC-V處理器的性能提高到足以滿足PC需求的地步，同時(shí)它們也做好了與Linux、Windows和國產(chǎn)統(tǒng)信UOS系統(tǒng)的適配，可以幫助PC廠商降低推出PC的難度，將推動(dòng)國產(chǎn)PC處理器進(jìn)一步加速發(fā)展。

近日，全球首款基于RISC-V處理器的筆記本電腦 ROMA發(fā)售。ROMA電腦的CPU采用的是阿里平頭哥自研的RISC-V CPU TH1520（曳影1520），采用4個(gè)玄鐵C910內(nèi)核，主頻高達(dá)2.5GHz。

TH1520基于阿里巴巴2022年8月發(fā)布的無劍600芯片設(shè)計(jì)平臺，能夠在阿里巴巴2020年推出的基于Linux的OpenAnolis開源操作系統(tǒng)上運(yùn)行火狐瀏覽器、LibreOffice辦公套件等各類桌面級應(yīng)用。

這臺電腦的發(fā)布讓我們認(rèn)識到，RISC-V進(jìn)一步體現(xiàn)出了在PC領(lǐng)域取代X86、Arm的潛力和可能性。

近日，本土RISC-V廠商賽昉科技推出了RISC-V架構(gòu)的PC處理器，并推出了單板計(jì)算機(jī)。賽昉科技始終聚焦于高性能RISC-V芯片研發(fā)，成立至今已相繼推出全球性能最高的RISC-V CPU Core IP——昉·天樞、全球首款量產(chǎn)的高性能RISC-V多媒體處理器——昉·驚鴻7110、全球性能最高的量產(chǎn)RISC-V單板計(jì)算機(jī)昉·星光 2，實(shí)現(xiàn)了從RISC-V內(nèi)核、處理器芯片到軟件生態(tài)的全棧組合，有力撕下RISC-V即低端的標(biāo)簽，開啟RISC-V高性能處理器的應(yīng)用落地。

平頭哥和賽昉科技等廠商的努力，意味著RISC-V芯片正加速進(jìn)軍PC處理器市場。

綜合來看，無論是IoT市場的規(guī)?；瘧?yīng)用，還是向PC和服務(wù)器等高性能領(lǐng)域發(fā)展的未來潛力，RISC-V這個(gè)新興架構(gòu)正吸引著全球眾多參與者躬身其中。當(dāng)前，國內(nèi)外各大科技公司正在大力布局RISC-V架構(gòu)，通過這款開源、精簡的架構(gòu)平臺，設(shè)計(jì)出所需的芯片產(chǎn)品，或者通過RISC-V延伸出其它的生態(tài)系統(tǒng)。不管是軟件還是硬件，RISC-V的適配能力正逐步擴(kuò)大。

寫在最后

從AMD CPU性能迅速接近英特爾，以及蘋果M系列處理器的崛起和RISC-V芯片的推出，可以看到優(yōu)秀的CPU微架構(gòu)，以及微架構(gòu)的精細(xì)優(yōu)化能夠帶來的性能飛躍。

實(shí)際上，學(xué)術(shù)界早有定論，指令集對性能和功耗沒有直接影響。龍芯總裁胡偉武此前也表示：“其實(shí)指令系統(tǒng)更多關(guān)系到的是軟件生態(tài)，比如X86支撐Windows生態(tài)、Arm支撐Android生態(tài)?！?/p>

之所以會(huì)有X86 CPU性能更高，Arm CPU功耗更有優(yōu)勢的認(rèn)知，主要還是兩者此前目標(biāo)的不同。X86把資源都用去提升性能，芯片性能高，功耗也高，但英特爾也有低功耗的芯片Atom；Arm原來的目標(biāo)是做低功耗處理器，現(xiàn)在也有許多高性能的Arm服務(wù)器CPU，性能高了，功耗也相應(yīng)的提升。

也就是說，無論是Arm架構(gòu)還是RISC-V設(shè)計(jì)出性能比X86高端CPU更好的產(chǎn)品，指令集并非挑戰(zhàn)，核心在于設(shè)計(jì)目標(biāo)。要是在一定邊界內(nèi)做取舍，包括緩存的策略、替換算法、分支策略等等，可以通過精細(xì)化調(diào)整來優(yōu)化CPU的優(yōu)勢。

當(dāng)前，X86、Arm、RISC-V在嵌入式、桌面、高性能CPU市場的混戰(zhàn)已經(jīng)開啟，誰好誰壞，無法做出比較，因?yàn)槊靠钐幚砥骷軜?gòu)都有著各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

但不可否認(rèn)的是，X86已經(jīng)不再是唯一選擇，在蘋果、高通、微軟、阿里平頭哥等大廠的發(fā)力下，Arm和RISC-V或?qū)⒊蔀镻C芯片領(lǐng)域不可忽視的存在。