ARM近日推出全新的DynamIQ技術(shù)，并表示作為未來ARM Cortex-A系列處理器的基礎(chǔ)，基于ARM big.LITTLE技術(shù)演進(jìn)的DynamIQ技術(shù)相比上一代技術(shù)將提供更多的核心搭配方式，并覆蓋從端到云的安全、通用平臺。其中最令人感到驚訝的是ARM副總裁及計算產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理Nandan Nayampally宣稱根據(jù)ARM測算，到2020年左右搭載DynamIQ的ARM下一代芯片將比現(xiàn)在在人工智能表現(xiàn)上有50倍的性能提升。而在介紹DynamIQ技術(shù)之前先跟隨筆者一起簡單了解一下移動芯片領(lǐng)導(dǎo)者的ARM公司吧。

　　ARM副總裁及計算產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理 Nandan Nayampally

　　Fabless模式助ARM用27年完成1000億芯片出貨量

　　伴隨近些年智能手機(jī)的火熱，ARM這三個字母開始被大眾所熟知。但大部分人所不知道的其實ARM公司的前身Acorn早在1978年就由物理學(xué)家赫爾曼·豪澤（Hermann Hauser）和工程師Chris Curry在英國倫敦正式成立。1990年ARM從Acorn分拆出來開啟了自己的傳奇之路。借助90年代手機(jī)的快速發(fā)展，2002年基于ARM技術(shù)的芯片出貨量累計達(dá)到了10億片，而此后的15年更是如開掛一般：2005年一年出貨量就完成10億片，2010年10億片的出貨速度縮短到了1個季度，到了2013年更是將時間進(jìn)一步縮短到只用一個月，并于2017年宣布正式達(dá)成1000億芯片出貨量的里程碑，而在輝煌成績的背后，F(xiàn)abless這種獨特的授權(quán)模式功不可沒，而Fabless到底是什么呢？

　　在半導(dǎo)體芯片行業(yè)，企業(yè)的模式主要分三種，一種是從設(shè)計，到制造、封裝測試以及投向消費市場一條龍全包的企業(yè)，稱為IDM（Integrated Design and Manufacture）公司，比如我們所熟知的英特爾。IDM模式的好處在于由于所有環(huán)節(jié)均一手包辦所以從IC 設(shè)計到完成IC制造所需的時間較短也不存在工藝流程對接的問題，缺點也很明顯，那就是對資金的需求堪稱海量，以臺積電將要新建的18英寸晶圓廠為例，預(yù)算高達(dá)159億美元，這顯然不是一般半導(dǎo)體廠商所能承受的。

　　說到Fabless就要提Foundry（代工廠），F(xiàn)abless是只做設(shè)計不做生產(chǎn)，代表企業(yè)就是ARM。ARM不制造、不銷售任何芯片，只是自己設(shè)計IP，包括指令集架構(gòu)、微處理器、圖形核心、互連架構(gòu)，然后誰喜歡誰想要就把授權(quán)賣給誰。至于客戶拿到ARM的IP后想怎么干完全不管。

　　而Foundry（代工廠）的代表企業(yè)臺積電和Global Foundry是只做代工不做設(shè)計。Fabless的優(yōu)點在于設(shè)計靈活，設(shè)計成本低，而缺點則是需要與代工廠配合，比如當(dāng)你設(shè)計出10nm的芯片之后，如果代工廠工藝沒達(dá)到時你只能干著急。不過由于英特爾這類的傳統(tǒng)半導(dǎo)體大廠過去對移動市場的不重視，使得沒有什么競爭的ARM公司快速發(fā)展起來，而將其真正推向巔峰的則是其獨特的授權(quán)模式。

　　三大授權(quán)模式助ARM架構(gòu)百花齊放

　　ARM公司根據(jù)技術(shù)劃分的高級別類型，按照授權(quán)對象、用途來說有很多種方式。而我們目前在市場上所熟知的從高到低有三種：架構(gòu)層級授權(quán)、內(nèi)核層級授權(quán)、使用層級授權(quán)。

　　ARM授權(quán)制度

　　架構(gòu)層級授權(quán)，是指可以對ARM架構(gòu)進(jìn)行大幅度改造，甚至可以對ARM架構(gòu)進(jìn)行大幅度改造，甚至可以對ARM指令集進(jìn)行擴(kuò)展或縮減，以便達(dá)到更高性能、更低功耗或更低成本等不同目的，授權(quán)費用也最為昂貴。這方面的代表企業(yè)就是蘋果，高通和三星。

　　內(nèi)核層級授權(quán)，是指用戶可以將其所購買的ARM核心應(yīng)用到其自行設(shè)計的芯片中。但用戶不得對其購買的ARM核心本身進(jìn)行修改，但可以以內(nèi)核為基礎(chǔ)然后再加上自己的外設(shè)（比如基帶），授權(quán)費用居中，代表企業(yè)就是我們最熟知的華為麒麟處理器了。

　　華為麒麟

　　使用層級授權(quán)，擁有使用授權(quán)的用戶只能購買已經(jīng)封裝好的ARM處理器核心，而如果想要實現(xiàn)更多功能和特性，則只能通過增加封裝之外的DSP核心的形式來實現(xiàn)（當(dāng)然，也可以通過對芯片的再封裝方法來實現(xiàn)），授權(quán)價格最便宜。目前絕大部分中國企業(yè)拿到的均是這種授權(quán)。

　　三大授權(quán)模式可以滿足任何企業(yè)的任何需求，從上層市場來說，蘋果、三星、高通三家由于具有強(qiáng)大的芯片設(shè)計能力，可以通過使用自主架構(gòu)來形成差異性競爭，而至于技術(shù)實力欠缺一籌的其他公司來也有公版架構(gòu)來選用，這就使得ARM的芯片設(shè)計制造生態(tài)圈出現(xiàn)了百花齊放百家爭鳴的現(xiàn)象。根據(jù)ARM公司現(xiàn)場公布的數(shù)據(jù)，在已出貨的1000億顆基于ARM的芯片中，有500億顆是由ARM的合作伙伴從2013年到2017年出貨的。這些數(shù)據(jù)恰好證明了ARM授權(quán)模式的成功，但與此同時也衍生出一個問題，那就是越來越多的企業(yè)開始嘗試自主設(shè)計架構(gòu)，讓ARM的公版架構(gòu)面臨成為雞肋的風(fēng)險。不過作為移動SOC市場上除高通外唯一能同時擁有CPU和GPU技術(shù)的公司，ARM顯然更希望生態(tài)圈內(nèi)的合作伙伴能更多的使用ARM自身開發(fā)的架構(gòu)。而隨著物聯(lián)網(wǎng)，人工智能，云計算等行業(yè)的興起，ARM也加快了自身架構(gòu)的研發(fā)速度，于是DynamIQ橫空問世。

　　回歸單集群設(shè)計以退為進(jìn)

　　從早期為了突破單核性能的最多支持4顆核心的Mlticore單集群，到為了實現(xiàn)功耗優(yōu)化最多支持八核心的雙集群架構(gòu)big.LITTLE，再到現(xiàn)在為了推出的DynamIQ單一集群技術(shù)?？梢钥闯鯝RM公司從始至終都秉承著高性能、低功耗、低價格的三大基礎(chǔ)原則進(jìn)行技術(shù)演進(jìn)。從雙集群到單集群的設(shè)計看似倒退實則是一次技術(shù)革命。以上一代big.LITTLE架構(gòu)為例，big.LITTLE架構(gòu)分為高性能集群和低功耗集群，每個集群最多各四顆核心。在運行復(fù)雜大型程序時開啟高性能集群，而在運行簡單程序時則開啟低功耗集群，這種做法盡管可以降低功耗但在靈活性上相比DynamIQ仍然稍遜一籌，例如，1+3或者1+7的SoC設(shè)計配置都是無法實現(xiàn)的，而這些都是在異構(gòu)計算和具有人工智能的設(shè)備上需要優(yōu)先考慮的。而全新的DynamIQ架構(gòu)可以在一個集群內(nèi)放置不同類型（按性能功耗分為：高性能高功耗和低性能低功耗）的核心來滿足例如圖像識別，語音識別核心，運算核心等等不同的功能需求，每種功能對功耗自然有著不同的需求。在同一個集群內(nèi)無縫切換核心的設(shè)計增強(qiáng)了在同等芯片面積下的設(shè)計靈活性。重新設(shè)計的內(nèi)存子系統(tǒng)也將提高數(shù)據(jù)讀取能力并保持節(jié)能特性。

　　回歸單集群設(shè)計提供更多核心組合方式

　　Nandan Nayampally用一個例子來表述，例如物聯(lián)網(wǎng)時代的智能監(jiān)控。當(dāng)有人進(jìn)屋監(jiān)控設(shè)備聽到聲音的時候，也許是負(fù)責(zé)聲音識別的核心開啟工作，而當(dāng)看到影子的時候也許是負(fù)責(zé)簡單圖像識別例如分清是人還是物的核心開啟工作。到了人能顯現(xiàn)的時候就是負(fù)責(zé)面部識別核心開啟工作。DynamIQ的英文發(fā)音同單詞Dynamic完全一致，而Dynamic的中文意思正是動態(tài)、充滿變數(shù)，相信這也是命名DyanmIQ的原因之一。

　　ML和AI指令集助力DynamIQ占領(lǐng)人工智能市場

　　智能語音、圖像識別、自動駕駛、無人機(jī)、個人助理這些人工智能的應(yīng)用場景相信大家都不陌生，而在剛剛結(jié)束的兩會上人工智能首次寫入政府報告中可以看出目前人工智能的重要性。人工智能能否實現(xiàn)有兩個重要因素：計算力和算法。而這次的DynamIQ發(fā)布會上，Nandan Nayampally特意用了很長的篇幅介紹DynamIQ的諸多特性。相信這也是DynamIQ單詞的最后兩個字母用IQ的深意。

　　ARM公司認(rèn)為在加速人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)方面應(yīng)通過對CPU以及片上系統(tǒng)兩方面性能的提升來實現(xiàn)的。指令集是處理器的靈魂，盡管傳統(tǒng)的ARM芯片已被用于人工智能領(lǐng)域，但由于缺乏原生指令集使得目前的ARM芯片在不論機(jī)器學(xué)習(xí)還是人工智能方面的執(zhí)行效率都不甚理想。為此ARM公司開發(fā)了原生的ML（機(jī)器學(xué)習(xí)）和AI（人工智能）指令集并加入DynamIQ之中來提升芯片在人工智能領(lǐng)域的表現(xiàn)，根據(jù)ARM自身的測算，在未來的3·5年時間內(nèi)，借助DynamIQ專用的處理器指令和優(yōu)化庫架構(gòu)將使得人工智能運算性能提升50倍。這也將成為未來Cortex-A 8系列處理器的基礎(chǔ)，讓ARM公版架構(gòu)同其他第三方架構(gòu)形成差異性競爭。

　　安全第一

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，安全問題變得日益嚴(yán)重，在ARM看來提高安全性主要有以下三個方面：高性能，快響應(yīng)和能夠快速進(jìn)行故障恢復(fù)。以汽車行業(yè)為例，今天一臺高端豪華汽車中應(yīng)用的電子控制單元多達(dá)幾十，而目前大量的汽車所采用的正是ARM芯片，而芯片的穩(wěn)定性與安全性關(guān)乎著車上所有乘客的安全。本次發(fā)布的DynamIQ技術(shù)專門為ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）推出解決方案，來提升整體安全性和可靠性，并確保合作伙伴能夠設(shè)計ASIL-D合規(guī)系統(tǒng)，即使在故障情況下仍然能夠安全運行。

　　企業(yè)市場大戰(zhàn)一觸即發(fā)

　　ARM對企業(yè)市場野心早已路人皆知，而在本次發(fā)布會上Nandan Nayampally更是提出了：“計算在哪，ARM就在哪。”的口號，并特意指出DyanmIQ在企業(yè)級市場非常看重的：I/O、內(nèi)存帶寬、穩(wěn)定性、能耗比，穩(wěn)定安全性等多個關(guān)鍵換節(jié)點上都做出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。由于沒有詳細(xì)數(shù)據(jù)，筆者無法知曉DynamIQ具體表現(xiàn)到底如何只是知道如果想拿下企業(yè)市場，生態(tài)圈的支持是必不可少的，而這時候就不得不提到微軟。

　　在本月舉辦的Open Compute Project峰會上，微軟曾放出驚人消息，宣布Windows Server已經(jīng)支持在AMR芯片上運行并聲稱現(xiàn)在客戶完全可以考慮基于ARM芯片的Windows Server 服務(wù)器平臺。而在Open Compute Project峰會之前就微軟Azure云業(yè)務(wù)副總裁詹森·桑德就表示微軟正在測試ARM芯片，將其應(yīng)用到搜索、存儲、機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域。桑德稱：“雖然目前尚未部署，但下一步使用ARM處理器是件很自然的事情?！?/p>

　　而在筆者在發(fā)布會中間休息時間私下與ARM資深總監(jiān)俞愛玲就如何看待ARM未來在服務(wù)器市場發(fā)展這一問題交流時，俞女士大方的表示盡管ARM過去在服務(wù)器市場份額幾乎為零，但一切都在云計算時代得到改變，比如微軟已經(jīng)開始將ARM處理器應(yīng)用到自家的云計算服務(wù)器中。筆者認(rèn)為這意味著服務(wù)器的芯片大戰(zhàn)一觸即發(fā)。而除了服務(wù)器市場外，未來的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，嵌入式等等多個領(lǐng)域都將開始激烈的競爭。

　　向第三方架構(gòu)說不 最終需市場檢驗

　　在最后快要散場的時候，筆者單獨問了Nandan Nayampally一個重要問題：“高通蘋果三星都有自己的架構(gòu)，那么DynamIQ技術(shù)是否也能讓他們收益呢?！?Nandan Nayampally的回答是 No。從這個答案中能看出未來ARM陣營自身也將會在各個前沿市場展開大戰(zhàn)。目前看來ARM公司自身的DynamIQ解決方案確實覆蓋了各個市場和應(yīng)用場景。但高通蘋果畢竟也不是吃素的，在占領(lǐng)了智能手機(jī)和平板的高端芯片架構(gòu)市場后，也必將在其他市場有所行動，就像高通收購NXP進(jìn)攻車載市場一樣。

　　三星華為用的都是Mali GPU

　　作為ARM陣營的領(lǐng)導(dǎo)者ARM公司，自然希望有更多的合作伙伴能使用自身倡導(dǎo)的解決方案，這有點類似于今天安卓系統(tǒng)中，谷歌希望更多的手機(jī)廠商可以采用原生安卓。當(dāng)然，兩者之間還是有一定的區(qū)別，相比谷歌牢牢控制底層核心代碼，ARM在授權(quán)方面依然開明很多，就像每次指令集升級時都會邀請頂級合作伙伴共同參與修改和測試，同時在架構(gòu)方面也允許頂級合作方隨意修改。但就像今天越來越多的合作伙伴開始采用ARM公司的Mali GPU作為解決方案一樣，當(dāng)更多的企業(yè)直接采用ARM公司自身的完整解決方案，對于ARM公司來說必定是一個很大的利好，只是最終DynamIQ是否能成為架構(gòu)競爭中的佼佼者還要接受市場的檢驗。