解密芯片战争 手机芯片故事知多少？

　　苹果新一代iPhone今天将在全球10个国家和地区上市销售。在iPhone 5s所采用的A7处理器则是第一款应用在智能手机上的64位系统芯片。

　　手机处理器芯片正在越来越成为一个高性能中心，提供超级动力并尽全力控制功耗。除非拆机，否则你看不见它，但它的影响无处不在……

　　除了跑分、四核、1.5Ghz这些表面数字之外，你还想多了解一些关于手机芯片的故事吗——为什么ARM占据了这个市场90%的设计份额？为什么高通的芯片很贵依然是市场第一？

　　好吧，开始讲故事了。当然，它更像是一场战争。

　　序曲：这个江湖其实是有秩序的

　　接下来会登场的角色有很多，智能手机芯片领域的各方势力，也是有江湖座次的。

　　和笑傲江湖里的故事设定不同，芯片领域，越靠近底层的地位反而越高（但不一定最赚钱）。从直观很容易理解，手机芯片的最基本应该是一个实体的小方块。小方块里面，藏着人类最闪亮的智慧结晶。

　　要让小方块执行任务，需要用一种它可以听得懂的语言，那就是指令集。小方块就听它的，所以，它最牛。

　　但故事里最牛的一般会有两个，否则江湖的巅峰就太寂寞。指令集也分裂出两大阵营，复杂的（CISC）和精简的（RISC）。这部分似乎有些深奥了，因为出现了英文缩写。其实不必理会它，我们继续用感性的方式去理解——复杂的那个是复杂的，精简的那个是精简的。

　　关于复杂指令集与精简指令集的竞争历史可以单独写一本书，我们这里略过很多和今天无关的内容，简单的做个总结式介绍，复杂指令集今天的代表是Intel的 x86系统，因为复杂，所以可以做很多高级的命令，但执行的效率偏低，且不易控制功耗；精简指令集则刚好相反，它尽量控制指令的种类数量，排除那些使用率较低的指令，甚至固定了指令的长度，因此效率高，功耗低。但在处理长指令时需要进行分割。它的代表便是ARM。

　　复杂指令集更多应用在PC、服务器上，这是Intel的主战场；精简指令集更多在手机等微型系统里，这是ARM的天下。当然，发展到今天，两大阵营也在互相学习，不断演进。

　　所以，ARM是最接近智能手机里那个小方块的人，它是盟主，Intel、MIPS等则虎视眈眈盯着这个位置。

　　阵营：授权带来的盟主之路

　　在指令集的上面，就是架构了。它就像是一张设计图纸，告诉工程队如何建造一个叫做手机处理器的大楼。ARM基本上，就是个画图的。

　　但三百六十行，行行出状元。画图画到极致，那也是天下无敌的。ARM凭借在精简指令集阵营里不断的努力，最终成为了低功耗，高效率处理器市场的设计大师。据最新的市场估算，智能手机里采用ARM架构的处理器比例可能达到90%。

　　更可怕的是，在智能手机芯片之外，ARM还为数以亿计的游戏机、家电、甚至银行卡、手机卡、公交卡提供芯片设计方案。2011年，ARM的客户实现了79亿处理器出货量，占有95％的智能手机，90％的硬盘驱动器，40％的数字电视和机顶盒，15％的单片机，和20％的移动电脑市场。而2012年，采用 ARM架构授权的芯片总体出货量数据达到了87亿颗。

　　有一点需要格外注意：ARM只是设计了处理器，并不自己生产。所以，它在智能手机市场90% 的占有率，都是通过高通、苹果、三星和联发科等芯片解决方案商来实现的。ARM采用知识产权授权的形式，把自己每一代的芯片设计提供给合作伙伴，大家根据各自的需求进行二次开发，最终成为上市商用的产品。

　　ARM在产业里有着一种很超然的地位，但它自己却赚的不多。2012年，ARM总收入为9.13亿美元，远低于它的那些小伙伴，甚至比不上高通一个月的收入。

　　但ARM依然是整个产业里最重要的一个。通过授权，它控制了智能手机芯片设计的这一源头市场和专利技术。针对不同客户，ARM还非常贴心地推出了各种授权套餐服务。

　　据统计，ARM目前共拥有300多家客户近千份可带来收入的有效授权，基于这些授权的处理器已经累计出货300多亿颗。

　　说到这里，我们要把ARM的故事暂时放一放，因为另一个主角有点等不及要出场了。

　　对手：Intel的战场与后花园

　　Intel 在PC和服务器市场风光无限，ARM在移动设备领域独霸江湖，其实都是各自选择的结果。早年在PC市场的厮杀中，Intel凭借强大的处理器性能和产品迭代速度优势，将采用精简指令集的对手打得落花流水，最终奠定了X86复杂指令集的统治地位。甚至在后来，人们逐渐意识到复杂指令集的各种问题，也只能呼吁 Intel的优化，而再没有改弦易辙的可能。

　　精简指令集在PC和服务器端的第一次战役失败了。在那个年代，精简指令集处理器连Intel的车尾灯都看不到，只能望着对方绝尘而去。

　　但是在移动端，局面刚好反过来。Intel基于复杂指令集的处理器一直解决不好功耗的问题，在大设备上这没什么，但放到小小的移动设备商，这一点就是致命的——你不可能给9毫米厚的手机里按一个九州风神或是酷冷至尊的风扇。

　　精简指令集阵营终于翻身了，一路随着移动互联网的浪潮，再度登上了最闪耀的舞台。

　　但Intel并没有放弃治疗。当这位芯片产业巨头卷土重来的时候，没有再去和ARM勾搭什么精简指令（曾经的XScale也被卖掉了），而是毅然地基于复杂的X86推出了Atom移动处理器，再次向ARM阵营发起挑战。

　　但指令集这么基础的东西，不是你想换就能换的。以安卓APP为例，其中一部分基于统一平台开发，它们迁移到X86相对容易；另一部分对执行效率要求高的应用，通常直接针对ARM精简指令集的底层系统开发优化，如果要切换到Intel的X86，需要做很多修改。

　　据统计，当前的安卓应用中，有25％是属于针对ARM做特别优化开发的。虽然Intel在Atom架构里内置了一个可以将ARM应用转化为X86的功能组件，但牺牲的依然是效率。

　　Intel一定会继续推动和鼓励开发者转向X86平台，以此来侵占ARM阵营的市场。但另一个坏消息是，经历过第一次战役，精简指令集阵营对PC和服务器市场明显不甘心，ARM已经将产品延伸到这两个领域，开始侵袭Intel的后花园了。

　　ARM的对手还有一个荣光不再的MIPS，在被Imagination收购后，MIPS似乎重新提振了信心，Imagination CEO在一次采访中宣布，MIPS在未来五年内，将拿下芯片设计领域25％的市场份额。

　　伙伴：高通、苹果、三星们的博弈

　　Strategy Analytics发布的报告显示，2012年全球智能手机芯片市场中，高通以43%份额位居第一，之后是苹果的16%和三星的11%，联发科排行第四。

　　他们都是ARM的客户和伙伴。ARM提供基于精简指令集的标准芯片架构设计，然后高通、苹果、三星这群小伙伴会对着原始版进行修改。

　　于是，你看到了各种不同的新鲜玩意。高通的骁龙，苹果的A7，三星的Exynos，联发科的MT系列，Nv的Tegra……每个修改后都个性鲜明，但又不会离ARM划定的范围太远。

　　实际上，厂商的能力越强，对ARM原始设计的修改就会越深入，出来的产品也会更加有竞争力。

　　高通在这一块走的比较远，由于自身拥有通信DSP等大量专利，它基于Krait架构的骁龙系列，已经有很深的自我定制影子。高通芯片的一个特点就是稳定，第二个特点就是贵。但由于掌握了CDMA等3G和4G的标准专利，即便手机厂商选择了其他公司的芯片，也还是要在通信模块上给高通交一份钱——这被业内形象的成为“高通税”，征“税”对象几乎涵盖所有的3G手机厂商，不管你用的是哪家芯片——除非你将手机取消通话功能。

　　随着竞争对手（尤其是联发科）的崛起和高通自己在4G专利数量和授权价格等方面的不利因素，未来，高通的日子可能不会像今天这么舒服了。

　　苹果的修改也挺狠。ARM在服务器领域推出了v8架构的64位处理器方案，尚未完全成熟地实践到移动端，苹果就自力更生地改出来一个A7。而三星在48小时内就宣布自己的64位也快搞好了。

　　苹果处理器的一个特点是高效，得益于自己的软硬件一体化，它的双核常常比别人的四核还流畅。第二个特点就是GPU（图形处理器），别看苹果升级CPU扭扭捏捏，在GPU路线上却一直不吝投入，iPhone系列和iPad系列中，苹果芯片的GPU通常都是同时代其他产品的超越目标。

　　三星是芯片阵营里相对特别的，它即自产自销，凭借强大的手机出货量占据了芯片市场的第三位置，同时也帮苹果做过一系列的芯片，直到最近才传出苹果可能转向与台积电合作的消息。在经历了真假八核的争论后，三星宣布将于第四季度推出Exynos 5真八核版本，还将推出64位处理器。

　　三星在芯片战争中有着自己独特的优势，三星智能手机的强大出货量可以基本保障它在芯片更新中的研发成本分摊，而不至于在芯片设计创新上畏首畏尾。

　　还有联发科。在中低端市场，联发科有着很强的号召力。其针对山寨手机开创的一站式“交钥匙”服务，至今仍被视作中国山寨手机横行世界的幕后功臣。

　　随着在4G通信和四核甚至八核的研究积累，联发科会在接下来对高通形成不小的挑战。苹果和三星的手机芯片客户基本上就是自己，高通和联发科才是市场重合的冤家对手。

　　尾声：我是小方块，这是我的故事

　　小方块身边依然是ARM的天下。

　　ARM与Intel、MIPS的芯片设计之争，高通、苹果、三星、联发科、Nv、Intel的芯片解决方案之争，最后才是各大手机厂商的产品之争。

　　ARM很超然，Intel很孤单。江湖里大家一会是小伙伴，一会又成了新对手。