x86 架构处理器危险了：几个空前强大的新对手正来势汹汹

在过去的20年里，PC CPU市场一直由X86架构主导，而英特尔长期以来占据了这个市场的一半以上。但近年来，英特尔在PC处理器市场的主导地位一直在下降，其领先地位正在减弱。目前，只有两家公司设计基于X86的CPU：Intel和AMD。事实上，在80386之前，有12家厂商生产X86CPU，但由于英特尔的压制、许可证的失败和性能的不断升级，其他厂商都消失在历史长河中。只有AMD通过自己的研发AMD64生存下来，与Intel的交叉许可兼容AMD X86-64创造了X86的64位时代。英特尔的第一个挑战是AMD，同样是X86阵营，AMD依靠2016年推出的Zen架构，大大提升了芯片性能，再加上台积电先进技术的帮助，AMD的PC处理器性能迅速赶上英特尔，甚至实现了这一目标，推动了AMD近年来在PC处理器市场份额的上升。

2012-2022英特尔和AMD X86计算机处理器在全球市场占有率多年来，在X86处理器上，英特尔仍然占据主导优势，但近年来AMD的追赶范围过于激烈，倾向于与英特尔并驾齐驱。中投热咨询认为，目前下游市场的低迷限制了上游厂商的出货量和性能，CPU、显卡等PC硬件受到下游需求的限制，升级和更换需求也受到上游厂商库存积压问题，AMD、PC上游卡车英特尔、英伟达等其他芯片厂商将受到不同程度的影响。与此同时，PC相关零部件更换周期逐渐延长，上游市场出货规模空间进一步缩小，供应链调整导致处理器出货量下降，PC上游厂商承受较高的库存成本。在短期内，PC需求的下降将难以缓解。根据Gartner的一份报告，2022年第三季度全球PC市场出货量为6800万台，同比下降19.5%。这是自Gartner在20世纪90年代中期开始跟踪PC市场以来的最大跌幅，也是连续第四个季度同比下滑。PC市场的低迷正在迅速反映在供应链上。作为PC市场的X86处理器，Intel、AMD无疑感受到了寒意。11月2日，AMD发布了2022年第三季度报告，其他业务使公司的收入增长了近30%，但PC处理器业务部门的收入下降了40%，导致公司整体净利润下降了93%。主要原因是PC市场疲软和整个PC供应链库存下降导致处理器出货量下降。PC市场下滑，AMD的“老对手”英特尔也无法幸免。英特尔的收入下降了20%，净利润下降了85%。英特尔首席执行官基辛格承认，面对不可预测的宏观经济和艰难的市场预期，短期内不会有什么好消息。为了应对市场低迷，英特尔推出了一项成本削减计划，包括裁员和减产，预计明年将节省30亿美元，未来三年将节省高达100亿美元。Canalys报告称，不利的宏观经济和行业因素可能会削弱PC市场的势头，并持续到2023年。

面对主要市场的下滑，英特尔和AMD显然遭受了“冲击波”，但或许其他担忧比PC市场的下滑更为棘手。由于AMD和英特尔之间的纠纷，仍然属于X86阵营的纠纷。在PC处理器领域测试Arm和RISC-V架构可能是X86面临的真正挑战。20多年前，微软的Windows操作系统和英特尔的X86芯片，“双合”席卷了整个电脑市场，并遇到了苹果。苹果的突然出现，给这个牢不可破的W Intel阵营带来了裂痕，而“macOS+ X86”的出现，让“Windows+ X86”不再是唯一的选择。到2020年，随着M1芯片的发布，Arm架构也加入了这场战斗，X86迎来了新的竞争对手。2020年11月，苹果首款基于Arm架构的自主研发处理器M1问世，引发了一波浪潮。Arm架构芯片在PC端的应用一直是芯片行业，特别是通用CPU芯片行业关注的焦点。

在M1芯片发布后的各种评论中，用户看到了预期的结果。M1芯片与高端X86处理器相比运行，性能接近11代酷睿i7，打破了Arm架构的低功耗和低性能束缚，M系列处理器以接近X86处理器的性能仍保持低功耗，功耗约为Intel处理器的一半，因此M系列处理器Mac更薄。它可以被设计成更耐用。这是Arm架构处理器首次在性能方面赶上英特尔，而配备M系列处理器的Mac在市场上很受欢迎。M1芯片的诞生，不仅意味着苹果和英特尔15年的“恋爱长途”以“告别”告终，也让大家看到了Arm架构在PC端的巨大潜力。Apple WWDC2022将推出Apple M2芯片。据介绍，M2芯片采用了新一代5nm工艺，与上一代M1芯片相比，CPU 性能提高了18%，GPU 性能提高了35%。与10核X86笔记本电脑处理器相比，在同等功耗（15W）下，性能可提高90%。相比之下，M2在同等性能下的功耗仅为四分之一。与12核笔记本电脑处理器相比，功耗为25%，性能为87%。M2芯片预计将走M1的老路，随后是M2Pro、M2Max、M2Ultra等芯片，随后将被自家的Mac系列产品取代，实现全系统升级。随着芯片设计的成熟和台积电先进封装技术的顺利推进，苹果明年可能会推出集成M2Max2的M2Extreme处理器，配备48核CPU和152核GPU。业内人士指出，苹果M2Pro/Max/Extreme系列处理器均采用TSMC3纳米工艺生产，如果M2Extreme消息属实，明年苹果PC处理器的性能将赶上英特尔的脚步，成为ARM架构处理器市场的霸主。

苹果正在为专业市场开发一款大屏幕iMac机型，并将配备M3系列芯片，可能是M3Pro或M3Max。这些产品中的M3系列芯片将基于台积电的3纳米技术制造，与5纳米工艺的M1和M2芯片相比，将提高性能、功耗和兼容性。自M系列芯片诞生以来，苹果打破了用户对Arm芯片性能的认知，重组了所有业务线，全力支持M系列芯片的上市。苹果对ARM的影响是，在2020年第三季度，在与ARM兼容的M1Mac发布之前，该公司的PC芯片市场份额仅为2%。根据Mercury Research的2022年第一季度数据，Arm的PC客户端份额估计为11.3%，比一年前的5.9%几乎翻了一番。随着苹果的Mac产品线完全转向ARM架构芯片，曾经只占PC芯片市场一小部分的ARM芯片市场份额迅速增长。一颗星星在燃烧。高通公司来“颠覆”苹果M系列处理器的成功，激励了芯片公司，尤其是高通公司进入移动芯片市场。事实上，在基于Arm架构的笔记本电脑芯片领域，高通的经验比苹果还要丰富。此前，高通分别在2018年和2020年推出了第一代和第二代PC端Snapdragon8CX处理器，迄今已开发了三代。但不幸的是，这些处理器都没有引起太大的轰动。尽管经过多年的尝试，高通仍对Windows on Arm持乐观态度，并将不遗余力地开发。近日，高通首席执行官安蒙在财报分析会议上表示，搭载骁龙芯片的Windows PC预计将在2024年迎来市场拐点。这种积极的基础是，微软正在进行大量优化，以改善Arm Win PC的体验，更多的OEM厂商愿意购买Snapdragon芯片。当然，更重要的是，收购Nuvia之后，高通将跟随苹果的M系列芯片，彻底颠覆Arm公共版架构，从头开始开发高性能PC处理器，甚至挑战英特尔和AMD。这款基于Nuvia Phoenix的CPU，代号为Hamoa，使用了8个大内核+4个小内核大小的异构内核。内存和高速缓存设计与Apple M1相似，并支持独立显卡。

Nuvia的Phoenix原型直到2020年8月才变得温和，当时GeekBench5的单核远远超过Snapdragon865、Apple A12X和Apple A13，功耗低于4.5瓦。Nuvia的创始人Gerard Williams3世主导了Apple的A7（Cyclone核）到A14（Firestorm核）芯片的开发，Arm初期也参与了Cortex-A8/A15的定义。高通表示，新一代处理器除了为Windows PC设定基准，并与苹果的M系列处理器竞争之外，还旨在在持久的性能和低功耗方面引领行业。与此同时，高通还将开发Adreno GPU，旨在为未来的PC产品提供桌面游戏功能。高通希望这款处理器能在PC市场实现类似苹果M系列芯片的“颠覆性”效应。业内知名分析师郭明基指出，在质疑苹果或X86处理器之前，高通需要考虑如何说服PC品牌，而不是传统的X86架构处理器。X86体系结构的强度并不在于其自身，而是在于基于围绕它的各种X86命令体系结构的程序。但是，随着计算机行业的发展，X86集成的指令集数量越来越多，从而增加了硬件负载，增加了功耗和设计难度，以换取更高的性能。与X86相比，Arm大大简化了架构，只保留了必要的指令，简化了整个处理器，并具有更小、更高性能的功能。由于早期行业参与者的一系列失败，使用ARM芯片作为PC平台被认为是一个不切实际的想法，但显然情况已经发生了重大逆转。另一方面，苹果基于Arm的处理器技术显示出卓越的性能，不亚于英特尔X86芯片。与此同时，微软、高通以及在ARM上遭遇重大挫折的国内厂商也开始迎头赶上。微软不仅推出了Windows11Arm，为Arm带来了64位应用仿真，而且有报道称，微软将在2020年自行开发基于Arm的处理器，去年10月微软Surface部门宣布招聘SoC架构师。这意味着微软可能会开始为Surface设备开发自己的PC芯片。Arm本身在2021年3月发布了新的Armv9指令集。这不仅限于移动市场，而且具有强大的计算能力，还将为PC、HPC高性能计算和深度学习等新市场提供动力。此外，三星、联发科、中国大陆飞腾、瑞心微和核心科技等创业公司也渴望进入这个市场。三星发布消息称，它正在开发Exynos1000处理器，并可能在2020年用于Windows PC。据Sammobile透露，三星正在开发下一代旗舰处理器Exynos2300，这款芯片型号为S5E9935，代号为“Quadra”，目前还不清楚未来是否会出现在其他笔记本电脑上。联发科在去年11月的高管峰会上直接表达了进入Windows on Arm平台的决心，但由于该计划仍处于早期阶段，目前尚不清楚该平台何时将其商业化。在大陆，飞腾主要做Arm架构服务器和桌面CPU。去年年底，瑞信微发布了全新旗舰核心RK3588Arm PC整体解决方案。该核心技术主要侧重于开发与Arm通用智能计算系统兼容的芯片产品和通用计算一站式解决方案。其芯片产品已进入工程设计阶段，产品定义和IP选型工作基本完成，预计明年将实现首个产品流程芯片，产品将在市场上看到。总体而言，未来Arm架构在PC芯片领域的实力不容低估。在苹果、高通等资深粉丝的带领下，Arm架构阵营正在逐渐侵蚀X86架构的传统领域。与此同时，Arm架构在服务器市场也在持续增长。据Jibang Consulting的研究估计，到2025年，Arm架构的服务器渗透率将达到22%，云数据中心将是第一个被采用的领域。X86体系结构面临着压力。RISC-V冉冉升起的Arm架构引发了PC CPU市场竞争格局的变化。同时，开源RSC-V的兴起也给CPU市场的竞争带来了更多的不确定性。从发展现状来看，RISC-V CPU已经在环境要求较低的物联网市场取得成功，RISC-V将进军高性能移动、PC和服务器CPU市场，与X86和Arm展开竞争。在PC领域，阿里平头兄弟和Cyfang技术是RISC-V架构的重要推动者，他们很早就参与了RISC-V架构，经过几年的发展，开发出了基于RISC-V架构的性能优异的PC处理器，RISC-V处理器的性能得到了充分提升，足以满足PC的需求，同时，他们还与Linux、Windows、国产UOS系统进行了适应。它可以帮助PC制造商推出PC。这将进一步加快国产PC处理器的发展。世界上第一台搭载RISC-V处理器的笔记本电脑“ROMA”正式上市。ROMA电脑的CPU采用的是阿里飞哥哥研制的RISC-V CPU TH1520（Drawing1520），采用了四颗极铁C910内核，频率高达2.5GHz。

TH1520基于阿里巴巴2022年8月发布的无剑600芯片设计平台，可以在阿里巴巴2020年发布的基于Linux的Open Anolis开源操作系统上运行Firefox浏览器、LibreOffice办公套件等桌面应用程序。此版本进一步展示了RISC-V在PC领域取代X86和Arm的潜力和潜力。近日，本土RISC-V厂商赛芳科技推出了采用RISC-V架构的PC处理器和单板电脑。赛芳科技一直专注于高性能RISC-V芯片的研发，自成立以来，一直是世界上性能最高的RISC-V CPU核心IP-世界最高性能的量产RISC-V单板计算机-打开RISC-V高性能处理器的应用。在Head Brother和Saifa Technologies等制造商的努力下，RISC-V芯片正加速进入PC处理器市场。无论是物联网市场的大规模应用，还是PC和服务器等高性能领域的未来潜力，RISC-V的新兴架构吸引了全球众多参与者。目前，国内外各大科技公司都在积极布局RISC-V架构，通过这个开源、精简的架构平台来设计必要的芯片产品，或者通过RISC-V扩展其他生态系统。无论是软件还是硬件，RISC-V的适应能力都在逐步扩展。我们可以看到优秀的CPU微架构和微架构优化带来的性能飞跃，比如AMD的CPU性能正在迅速接近英特尔，苹果M系列处理器的崛起以及RISC-V芯片的推出。事实上，学术界早就得出结论，指令集并不直接影响性能或功耗。Longcore总裁胡伟武此前曾表示：“实际上，指令系统与软件生态系统有关，比如支持X86的Windows生态系统、支持Arm的Android生态系统等。“X86CPU性能更高，Arm CPU功耗更有利的原因主要是两个以前的目标之间的差异。X86使用资源来提高性能，芯片性能高，功耗高，而Intel还拥有低功耗芯片Atom。Arm最初的目标是做一个低功耗的处理器，但现在我们有很多高性能的Arm服务器CPU，功耗也有相应的提高。也就是说，无论是Arm架构，还是RISC-V设计出的性能优于X86高端CPU，指令集都不是挑战，核心才是设计目标。当您在特定边界内进行权衡时，例如缓存策略、替换算法或分支策略，您可以对其进行微调以优化CPU的优势。目前，X86、Arm和RISC-V在嵌入式、台式机和高性能CPU市场上的争夺战已经开启，每种处理器架构都有其自身的优缺点，所以谁是好是坏，都无法比较。但不可否认的是，X86不再是唯一的选择，而是苹果、高通、微软、阿里Flathead兄弟、Arm和RISC-V以及PC芯片领域不可忽视的存在。