引发芯片行业地震！ARM全新架构如此彪悍

　　ARM近日推出全新的DynamIQ技术，并表示作为未来ARM Cortex-A系列处理器的基础，基于ARM big.LITTLE技术演进的DynamIQ技术相比上一代技术将提供更多的核心搭配方式，并覆盖从端到云的安全、通用平台。其中最令人感到惊讶的是ARM副总裁及计算产品事业部总经理Nandan Nayampally宣称根据ARM测算，到2020年左右搭载DynamIQ的ARM下一代芯片将比现在在人工智能表现上有50倍的性能提升。而在介绍DynamIQ技术之前先跟随笔者一起简单了解一下移动芯片领导者的ARM公司吧。

Fabless模式助ARM用27年完成1000亿芯片出货量

　　伴随近些年智能手机的火热，ARM这三个字母开始被大众所熟知。但大部分人所不知道的其实ARM公司的前身Acorn早在1978年就由物理学家赫尔曼·豪泽(Hermann Hauser)和工程师Chris Curry在英国伦敦正式成立。1990年ARM从Acorn分拆出来开启了自己的传奇之路。借助90年代手机的快速发展，2002年基于ARM技术的芯片出货量累计达到了10亿片，而此后的15年更是如开挂一般：2005年一年出货量就完成10亿片，2010年10亿片的出货速度缩短到了1个季度，到了2013年更是将时间进一步缩短到只用一个月，并于2017年宣布正式达成1000亿芯片出货量的里程碑，而在辉煌成绩的背后，Fabless这种独特的授权模式功不可没，而Fabless到底是什么呢?

27年达成1000亿芯片出货量

　　在半导体芯片行业，企业的模式主要分三种，一种是从设计，到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包的企业，称为IDM(Integrated Design and Manufacture)公司，比如我们所熟知的英特尔。IDM模式的好处在于由于所有环节均一手包办所以从IC 设计到完成IC制造所需的时间较短也不存在工艺流程对接的问题，缺点也很明显，那就是对资金的需求堪称海量，以台积电将要新建的18英寸晶圆厂为例，预算高达159亿美元，这显然不是一般半导体厂商所能承受的。

　　说到Fabless就要提Foundry(代工厂)，Fabless是只做设计不做生产，代表企业就是ARM。ARM不制造、不销售任何芯片，只是自己设计IP，包括指令集架构、微处理器、图形核心、互连架构，然后谁喜欢谁想要就把授权卖给谁。至于客户拿到ARM的IP后想怎么干完全不管。

　　而Foundry(代工厂)的代表企业台积电和Global Foundry是只做代工不做设计。Fabless的优点在于设计灵活，设计成本低，而缺点则是需要与代工厂配合，比如当你设计出10nm的芯片之后，如果代工厂工艺没达到时你只能干着急。不过由于英特尔这类的传统半导体大厂过去对移动市场的不重视，使得没有什么竞争的ARM公司快速发展起来，而将其真正推向巅峰的则是其独特的授权模式。

　　三大授权模式助ARM架构百花齐放

　　ARM公司根据技术划分的高级别类型，按照授权对象、用途来说有很多种方式。而我们目前在市场上所熟知的从高到低有三种：架构层级授权、内核层级授权、使用层级授权。

　　ARM授权制度

　　架构层级授权，是指可以对ARM架构进行大幅度改造，甚至可以对ARM架构进行大幅度改造，甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减，以便达到更高性能、更低功耗或更低成本等不同目的，授权费用也最为昂贵。这方面的代表企业就是苹果，高通和三星。

　　内核层级授权，是指用户可以将其所购买的ARM核心应用到其自行设计的芯片中。但用户不得对其购买的ARM核心本身进行修改，但可以以内核为基础然后再加上自己的外设(比如基带)，授权费用居中，代表企业就是我们最熟知的华为麒麟处理器了。

　　华为麒麟

　　使用层级授权，拥有使用授权的用户只能购买已经封装好的ARM处理器核心，而如果想要实现更多功能和特性，则只能通过增加封装之外的DSP核心的形式来实现(当然，也可以通过对芯片的再封装方法来实现)，授权价格最便宜。目前绝大部分中国企业拿到的均是这种授权。

　　三大授权模式可以满足任何企业的任何需求，从上层市场来说，苹果、三星、高通三家由于具有强大的芯片设计能力，可以通过使用自主架构来形成差异性竞争，而至于技术实力欠缺一筹的其他公司来也有公版架构来选用，这就使得ARM的芯片设计制造生态圈出现了百花齐放百家争鸣的现象。根据ARM公司现场公布的数据，在已出货的1000亿颗基于ARM的芯片中，有500亿颗是由ARM的合作伙伴从2013年到2017年出货的。这些数据恰好证明了ARM授权模式的成功，但与此同时也衍生出一个问题，那就是越来越多的企业开始尝试自主设计架构，让ARM的公版架构面临成为鸡肋的风险。不过作为移动SOC市场上除高通外唯一能同时拥有CPU和GPU技术的公司，ARM显然更希望生态圈内的合作伙伴能更多的使用ARM自身开发的架构。而随着物联网，人工智能，云计算等行业的兴起，ARM也加快了自身架构的研发速度，于是DynamIQ横空问世。

　　回归单集群设计以退为进

　　从早期为了突破单核性能的最多支持4颗核心的Mlticore单集群，到为了实现功耗优化最多支持八核心的双集群架构big.LITTLE，再到现在为了推出的DynamIQ单一集群技术。可以看出ARM公司从始至终都秉承着高性能、低功耗、低价格的三大基础原则进行技术演进。从双集群到单集群的设计看似倒退实则是一次技术革命。以上一代big.LITTLE架构为例，big.LITTLE架构分为高性能集群和低功耗集群，每个集群最多各四颗核心。在运行复杂大型程序时开启高性能集群，而在运行简单程序时则开启低功耗集群，这种做法尽管可以降低功耗但在灵活性上相比DynamIQ仍然稍逊一筹，例如，1+3或者1+7的SoC设计配置都是无法实现的，而这些都是在异构计算和具有人工智能的设备上需要优先考虑的。而全新的DynamIQ架构可以在一个集群内放置不同类型(按性能功耗分为：高性能高功耗和低性能低功耗)的核心来满足例如图像识别，语音识别核心，运算核心等等不同的功能需求，每种功能对功耗自然有着不同的需求。在同一个集群内无缝切换核心的设计增强了在同等芯片面积下的设计灵活性。重新设计的内存子系统也将提高数据读取能力并保持节能特性。

　　回归单集群设计提供更多核心组合方式

　　Nandan Nayampally用一个例子来表述，例如物联网时代的智能监控。当有人进屋监控设备听到声音的时候，也许是负责声音识别的核心开启工作，而当看到影子的时候也许是负责简单图像识别例如分清是人还是物的核心开启工作。到了人能显现的时候就是负责面部识别核心开启工作。DynamIQ的英文发音同单词Dynamic完全一致，而Dynamic的中文意思正是动态、充满变数，相信这也是命名DyanmIQ的原因之一。