ARM和臺(tái)積電

根據(jù)消息，英國(guó)的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)ARM與臺(tái)灣芯片代工廠臺(tái)積電在簽訂的一份多年合作協(xié)議顯示，雙方將會(huì)在20nm制程工藝處理器上合作，研發(fā)基于 FinFET晶體管的ARM架構(gòu)處理器。對(duì)此，ARM信心十足，認(rèn)為憑借這種64位的3D處理器，ARM將奠定在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。

根據(jù)協(xié)議，ARM和臺(tái)積電將會(huì)一起對(duì)現(xiàn)有的64位ARMv8架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并且還將用到臺(tái)積電的3D晶體管技術(shù)FinFET以及ARM 的Artisan physical IP技術(shù)。合作研發(fā)的處理器在性能和效率上都會(huì)有不俗的表現(xiàn)，將主要針對(duì)移動(dòng)領(lǐng)域以及企業(yè)服務(wù)器市場(chǎng)。

ARM是在去年秋季發(fā)布ARMv8架構(gòu)的，2011年10月底，ARM向外界公布了最新處理器規(guī)格ARMv8架構(gòu)，這是首款64位ARM處理器架構(gòu)，ARMv8架構(gòu)不僅將高功耗效率的64位計(jì)算的優(yōu)勢(shì)引入諸如服務(wù)器和高性能計(jì)算新應(yīng)用領(lǐng)域，也為現(xiàn)有的軟件提供向后兼容和移植能力。

ARMv8架構(gòu)

ARMv8架構(gòu)包含兩個(gè)執(zhí)行狀態(tài)，AArch32和AArch64。在AArch32狀態(tài)下支持現(xiàn)有的32位的ARM指令集，而AArch64則引入了一個(gè)全新64位處理技術(shù)的指令集A64。

2012年，正如計(jì)劃中的一樣，已經(jīng)有企業(yè)推出基于ARMv8架構(gòu)的處理器，例如Calxeda，而面向消費(fèi)者和企業(yè)的樣機(jī)預(yù)計(jì)在2014年面市。>>

ARM與臺(tái)積電的合作協(xié)議或許觸動(dòng)英特爾的神經(jīng)，ARM已經(jīng)多次表示出覬覦服務(wù)器芯片市場(chǎng)的雄心，并且其CEO還曾經(jīng)放言，在未來(lái)的服務(wù)器市場(chǎng)，英特爾只是小角色。

ARM

2011年11月初ARM CEO沃倫·伊斯特(Warren East)在英國(guó)接受采訪時(shí)表示，由于ARM在移動(dòng)智能芯片市場(chǎng)處于優(yōu)勢(shì)，未來(lái)Intel公司或許只能扮演小角色，在夾縫中尋求生存。

ARM作為蘋果、Acorn、VLSI、Technology等公司的合資企業(yè)，其本身并不生產(chǎn)芯片，只將芯片技術(shù)授權(quán)轉(zhuǎn)讓給其他廠商，但是ARM在移動(dòng)智能芯片市場(chǎng)的占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)隨著智能手機(jī)以及平板電腦的走紅，ARM也從名不見經(jīng)傳到為數(shù)碼愛好者所熟悉。不過(guò)現(xiàn)在ARM不僅僅是滿足于手機(jī)及平板電腦市場(chǎng)，對(duì)于PC以及服務(wù)器領(lǐng)域也是虎視眈眈，試圖與英特爾一較高下。

ARM在服務(wù)器的優(yōu)勢(shì)

ARM在服務(wù)器處理器市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)首先，還在于高功耗效率的能源利用。ARM架構(gòu)處理器一直以來(lái)都是憑借這一優(yōu)勢(shì)占據(jù)移動(dòng)設(shè)備的大部分市場(chǎng)，現(xiàn)在ARMv8將這一優(yōu)勢(shì)引入到服務(wù)器和高性能計(jì)算領(lǐng)域。

ARM對(duì)比英特爾

2012年最新的ARM架構(gòu)的EnergyCore ECX-1000的服務(wù)器處理器，與英特爾服務(wù)器處理器E3-1240對(duì)比測(cè)試，其節(jié)能性的特點(diǎn)較為突出。從上圖Calxeda給出的測(cè)試結(jié)果對(duì)比可以看出，每瓦特性能上，EnergyCore ECX-1000是英特爾E3-1240的15倍在每瓦特性能上，是英特爾的15倍

EnergyCore ECX-1000將應(yīng)用到惠普Redstone平臺(tái)的ARM服務(wù)器中，Redstone平臺(tái)是在2011年11月惠普第一次宣布將生產(chǎn)采用ARM處理器的服務(wù)器產(chǎn)品公布的。此前的采用energy Cortex-A9惠普的Redstone 服務(wù)器，在相同的負(fù)載下，相比于普通的處理器，其能源需求可以降低90%

EnergyCore ECX-1000

EnergyCore ECX-1000是采用4核的ARM Cortex A9架構(gòu)，每個(gè)核心有32KB的一級(jí)緩存，共享4MB的二級(jí)緩存，主頻為1.1GHz至1.4GHz?，F(xiàn)在，采用EnergyCore ECX-1000的惠普Redstone 服務(wù)器，每瓦特性能是英特爾的15倍，換一種說(shuō)法，相同負(fù)載情況下，其能源需求降低的百分比和此前公布的90%也是相差不多。

惠普Redstone服務(wù)器

除了惠普外，戴爾也在今年宣布將生產(chǎn)ARM架構(gòu)處理器的服務(wù)器。

此前在服務(wù)器市場(chǎng)，ARM相比于英特爾的優(yōu)勢(shì)絕大多數(shù)在于能源效率上，不過(guò)這次，與臺(tái)積電的合作使得ARM在與英特爾的競(jìng)爭(zhēng)中又多了一把利器—3D晶體管技術(shù)FinFET，借助FinFET，ARM可以推出64位的3D處理器，來(lái)與英特爾叫板。

FinFET

3D晶體管技術(shù)FinFET的發(fā)明人為美籍華人胡正明，胡正明介紹到，普通三極管漏電流大，功耗大，工藝復(fù)雜，而FinFET的出現(xiàn)改善了這些問(wèn)題，它工藝簡(jiǎn)單，體積小巧，成為MOSFET發(fā)展的新方向。

傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的晶體管—場(chǎng)效晶體管 (Field-effecttransistor;FET)，其控制電流通過(guò)的閘門，只能在閘門的一側(cè)控制電路的接通與斷開，屬于平面的架構(gòu)。而 FinFET則是一種3D結(jié)構(gòu)，全名為FinField-effecttransistor，鰭式場(chǎng)效晶體管。通過(guò)類似魚鰭的叉狀3D架構(gòu)的閘門，來(lái)控制電路的接通與斷開。

通過(guò)這種3D晶體管閘門的設(shè)計(jì)可以大幅改善電路控制并減少漏電流(leakage)，也可以大幅縮短晶體管的閘長(zhǎng)，將晶體管制程工藝提高到更小的尺寸，以達(dá)到摩爾定律的預(yù)測(cè)。>>

我們來(lái)看在IDF2012大會(huì)上，英特爾官方給出的22nm三柵極晶體管結(jié)構(gòu)圖，對(duì)比FinFET晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖，兩者都是采用3D結(jié)構(gòu)的閘門(英特爾中文翻譯為柵)，來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體管電路的接通與閉合。在英特爾官方介紹中，也用到了“鰭”這一個(gè)字來(lái)形容閘門。

22nm三柵極晶體管

由于被看做是下一代晶體管技術(shù)，目前許多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都在研究FinFET技術(shù)。作為芯片代工企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，臺(tái)積電自然也不例外的加入到了FinFET的研究隊(duì)伍中。

FinFET晶體管研究

調(diào)查機(jī)構(gòu)Future Horizons的一位分析師認(rèn)為，由于臺(tái)積電過(guò)去龐大而不可能倒閉。臺(tái)積電關(guān)聯(lián)著全球2%的GDP(生產(chǎn)總值)，這比韓國(guó)一個(gè)國(guó)家占得比例還要高。臺(tái)積電不可能倒閉，不過(guò)同時(shí)也意味著與臺(tái)積電合作的無(wú)晶圓廠的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)是將他們的業(yè)務(wù)都?jí)涸诹艘粋€(gè)籃子里。一旦臺(tái)積電的芯片晶圓工藝出現(xiàn)問(wèn)題，很多芯片設(shè)計(jì)廠的產(chǎn)品都會(huì)受到影響。

臺(tái)積電代工的Cortex-A15

ARM 與臺(tái)積電和合作由來(lái)已久，例如ARM CortexTM-A9和Cortex-A15處理器，就有采用臺(tái)積電提供的芯片晶圓。不過(guò)臺(tái)積電表示，雖然與ARM簽訂了多年的合作協(xié)議，但是其余英特爾的合作關(guān)系并沒有因此改變。

全文總結(jié)

服務(wù)器市場(chǎng)一直以來(lái)都是英特爾一家獨(dú)大，ARM的來(lái)勢(shì)洶洶未必不是一件壞事，給服務(wù)器芯片市場(chǎng)帶來(lái)一些不確定因素，最終受益的是廣大的消費(fèi)者。ARM究竟能給英特爾帶來(lái)多大的沖擊，拭目以待吧。當(dāng)然也別忘了還有AMD和IBM，在新的局面下又將何去何從?

zhaohang