英特爾(Intel)的x86架構多年來一直稱霸PC處理器市場，隨著蘋果(Apple)以iPhone、iPad開啟全球智慧型手機、平板電腦等行動裝置時代，x86架構卻未能在行動市場取得一定地位，反讓屬於開放架構的安謀(ARM)藉由處理器架構授權，稱霸全球行動裝置處理器架構領域。究竟，ARM架構靠著哪些優勢，讓x86架構毫無招架之力？
CISC與RISC架構之爭
安謀建構一個龐大行動晶片授權生態系，為布局新興物聯網晶片領域打下基礎。法新社
ARM處理器架構一大特色是基於「精簡指令集運算」(RISC)架構的產物，反觀x86架構是基於「複雜指令集運算」(CISC)架構的產物，為兩大處理器設計典範、各具優劣勢。相較於RISC架構，CISC架構所能提供的工具也更專業且強大，RISC架構相對基本且效能不足，這是CISC架構能夠支援需要強大效能PC的一大因素。
在RISC架構，每條指令直接指定中央處理器(CPU)要執行的動作相對精簡，這意謂CISC架構相對複雜，通常是將每條指令進一步細分為一系列微操作；一個CISC架構能將更多細節編碼為單一指令，藉以大幅提高效能。如RISC架構可能只有1或2個「Add」指令，反觀CISC架構可能有多達20個，取決於資料類型和其他計算參數差異而定。
至於為何在行動處理器領域，CISC架構的強大效能未能獲得青睞，一大主因是CISC架構開發所需投入人力、各項成本相對高，要管理CISC架構所有工具所需投入成本也更高，因各個設計者可能會採用不同類型的原材料。反觀採RISC架構開發處理器不用擔心這些，基本工具就能解決任何開發上的課題。
ARM架構三大優勢：低功耗、異構運算、開放授權
ARM架構另一大吸引行動系統設計人員採用的優勢，在於可提供更佳的功耗效率。因為在不論行動裝置或嵌入式裝置領域，這些裝置的開發商都不斷在追尋更低功耗的目標，可說低功耗目標遠比運算效能還來得更重要。
即使電池技術逐年在改善，可提供行動裝置更長的續航力，但在行動裝置產品設計的散熱以及功率消耗仍然是主要的行動裝置開發限制因素之一，這也是為何在行動裝置中，不見導入大型PC處理器的原因。即使PC處理器效能強大，但很容易就會出現過熱，且可能只能維持幾分鐘的電池續航力。
一顆高階桌上型電腦x86 CPU，負載時可能會消耗200W功耗，但一顆行動處理器最大功耗卻只有約2~3W，一來一往即有相當大差異。即使可以用x86架構開發出一個低功耗的CPU，但實情是x86架構最適合運用在開發效能更為強大的處理器上，也就是如此，以ARM架構設計PC處理器、或以x86架構設計行動處理器的案例都不多。
但仍不斷有嘗試突破的業者，如近期外傳蘋果可能將在2021年，推出搭載蘋果自研、以ARM架構為基礎所開發新一代處理器的Mac電腦和NB產品線。高通(Qualcomm)也持續發展採ARM架構所開發的常時連網 (Always Connected)NB陣營。
至於為以ARM架構可以提供出色的低功耗效率，仍需回歸其RISC架構以及相對簡易的架構本質，因為RISC架構無需如CISC架構要處理多種類型的指令，內部架構才能夠更為簡易；管理RISC架構處理器所需成本也比較低，這都直接轉化為節能的優勢。RISC架構設計更簡易，意謂可直接將更多電晶體運算轉化為實際效能；卻也因無法如x86晶片能夠快速處理多類型指令，從而帶來了效率優勢。
ARM架構另一關鍵優勢，在採取big.LITTLE異構運算架構。這類設計在同一晶片中內建兩顆協同處理器，其一為相當低功耗核心，另一則為高效能核心，藉此晶片會分析系統利用率，來決定要採用哪個核心提供運算。若行動裝置處於閒置或基礎運算下，就會由低功耗(LITTLE)核心提供運算、效能較強大(big)核心則關閉，安謀宣稱藉此可節省達75%功耗。也由於具備完全關閉任一核心的技術，在節能方面擁有高度優勢。
安謀本身不做晶片，而是將自有IP架構開放授權給外部晶片製造商，此一策略是讓安謀掌握市佔的另一關鍵。如蘋果、高通、NVIDIA、超微(AMD)、華為、三星電子(Samsung Electronics)、博通(Broadcom)、亞馬遜(Amazon)、富士通(Fujitsu)等，均是安謀合作廠商，藉此構築起一個龐大的授權生態系。
上述這些大廠近年來，持續嘗試要讓安謀架構挺進PC、資料中心伺服器、物聯網(IoT)裝置等晶片領域，除了高通、蘋果以微軟(Microsoft)嘗試將ARM架構導入自家產品線的努力外，在資料中心這個高度耗電的領域，ARM架構的低功耗特性也是業界探討導入可行性的重點。近期亦可見ARM架構有更多大規模運算的應用，目標可提供超越既有x86架構的效能及功耗提升優勢，即使這塊領域依舊是x86架構的天下。
新興的物聯網裝置領域同樣有ARM架構足跡。如亞馬遜Echo及Google Home Mini，均是內建ARM Cortex核心處理器，並已成為業界標準。安謀也建立了一個龐大的IP支援生態系，提供合作客戶可購買加速器、編碼器、解碼器、媒體處理器等技術授權的服務。
行動SoC大戰國時代
近年全球行動運算市場在對更低功耗及更節省空間有更高要求下，也讓ARM架構走進了行動裝置系統單晶片(SoC)設計領域。即使CPU與SoC有許多相似之處，SoC確實才是下世代行動運算發展趨勢，這讓ARM架構能持續掌握未來全球行動運算市場商機。
SoC設計並非完全適用各類消費性電子產品，畢竟SoC仍有空間限制，這讓DT電腦或主流NB產品不太可能採SoC設計。SoC如同RISC架構典範般，非常適合低功耗設計、但不用達到PC所需的太高效能要求。據IPnest調查，2019全年ARM架構設計IP營收較2018年略為下滑，從2018年的16.1億美元略降至16.08億美元，減幅為0.1%，這與2018年營收略較2017年下滑的情況相似。
雖然截至2019年底，ARM架構設計IP全球市佔率為40.8%，仍大幅超越新思(Synopsys)以及益華電腦(Cadence)等競爭對手，但已經不如過去曾一度掌握約5成市佔的光景，也較2018年的44.7%市佔率再下滑近4個百分點。
"行動" - Google 新聞
May 04, 2020 at 01:12AM
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