ARM架構要逆天?

2020-06-26 13:14:15 來源:EETOP

經過多年謠傳,蘋果「總算」宣布Mac將逐步從Intel處理器轉移到「Apple Silicon」,預計年底推出首臺采用自家ARM指令集相容處理器的Mac電腦,也傳出臺積電將編列「300人大軍」團隊,從研發、設計、制程、封裝都提供「火力支持」的消息。

與前代PowerPC 轉x86 的Rosetta 相隔15 年,從x86 轉譯為ARM 的Rosetta2 動態二進制碼轉譯器(Dynamic BinaryTranslation),目前尚未公布有啥特殊的神兵利器和暗黑科技,可同時產出x86 與ARM 版本的Universal 2 開發工具就沒啥好提的。唯一可確定的是,那個開發者轉換套件(Developer Transition Kit)之所以不使用A13,而是A12Z,多半基于更多運算核心數量與更高容量存儲器的需求。

無獨有偶的,當蘋果在WWDC發表「狼終于來了」重大宣示時,以Fujitsu A64FX處理器組成的日本超級電腦「富岳」奪得Top500榜首,Ampere發表80核心(第四季提升到128核)、主頻3.3GHz、功耗250W的Altra服務器處理器,一同共襄盛舉。接著各大社群媒體就冒出了不少「ARM要逆天了」、「x86指令集包袱早該丟掉」、「x86-64架構老舊難以擴展」等曠世高見,但這些其實都不是重點。

和「架構」毫無瓜葛

「將指令集架構和處理器微架構劃上等號,傻傻分不清楚」,這已經算是稀松平常、隨處可見的觀念謬誤了。指令集架構(Instruction Set Architecture)是「電腦的語言(x86、ARM、RISC-V、PowerPC、SPARC、MIPS、Alpha、PA-RISC)」,處理器微架構(Microarchitecture)則是實作的執行硬件(一堆琳瑯滿目的核心代號,像Skylake、Sunny Cove、Zen 2、WillowCove),兩者演進彼此互動,像沒事就直接以存儲器為運算目標的x86指令集,就很需要超高效率的快取存儲器子系統,但并非絕對,過去近30年的歷史,已經充分證明了這件事。

x86 指令集再毫無道理可循,英特爾AMD 也能靠著龐大的個人電腦(還得加上云端數據中心)市場和投入天文數字般的研發資源,研制出效能頂尖、晶體管預算幾乎砸在「軟軟件最常使用的簡單指令」的x86 處理器。而AVX 這個x86 指令集歷年最大改革問世后,x86 指令集擴張速度更是一飛沖天(連英特爾自己在公開文宣都不想列出從AVX 到AVX-512 的新增指令數目了),無論英特爾還是AMD,處理器微架構推陳出新,更是毫無停滯跡象,完全沒有「因為架構老舊所以難以擴展」這回事。寫出這句話的人,真的知道自己在講哪個層次的「架構」嗎?

「指令集架構」不是絕對的因素

像奪下Top500榜首的富岳超級電腦采用的Fujitsu A64FX就是很好的例子,本質上根本就是將指令集架構從SPARCv9和HPC-ACE2換成ARM v8.2-A加上SVE的SPARC64 XIfx處理器,先前的核心微架構、多核心分區規劃、大型主機等級的資料可靠度等,幾乎原封不動的從SPARC64 XIfx搬到A64FX,Fujitsu做這個決定的背后考量也不是為了效能,而是要沿用ARM臺積電芯片生態系統,加速研發和生產時程。

講的更白一點:死忠果粉和長期用戶選擇的是「靠著高度軟硬件垂直整合而達到最佳使用者體驗」的蘋果,不是ARM 也不是英特爾。所以這件事扯到ARM 和x86 怎樣怎樣,一點意義都沒有,人家就只想要整合生態系統,順便降低產品成本。至于這次轉移工程,究竟需要多少時間和代價,會不會因此「動搖國本」(當下的Mac 軟件資產規模已非15 年前吳下阿蒙),那就是蘋果自己要承擔的風險了。蘋果統一處理器指令集架構,誰是第一個潛在受益者?使用Mac 開發iOS 應用程式的人,有機會在Mac 享受「最接近原生硬件」的測試與執行環境了,不必像過去多了模擬層,可能會在實際iOS 裝置出現的問題,卻不會在跑Xcode 的MacOS 時發生的狀況。

另一個受益者,理所當然的就是替蘋果制造芯片臺積電了,Mac 在全球個人電腦的占有率約7%,排名第四,次于Lenovo、HP、Dell,略高于宏碁和華碩,說大不大,說小不小,但即使芯片出貨單價將遠低于英特爾賣給蘋果的價碼(畢竟只有代工),對臺積電的業績,也是不無小補。

誰又是第一個受害者?

除了英特爾還能有誰?平白無故逐漸失去「全球個人電腦7%」,對業績肯定是明顯的傷害。曾經看似有希望「啃蘋果」的AMD 也是潛在的受災戶候選人,但并不代表蘋果轉移過程就沒機會「短暫引進」AMD 處理器,這倒是值得觀察一下。

第一臺改用自家晶片的Mac 會是哪個產品線?

大概從「最不需要高性能」的輕薄型MacBook踏出第一步吧。但這卻也衍生出一個大問題:那像MacPro 這類工作站類型的高階桌機,既然也要轉進Apple Silicon,那這意味著,蘋果將自行打造Xeon 等級的大型化多核心高主頻ARM 處理器,甚至有機會直逼IBM Power 服務器家族的等級。這背后暗藏了無數深水炸彈,特別是深度流水線的處理器微架構、一定程度的高可用性(RAS)與高效能的快取數據一致性協定(Cache CoherenceProtocol)。最起碼,身為「商業化RISC 處理器的始祖精靈」之一的IBM 也是累積了幾十年經驗,才有能耐持續推出地球最高端的RISC 處理器,這些「know how」一點都不簡單,這也將是Apple Silicon 研發團隊即將面對的最艱巨挑戰。

不過如果蘋果愿意研發高單價的大型芯片,對臺積電來說,當然是天大的利多,臺積電特別編列技術支持團隊,恐怕就是為了這件事(假若僅讓Mac 沿用iPhone、iPad 處理器,就沒必要如此大費周章)。弄得不好,看在Mac Pro 出貨量也沒多少的份上,蘋果做的高端Apple Silicon 整體成本還高于跟英特爾購買Xeon,也不是太讓人意外的結果。蘋果會順便連獨立GPU都自己做嗎?延續AMD 的可能性比較高,此外,基于對AMD GPU的「熟悉感」,Mac用的Apple Silicon,像三星從AMD 授權相關IP,再整合到自家芯片,也有機率不低的可能性。

短期內有哪些對用戶的影響?

這兩天社群網路媒體的輿論浮現很有趣的兩極化觀點:「對ARM處理器性能沒信心者,想趕快買臺英特爾版Mac 放著」、「原本想入手搭載新型鍵盤的Mac ,但看到換心手術后的Mac 可原生執行iOS iPadOS 應用程式,寧愿按兵不動等年底再出手」。蘋果宣稱Mac 芯片轉換將在「兩年內完成」,這段期間,使用者和開發者的后續反應,絕對是極度有趣的話題。

 

來源:EETOP整理自technews 作者:癡漢水球

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