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九五至尊2娱乐手机版2·Arm Mali GPU的噩梦:三星、华为纷纷转向自研

发布时间:2020-01-09 09:18:58 阅读次数:2942

九五至尊2娱乐手机版2·Arm Mali GPU的噩梦:三星、华为纷纷转向自研

九五至尊2娱乐手机版2,目前在桌面级的cpu市场,是英特尔和amd两家的天下。而在桌面级的gpu,特别是独立显卡市场,则是被nvidia和amd两家垄断。数据显示,nvidia占据了66.3%的独立显卡市场,amd的份额则为33.7%。虽然英特尔正准备推出自研的独立显卡,但是想要与nvidia和amd竞争却并不容易。

而在移动cpu市场,arm的cortex系列cpu一家独大,其他的例如mips、risc-v、x86架构都难以与其抗衡。但是,在移动gpu市场,arm的mali系列gpu的老大地位却并不稳固。

虽然,自从2017年苹果宣布将在两年内弃用imagination technologies的gpu技术之后,arm的mali系列gpu便开始少了一个强有力的竞争对手。而且近年来采用arm mali系列gpu的华为手机芯片的出货猛增,也帮助arm提升在移动gpu市场的地位。但是,高通自研的adreno gpu仍占据了相当一大部分的市场份额(高通的adreno gpu源自ati的imageon,amd收购ati后,将移动设备资产出售给了高通)。

来自unity的数据显示,截止至2016年7月,移动gpu市场(包括安卓,ios,wp设备)市场排名为:arm(35.9%)、高通(32.4%),苹果(16.0%),imagination(11.2%),vivante(1.9%),broadcom (1.1%)、nvidia(0.7%)、intel:(0.4%)。

近年来,随着以智能手机为代表的移动市场竞争的进一步升级,为了提升自身手机产品的竞争力,三星、苹果、华为等头部的智能手机厂商继打造自己的手机soc之后,纷纷加码投入自研cpu、gpu、npu及基带芯片等核心器件当中。

今年6月,三星与amd达成合作协议,三星将可采用amd最新的rdna架构gpu自行设计手机gpu核心。另外,自“中兴事件”、美国制裁华为之后,华为便开始进一步加大了对于自研核心芯片的投入。近日有传闻称,华为除了自研的cpu之外,还在研发自主的gpu芯片。而这无疑将对arm在移动gpu市场的地位产生威胁。

苹果:cpu/gpu/基带即将全面实现自研

iphone 4是苹果手机发展历程当中的非常重要的一款产品,因为苹果自iphone 4开始,首次采用了自己的a系列处理器。而在此之前,都采用的是第三方的处理器。第一代的苹果a系列处理器是基于arm的公版coretx-a8内核,随后的几代产品也依然是基于arm的cortex内核。直到2013年9月,苹果发布了首款自行研发的基于64位arm v8双核心的处理器——苹果a7,这也是全球首款64位的处理器。在此之后,苹果的a系列处理器便开始一直采用自研的cpu。

在gpu方面,自苹果a系列处理器推出之后,一直采用的都是imagination公司的powervr系列gpu,成为了imagination公司的最大客户。直到2017年4月,苹果公司宣布将在两年内放弃使用imagination的一切技术,包括专利、知产、保密信息等等。而苹果之所以会做出这样的决定,是因为其自研的gpu获得了突破。

其实,早在2013年的时候,苹果就已经开始在研发自主gpu。苹果当时召集了许多gpu高级人才组建团队自主设计gpu,amd前图形设计首席技术官raja koduri也在其中。但是,当时苹果在自主gpu的研发上并不顺利,这点从raja koduri随后重返amd就可以看出。所以,苹果在2014年仍然与imagination续签了为期多年的授权协议,涵盖了imagination公司当时全部的和未来几年的powervr图形和视频技术专利。不过苹果并未放弃自主gpu的研发。

2016年上半年,苹果进一步扩大了其gpu研发部门,四处招揽gpu研发人才。同时还不断从合作伙伴imagination那里挖人。或许由于苹果是其最大的客户,所以对于苹果的挖角,imagination似乎是有些“敢怒而不敢言”。

虽然2017年9月苹果推出的a11就有媒体称其集成的gpu是苹果自研的,但是实际上,其似乎仍然是基于imagination的ip定制的。因为它的内核设计与之前imagination的rogue非常相似。值得一提的是,苹果在a11处理器上还首次集成了自研的npu内核。

图片来源:techinsights apple a12 die shot,chiprebel apple a11 die shot

随后苹果在2018年推出的a12的gpu仍支持pvrtc(powervr纹理压缩),这是一种专有格式,意味着其gpu仍有可能与imagination的ip相关联。

结合苹果在2017年时所宣布的,“将在未来两年内放弃使用imagination的一切技术”来看,苹果应该会在今年9月发布的a13处理器上采用自研的gpu。

另外需要指出的是,苹果近几年一直在研发自己的基带芯片,特别是在今年斥资10亿收购了英特尔基带芯片业务之后,预计苹果自研的手机基带芯片的研发进程将会进一步加速,预计在未来两年内就将会商用。

三星:结盟amd,预计两年内推出自研gpu

2015年,三星在韩国发布了14nm finfet 工艺的exynos 8890八核处理器,而这款处理器的特别之处在于,其cpu采用四个基于arm v8指令集自研的“猫鼬”架构的大核,以及四个arm cortex-a53的小核。而在此之后,三星的旗舰处理器便开始了对于自研的“猫鼬”cpu架构的持续升级。

经过几年的时间的演讲,目前三星的自研cpu架构已经到了第四代。2018年,三星推出的exynos 9820处理器,采用了两颗第四代自研大核心,两颗cortex-a75和四颗cortex-a55组合而成,同时还首次加入了自研的npu。

值得一提的是,在2018年8月,三星还正式发布了首款自研的5g基带芯片exynos modem 5100。而在今年年初发布的三星galaxy s10 5g版的韩国版本则采用了exynos modem 5100基带。

而在三星自研cpu、npu、基带芯片的全面崛起的同时,三星也早已开始了自研gpu的开发。早在2017年之时,业内就有消息称三星正在开发自研的gpu。2018年,三星挖来了nvidia老将、gpu技术专家吕坚平(chien-ping lu)博士,他将负责领导gpu研发团队。

资料显示,吕坚平曾在英伟达参与了集成gpu的 nforce芯片组研发,igp集成显卡芯片组也是他主导的。值得一提的是,在nvidia之后,吕坚平博士加入了联发科,主导联发科的自研gpu计划,不过这款自研gpu后来由于各种原因被取消了。

或许是自研gpu的开发上遭遇了挫折,毕竟gpu市场已经相当成熟,完全独立开发的话,就需要避开其他gpu厂商的专利,这并不容易。于是,三星开始寻求gpu大厂amd进行合作。今年6月,三星正式宣布与amd达成合作协议,amd将最新的rdna架构gpu授权给了三星,让三星可以自行设计相应的gpu核心。值得注意的是,在双方达成合作之前一个月,吕坚平便从三星离职了。

根据外界预计,三星将会在未来两年内推出集成amd radeon图形处理技术的移动gpu,而新的移动gpu将有望大幅提升三星手机图形处理能力。

华为:除了自研的手机soc/基带/npu,自研cpu/gpu也在进行中 ?

一直以来,华为在很多核心器件上都坚持自主研发,除了华为近期曝光的针对高清智能电视的“鸿鹄”处理器之外,华为海思芯片家族已有麒麟、巴龙、鲲鹏、昇腾、天罡、凌霄等产品系列。

早在2004年,华为就成立了海思半导体,从事相关手机芯片的研发。到2009年华为的首款手机处理器k3v1才正式发布,不过这款芯片主要是面向中低端市场,在当时也并未获得成功。而随后华为在2012年推出的四核coretex-a9处理器k3v2,则在当时的市场上获得较高的关注,华为还在当时的旗舰ascend d上搭载这款处理器,并取得了一定的成绩。不过,此后近两年的时间,华为未推出新的芯片,一直是靠k3v2打市场,因此也备受外界吐槽“万年k3v2”。

实际上,华为这段时间是在针对k3v2上所出现的问题进行深度的改进,2014年,首款“麒麟”处理器——麒麟910成功面世。虽然麒麟910只是k3v2的升级版,但是其解决此前k3v2的一些列问题,同时还首次集成了自研的巴龙(balong) 710 lte多模基带芯片。而在此之前,华为手机芯片都是外挂基带。

其实在华为开始研发手机处理器的同时,华为也同步开始了基带芯片的研发。2008年9月,华为正式成立lte ue开发部门,启动lte芯片的开发。2010年初,华为就成功推出了业内首款支持lte fdd和td-lte双模的balong 700芯片。2012年,华为发布了业界首款支持lte cat.4的多模lte终端芯片巴龙710,并成功整合在麒麟910系列处理器中。

此后数年,随着智能手机市场的快速爆发,华为在麒麟处理器和巴龙基带芯片上也是快速的升级迭代。2017年9月,基于10nm工艺的麒麟970的成功发布可以说是麒麟芯片一个里程碑,其整体的水平首次达到了与高通骁龙旗舰处理器一样的高度,甚至在多方面更具优势。比如,麒麟970首次集成了npu内核,同时其集成的巴龙基带可支持let cat.18(4.5g,pre 5g),支持5载波聚合,4×4 mimo以及256qam,能够将数据的传输效率最大化,超过了高通骁龙835搭载的千兆级基带芯片骁龙x16,达到了与当时高通才发布不久的骁龙x20一样的1.2gbps的下载速率。

随后在2018年2月,华为又率先发布了旗下首款5g商用芯片——巴龙5g01(balong 5g01)和5g商用终端——华为5g cpe。今年年初,华为又抢先高通发布了首款sa/nsa双模5g基带芯片巴龙5000。

另外值得一提的是,华为麒麟970和麒麟980集成的npu都是基于寒武纪科技的npu的ip,而今年7月,华为发布的麒麟810处理器,则首次集成了华为自研的全新达芬奇架构的npu,而其强悍的ai性能让麒麟810一发布便登顶了权威机构ai-benchmark的排行榜。

可以说,目前华为设计的麒麟处理器,自研的npu、巴龙基带芯片都已经达到了全球顶级的水平。但是,需要指出的是华为的麒麟处理器当中的cpu内核和gpu内核都是来自于arm。而在今年5月,美国将华为列入出口管制“实体名单”之后,arm便中断了与华为的合作,这也意味着华为未来新的移动芯片的开发,可能将由于无法获取arm最新的ip授权许可,将会遭遇困难。

所幸的是,华为此前已经获得了armv8架构的永久授权,也就是说,华为不需要arm提供的已经设计完成的ip核,而是直接获取设计这些ip核的指令集授权,这样华为可以对ip核进行大幅度的改造,甚至可以对arm指令集进行扩展或缩减。而目前的主流的arm手机处理器cpu核心基本都是基于armv8指令集设计。

因此,华为完全可以基于armv8指令集自主设计处理器,并且拥有完整知识产权,不受美国禁令制约。比如苹果的a系列处理器、高通的部分高端旗舰处理器、三星的基于猫鼬核心的cpu都是基于arm指令集授权进行自主设计的。另外,今年1月,华为发布的高性能服务器处理器——鲲鹏920就是华为基于armv8指令集自主研发的。

所以,芯智讯(id:icsmart)判断,华为接下来必然会基于armv8指令集设计自主的手机cpu内核。虽然,华为也可以选择开源的risc-v架构来设计自主的cpu内核,但是,在性能risc-v架构可能还无法与arm在手机市场抗衡,并且在软件兼容性上可能也会有问题,其更适用于物联网市场。因此,华为大概率会基于armv8指令集设计自主的手机cpu内核。

而近日,据台湾媒体报道,相关供应链人士指出,“海思目前正在开发设计多种芯片,从移动设备使用的一系列芯片,到多媒体显示芯片及电脑使用的 cpu、gpu。而且,海思芯片使用的技术全部集中在台积电 7nm 以下先进制程技术,同时顺势包下台湾后段封测厂及下游 pcb 行业的产能”。

对于这个消息,芯智讯(id:icsmart)认为,华为除了会设计自主的手机cpu之外,接下来确实可能会设计自己的gpu。因为,美国禁令的存在,华为接下来将无法使用arm的新的mali gpu。另外,对于智能手机来说,gpu的性能直接影响到手机的画面显示、画面流畅度,特别是在大型游戏、ar/vr方面的体验,甚至还会影响到手机ai方面的能力(gpu的ai运算能力远高于cpu)。因此,要想进一步提升手机处理器的竞争力,自研gpu也是必然。

所以,我们可以看到,苹果、三星等一线的头部手机品牌厂商都在开发自己的gpu内核。而高通的骁龙旗舰处理器备受手机品牌厂商欢迎,其中一大关键因素就是其自研的adreno gpu的出色性能表现。

不过,要研发自己的gpu并不是一件易事。苹果自2013年开始研发以来,到目前尚未商用,虽然可能已接近成功,但是这也是基于其与imagination长期合作,同时挖去了大量的gpu人才基础之上的。三星更是研发了数年,还遭遇挫折,最终选择与amd合作。我们不难看出,gpu的研发的困难程度之高,同样华为想要推出自研gpu也绝非易事。

不过,芯智讯倒是认为,华为其实可以先选择与imagination合作,进行gpu联合定制入手。毕竟在2017年9月,移动gpu大厂imagination 就已经成功被中国背景的私募基金canyon bridge以5.5亿英镑收购。目前imagination已经算是一家中资企业,并且也正在大力开拓国内市场。

此前imagination中国区总经理刘国军在接受媒体采访时就曾表示,中国市场占imagination的总营收约为10%,第一任务是要抓整个中国地区的市场份额。

芯智讯认为,华为甚至可以考虑从canyon bridge手中直接把imagination买下来。当然,现阶段不太可能,毕竟美国禁令存在,华为对imagination的收购可能得不到美国监管机构的审查批准。

另外,前面的消息说华为要设计电脑使用的cpu和gpu,这恐怕就是胡说了。谁都知道,目前电脑市场的cpu/gpu竞争已经是极度的成熟,剩下的几个玩家早已经垄断了市场好多年(文章开篇就有提及),生态也已经是非常的成熟,华为介入完全没有机会。当然,类似基于arm架构的骁龙 win10笔记本倒是有些机会(即推出基于arm v8指令集的自研cpu以及自研gpu的麒麟处理器的windows笔记本),但是目前骁龙win10笔记本在市场上的反馈一般,而且目前微软也仅与高通一家芯片厂商在合作。

小结:

仅从智能手机市场来看,三星、苹果、华为等头部的智能手机厂商,纷纷选择自研cpu、gpu、npu,将不可避免的对arm的授权业务造成影响,即便是这些cpu仍是基于arm v8指令集授权,但是毕竟是一次性付费授权。gpu更是不必说,如果三星、华为都转向采用自研gpu,无疑将会对arm的gpu授权业务造成重创,因为仅剩的能够为arm gpu授权业务做贡献的手机芯片厂商就只有联发科和紫光展锐了,而紫光展锐同时也有用imagination的gpu。

图片来源:counterpoint

此前counterpoint分析师parv sharma就曾表示,“由于美国对华为的禁令,arm与华为及其子公司海思的业务将受影响,因此arm在移动gpu的市场份额将大幅下降,预计未来几年的份额可能降至30%以下。”

从物联网市场来看,arm的cpu授权业务正受到risc-v的挑战,虽然目前影响程度还比较有限,但是risc-v的生态目前正在快速壮大,众多的一线的芯片设计厂商正纷纷入局。因此,arm也开始被迫通过下调授权费,推出新的授权合作形式来应对。

另外,随着ai市场的崛起,众多的ai芯片也是如雨后春笋般出现。三星、苹果、高通、华为都纷纷开始在自己的手机芯片中集成了自研的npu内核,华为甚至还推出了自研的ai云端芯片。这也使得arm推出的相关的ai内核ip一下子缺少了头部手机大厂的支持。

作者:芯智讯-浪客剑

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