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NB處理器架構大戰一觸即發
Intel vs. ARM(WOA)

【作者: Gartner】   2012年12月07日 星期五

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PC市場現仍以x86架構為主,不過為因應行動化的趨勢對效能、繪圖與待機時間方面之需求,市場正出現典範移轉(paradigm shift)。未來,英特爾與超微(AMD),將與高通、德儀、三星、Marvel與Nvidia等ARM陣營廠商競逐次世代PC/NB市場。


PC行動市場崛起 為SOC廠帶來商機


如圖所示,桌上型PC市場預料將微幅成長,2008至2016年間年複合成長率(CAGR)為0.4%。PC市場的成長動能主要係來自NB(也稱mobile PC),同期包括小筆電的年複合成長率為15.8%。NB成長較快,占市場比重亦最大,因此在系統單晶片(SOC)廠商企圖從平板市場跨足PC、滿足低耗能與超長待機時間需求之際,NB也將成為SOC廠商主要商機之所在。



圖一 :  桌上型PC、NB與小筆電出貨量比較 資料來源:Gartner(2012年6月)
圖一 : 桌上型PC、NB與小筆電出貨量比較 資料來源:Gartner(2012年6月)

英特爾x86架構定義PC市場


多數電腦史學家認為,1971年英特爾推出的首款微處理器Intel 4004,宣告了處理器時代的來臨。IBM首批PC選擇採用英特爾產品後,英特爾自此成為中央處理器(CPU)市場龍頭。不論就設計或製造能力來看,英特爾一直是PC與伺服器市場中開發微處理器的翹楚。雖然過去半世紀來許多對手自行開發處理器架構,英特爾仍然是處理器單位出貨量最高的廠商,就各類半導體產品營收而言亦為半導體廠之冠。


全球前十大半導體業者微處理器業務規模中(參見表一),英特爾市占達三分之一,位居第二的高通於2011年營收尚不及英特爾的五分之一。



圖二 :  全球前十大半導體公司特殊應用裝置用微處理器營收(單位:百萬美元)資料來源:Gartner(2012年6月)
圖二 : 全球前十大半導體公司特殊應用裝置用微處理器營收(單位:百萬美元)資料來源:Gartner(2012年6月)


分析英特爾競爭優勢時,可看出其實力的確堅強,不會輕易讓出PC市占,其主要強項包括:


擁有標準企業運算平台


傑出的半導體製造與工程設計能力


擁有涵蓋系統、次元件(subcomponent)、行銷、支援與軟體的強大生態系統


擁有強大創投部門且資金龐大


英特爾在上述項目站穩腳步,使其有能力在態勢底定的PC市場特定領域發動新的戰爭,因為它不論在公司規模、實力或財務方面都極具競爭力。到目前為止,仍然無人能對英特爾在PC市場中的地位造成實質威脅。


ARM陣營 定義智慧手機與平板市場


智慧手機與平板的普及率急速攀升,促使採用ARM架構的應用處理器廠商擴大規模並提升產能以提升市占。使得ARM架構系統單晶片廠能夠有所選擇,亦有能力進軍下一個採用現有高效能省電ARM晶片的大型市場 ─ PC市場。



圖三 :  為了打進行動市場,微軟推出基於ARM架構的Windows RT作業系統,這也讓ARM有機會進軍Intel主導的PC/NB市場。(圖為微軟總裁Steve Ballmer) Source:Microsoft
圖三 : 為了打進行動市場,微軟推出基於ARM架構的Windows RT作業系統,這也讓ARM有機會進軍Intel主導的PC/NB市場。(圖為微軟總裁Steve Ballmer) Source:Microsoft


ARM架構裝置已從早期版本蛻變且快速進化。這些裝置剛開始相當簡單,僅有單一精簡指令集核心,現在則多半擁有多核心及各種繪圖功能。系統單晶片業者增加了核心的數量,優化半導體實作並納入相關繪圖晶片與其他IP,而ARM也持續提升品質,提供生態系統合作夥伴功能更強大的核心。


ARM在技術方面也擁有眾多擁護者,在許多半導體與設備業者、開發商都可以見到該公司技術,每每推出新設計都有大批開發商支援。


WOA預料將為ARM架構PC打開市場


ARM架構系統單晶片已在智慧手機市場嚐到成功滋味,進而廣為平板所採用。由於ARM架構系統單晶片已在平板領域展現省電特色,再加上即將推出的ARM架構PC,ARM架構系統單晶片可望進軍次世代NB市場。Windows為PC市場主流平台,而微軟這項產品也為ARM陣營系統單晶片廠打開了機會之窗。


然而,為了提升市占,ARM陣營系統單晶片廠必須盡快攻佔產業生態系統中英特爾尚未拿下的部份。更重要的是,支援ARM架構的Windows作業系統(WOA)若要在市場上獲得成功,微軟必須確保各種關鍵應用程式在此軟體平台下均可順暢運作,否則不論開發出何種ARM架構PC,對多數顧客來說可能都不具吸引力。



圖四 :  Toshiba在今年Computex推出採用TI ARM核心處理器的Windows RT平板概念機,不過,最新消息指出,此產品的上市規劃將會延後,市場猜測與Surface的推出可能有關。Source:Toshiba
圖四 : Toshiba在今年Computex推出採用TI ARM核心處理器的Windows RT平板概念機,不過,最新消息指出,此產品的上市規劃將會延後,市場猜測與Surface的推出可能有關。Source:Toshiba

Intel與ARM的主戰場:SOC


由於買方對行動裝置需求日增,晶片設計者一方面將面臨持續創新、高性能CPU與繪圖處理器(GPU)架構,以及最新I/O功能等諸多挑戰,又必須在平均售價持平甚至下滑的前提下,顧及行動裝置在耗電與散熱方面的限制。為了因應這些需求,次世代PC有必要採用系統單晶片(SOC)。


為了讓裝置更輕薄並提高行動能力,PC設計人員正設法減少系統中晶片數量。這促使CPU廠商將繪圖處理器融入CPU,同時提高效能並減少增加額外晶片的需求。展望未來,針對最後一批傳統上稱為晶片組(南橋與北橋晶片,目前仍為單一晶片)的部份進行整合將成趨勢,並在主要的CPU系統單晶片上整合所有功能。系統單晶片廠商應盡可能整合各種功能,以減少耗電並提高效能,同時透過降低整體成本提升PC製造商本身之價值。


高效能小型PC已帶動散熱模式管理與降低耗電方面的需求,同時卻要延長待機時間,讓裝置能全天運作而無需充電。所需電池的大小,則因為輕薄外型的散熱需求而必須有所犧牲。若要提高散熱與耗能模式卻又不致於犧牲效能,最好的方法就是採用新的處理器技術與幾何規格。


ARM架構系統單晶片打進PC市場,將迫使英特爾與超微加速開發x86架構系統單晶片。英特爾亟欲提供28奈米以下製程裝置並採用Tri-Gate技術,以突顯該公司因應耗電與散熱要求的能力更勝以往,以圖在平板與智慧手機的設計方面取得更多勝利。在ARM架構裝置致力提升市占之際,英特爾可望因為這項技術而得以保護自己在PC市場的利益。


ARM以節電模式聞名 惟英特爾市場地位仍穩


在ARM與合作夥伴持續提升解決方案效能之際,英特爾則致力於降低裝置耗能。該公司代號Ivy Bridge的次世代產品,使用了又稱為FinFET的3D電晶體架構技術。FinFET能大幅降低耗能,並提升現有Sandy Bridge的效能。英特爾方面初步成果證實,這項新技術可大幅減少耗能。


許多人認為,支援ARM架構的Windows 8作業系統是ARM架構系統單晶片廠商提高PC市占之路的最後一塊拼圖,但最重要的問題仍在於應用程式。如果微軟、NB代工廠與ARM架構系統單晶片廠商無法快速動員,將關鍵消費性應用程式移植到新款Windows作業系統上,並確保與既有應用程式回溯相容,商機可能未若預期。如WOA無法迅速獲得認同,處理器架構之戰恐將迅速落幕。


結論


由於ARM提升效能而英特爾則在耗能上有所改善,NB市場很快就會匯流,不論在代工廠之間或就消費者層面來說,市占率之爭都將因此加劇。


廠商大推NB,勢必帶動新世代PC系統單晶片開發。市場競爭將促使x86架構廠商加速推出更多的整合的節能產品。ARM陣營將有機會進一步擴張消費性市場,但其解決方案若要與同業競爭,則必須建立起良好的PC生態系統,並確保關鍵軟體應用程式能順暢移植到WOA作業系統上。市場中各種力量的串連,為次世代PC孕育了一個富含商機的戰場,新的處理器架構也有機會提高市占。


(作者為Gartner副總裁Martin Reynolds,研究總監 Alfonso Velosa,首席分析師Sergis Mushell、李輔邦,資深分析師Michele Reitz)


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