ARM和英特爾處理器架構(gòu)之爭不斷升溫。英特爾 x86如今的地位確實難以動搖，但是 ARM 具有顯著的功耗優(yōu)勢，在未來更具吸引力。那么什么樣的CPU最能滿足未來的需求呢？

ARM 于2011年發(fā)布了 Cortex-A15 處理器，它采用多核無序超標(biāo)量設(shè)計，主頻可高達(dá) 2.5 GHz。Cortex-A15 具有重要意義，因為它與前代的 ARM 設(shè)計背道而馳，前代 ARM 處理器以犧牲性能為代價實現(xiàn)最低能耗。相反，Cortex-A15 以實現(xiàn)強(qiáng)大的性能指標(biāo)為明確目標(biāo)，而把低能耗放在了次要位置。ARM Holdings 從本質(zhì)上來說是一家向其他制造商發(fā)放自身設(shè)計許可的知識產(chǎn)權(quán)公司，由制造商制造芯片，然后再將芯片應(yīng)用于其他制造商的系統(tǒng)產(chǎn)品之中。2012 年底，市場上開始出現(xiàn)采用 Cortex-A15 設(shè)計的產(chǎn)品，預(yù)計 2013 年將會出現(xiàn)更多此類產(chǎn)品。

但是，想要贏得未來競爭的處理器公司并不只ARM一家。幾周前，英特爾針對數(shù)據(jù)中心發(fā)布了基于自身凌動架構(gòu)的全新低功耗CPU。凌動 S1200 系列旨在提供x86在低功耗片上系統(tǒng)上的指令集兼容性。凌動S1200系列 主要針對微服務(wù)器和其他以性能為導(dǎo)向、功耗較低的應(yīng)用。

以下是三星Exynos 5250(對最近推出的 Cortex-A15 的授權(quán)實施)和英特爾凌動S1260(S1200 系列的高端產(chǎn)品)的簡要對比情況。Exynos 5系列應(yīng)用于最新的Samsung Google Chromebook和 Nexus 10平板電腦中。需要特別說明的是，三星Exynos5250與英特爾凌動S1260這兩款處理器都僅是龐大的處理器家族中的，因此對某一市場所進(jìn)行的最佳優(yōu)化并不完全適合另一個市場。最典型的示例就是 Exynos 的 4 GB內(nèi)存限制，這對于移動應(yīng)用來說很正常，但是顯然并不適合云計算。但是， Cortex-A15 架構(gòu)采用了一個 40 位的分頁內(nèi)存算法(“大物理地址擴(kuò)展”)，可支持高達(dá) 1 TB 的內(nèi)存。

* 注意：Exynos 5250 的功耗目前尚且未知，難以獲取。我尋遍所有三星文檔，也未能發(fā)現(xiàn)。我唯一的收獲是在 Stream Computing 找到了電壓預(yù)估。這一數(shù)值可能并不正確。此處的主要目的是說明它的功耗相當(dāng)?shù)?，可能低于凌?1260。

現(xiàn)在的問題是ARM和英特爾x86哪款CPU更好？然而這將引發(fā)另外一個問題：在哪方面更好？Leverhawk 主要感興趣的兩個市場是移動計算和云計算，因此，此后的分析也將更側(cè)重于這兩方面的內(nèi)容。

將要進(jìn)行對比的主要因素包括：

· 功耗

· 性能

· 應(yīng)用兼容性

· 數(shù)據(jù)中心特性

移動計算

在移動世界，如果其他條件都相同，那么功耗則是取得成功重要的決定性因素。雖然晶體管數(shù)量、內(nèi)存大小和磁盤容量都在不斷增加，但是電池性能并未隨之增強(qiáng)。ARM 架構(gòu)具有相當(dāng)出色的能效，因此，目前它廣泛應(yīng)用于包括智能手機(jī)和平板電腦在內(nèi)的各種移動設(shè)備中。但是除了智能手機(jī)和平板電腦外，移動市場還包括筆記本電腦和上網(wǎng)本。

談到智能手機(jī)和平板電腦時，用戶通常會有這樣的想法，“我希望設(shè)備能夠隨身攜帶，而且至少能夠運行一整天不用充電。設(shè)備不能太重，所以不能使用巨大的電池;設(shè)備必須具有出色的能效。但是除了電池需要能夠保持一整天外，我還需要設(shè)備保持較快的速度，因為我希望一直在設(shè)備上運行各種應(yīng)用。我無需在手機(jī)或平板電腦上運行與臺式機(jī)相同的系統(tǒng);我希望購買新軟件，以適合新的使用模式。我不需要 TB 級的內(nèi)存或者像 ECC 那樣卓越的數(shù)據(jù)中心特性。”

只要摒棄對現(xiàn)有操作系統(tǒng)和應(yīng)用的依賴并假定會出現(xiàn)新的應(yīng)用環(huán)境(比如 iOS 和 Android)，那么 ARM 將是絕對的贏家，因為它具有更出色的能效，同時還能提供良好的性能。

而筆記本電腦和上網(wǎng)本市場考慮的則會稍有不同?？赡軙沁@樣，“我希望電池能使用 3 到 6 個小時而無需充電。設(shè)備可以大一點、重一點，因此可以使用容量更大的電池。希望它能夠像臺式機(jī)設(shè)備那樣，只不過是移動的。所以，我希望設(shè)備能夠運行臺式機(jī)的應(yīng)用。使用電池時我可以在性能上做出一些犧牲，而插上電源后則可以獲得出色的性能。我需要幾 GB 的 RAM，但是無需卓越的數(shù)據(jù)中心特性。”

在這種情況下，操作系統(tǒng)和應(yīng)用的兼容性是需要考慮的主要特性，因此高能效的 x86 設(shè)計將是更好的選擇。

現(xiàn)在，這一切都顯而易見，因為市場已經(jīng)在按照這個趨勢發(fā)展。讓我們來看一下我們能否提取出一些要點：

· ARM 將繼續(xù)在移動設(shè)備領(lǐng)域中表現(xiàn)出色，而移動設(shè)備中出現(xiàn)新操作系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境則是再正常不過的了。用戶無法運行臺式機(jī)應(yīng)用，而且電池使用時間也非常重要。

· 但是，ARM 短期內(nèi)在筆記本電腦或上網(wǎng)本領(lǐng)域難以取得重要斬獲。如果我需要一臺可移動的臺式機(jī)，我希望能使用所有現(xiàn)有軟件。除非 iOS 或 Android 可以在具有傳統(tǒng)鍵盤的設(shè)備上運行，并開發(fā)一個足夠豐富的生態(tài)系統(tǒng)來替代我的所有臺式機(jī)功能，否則這種現(xiàn)狀難以改變。

· 可能會有一種例外，那就是高度受限的筆記本電腦/上網(wǎng)本，比如 Google Chromebook。在這些設(shè)備上使用 web 瀏覽器通過網(wǎng)絡(luò)運行應(yīng)用。這些設(shè)備并非適用于所有人，但是由于對全部軟件堆棧的嚴(yán)格控制以及使用的相關(guān)轉(zhuǎn)變，他們可以而且已經(jīng)使用了 ARM。

· 英特爾在手機(jī)和平板電腦等較小設(shè)備上的表現(xiàn)并不盡如人意。雖然最新的凌動設(shè)計與傳統(tǒng)的 x86 標(biāo)準(zhǔn)相比具有相當(dāng)出色的能效，但是它們的性能功耗比還是難以媲美最新的 ARM 設(shè)計。如果不需要與傳統(tǒng)的臺式機(jī)電腦軟件相兼容，那么 x86 則沒有任何優(yōu)勢。比如，我們看到微軟新的 Surface RT 平板電腦使用的是 ARM，而新的 Surface Pro 因為需要提供傳統(tǒng) Windows 臺式機(jī)的兼容性，則使用的是 x86。不過，Surface Pro 電池的使用時間只有Surface RT 的一半 。

· 這些要點最終顯示，對于傳統(tǒng)的 Wintel 生態(tài)系統(tǒng)巨人微軟和英特爾來說，ARM 是一個巨大的威脅。如果再考慮到智能手機(jī)和平板電腦正在成為許多移動員工的主要設(shè)備、移動是主要增長市場等因素，那么這一威脅將無限放大。風(fēng)險投資公司 Kleiner Perkins Caulfield and Byers 的合伙人 Mary Meeker 最近發(fā)布了一份報告，證明了這一觀點。目前，為 iPad 或 Android 平板電腦加裝鍵盤變得越來越普遍，而這將提高其與筆記本電腦和上網(wǎng)本的競爭力，推動 ARM 需求的增長。

云計算

那么，云計算和服務(wù)器端應(yīng)用呢？在這種環(huán)境中，英特爾 x86 架構(gòu)適合在家庭中應(yīng)用。事實上，目前大多數(shù)數(shù)據(jù)中心使用的都是英特爾至強(qiáng)產(chǎn)品。但在未來，是否將發(fā)生改變？ ARM 在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的價值定位簡單明了：ARM 具有出色的能效，而數(shù)據(jù)中心則需要大量耗能。使用基于 ARM 的處理技術(shù)可以降低數(shù)據(jù)中心的整體功耗，從而降低運行成本;同時更出色的散熱密度還有助于推動小型數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。

理論上聽起來不錯，但實際能否站得住腳呢？

為了回答這個問題，我們需要對將要運行的預(yù)期工作負(fù)載有所了解。關(guān)鍵的幾個工作負(fù)載包括：

· 傳統(tǒng)的 Windows 和 Linux 實例

· 功能單一、控制嚴(yán)格的工作負(fù)載，如數(shù)據(jù)庫

· 云計算

· 大型 web 資產(chǎn)

讓我們依次來了解這些工作負(fù)載。

· 傳統(tǒng)的 Windows 和 Linux 實例 — 這是如今我們所熟知的傳統(tǒng)的 IT 工作負(fù)載。用戶希望運行各種隨機(jī)的 Windows 或 Linux 工作負(fù)載。在這一應(yīng)用中，應(yīng)用軟件的兼容性是關(guān)鍵所在。硬件必須能夠在各種應(yīng)用間提供出色的性能。x86 在該情況下大放異彩。目前，微軟正在研究面向 ARM 的Windows 端口。雖然這將幫助遷移部分工作負(fù)載，但是它不能幫助遷移已經(jīng)在 x86 上運行的數(shù)十萬企業(yè)應(yīng)用。

· 功能單一、控制嚴(yán)格的工作負(fù)載 — 如果您可以嚴(yán)格控制所運行的應(yīng)用，那么您就可以優(yōu)化硬件，從而提供最出色的價格、性能和功耗。數(shù)據(jù)庫就是一個很好的例子，它非常重要，因此值得這么做。目前，Oracle 等已經(jīng)意識到這一點，甚至提供了 Exadata 等優(yōu)化的硬件系統(tǒng)。ARM 是否適合，都取決于您是否對功耗或性能進(jìn)行優(yōu)化。例如 Oracle的 Exadata 優(yōu)化了性能并使用英特爾至強(qiáng)處理器，而沒有使用 ARM，但是其他工作負(fù)載可能更適合使用ARM。

· 云計算 — 云計算在許多方面都與傳統(tǒng)的 Windows 和 Linux 實例類似。如果服務(wù)提供商不能準(zhǔn)確預(yù)測將要運行的應(yīng)用，那么將默認(rèn)提供基于 x86 的廣泛兼容服務(wù)。此外，如果對云提供商的性價比指標(biāo)進(jìn)行判斷和對比，那么高端的至強(qiáng)處理器將是。

· 大型 web 資產(chǎn) — 有時候在一句話中能看到ARM 與Facebook 等名稱同時出現(xiàn)。大型 web 資產(chǎn)是一項特殊資產(chǎn)。首先，它規(guī)模宏大，因此節(jié)能對于整體來說非常重要。其次，工作負(fù)載受到相當(dāng)嚴(yán)格的控制，足夠穩(wěn)定。Facebook 的數(shù)據(jù)庫運行構(gòu)成 Facebook 應(yīng)用的所有個體工作負(fù)載，但是這些工作負(fù)載通常具有相對較高的穩(wěn)定性。如果公司可以隔離部分這樣的工作負(fù)載，那么就適當(dāng)優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施。例如，可能部分與 IO 捆綁的 Facebook 處理無需大量處理。這是向環(huán)境推出 ARM 的最好時機(jī)。Facebook 嚴(yán)格控制在 ARM 處理器上運行的應(yīng)用并可以移植它們所需的信息。大量 Facebook 應(yīng)用都是以PHP格式編寫的，可以在 HipHop JIT編譯引擎中執(zhí)行。如果 Facebook 將 JIT 擴(kuò)展至支持 ARM，那么公司可以在此后快速遷移大量 PHP 代碼。其他 web 資產(chǎn)也可以采用類似戰(zhàn)略。但是 Google 和微軟都已經(jīng)就使用所謂的“wimpy 核心”進(jìn)行處理進(jìn)行了撰文，而且得出了不同的結(jié)論：Google 表示不會使用，但是微軟則持謹(jǐn)慎的樂觀態(tài)度。

由此，得出一個共同主旨：在應(yīng)用兼容性方面 x86 相對于 ARM 來說具有明顯競爭優(yōu)勢。如果您運行控制嚴(yán)格的應(yīng)用，那么使用 ARM 進(jìn)行功耗優(yōu)化則可能適合您;但是如果您希望處理各種工作負(fù)載和應(yīng)用，那么 x86 則是更好的選擇。

因此，英特爾最近推出的凌動產(chǎn)品可能是最理想的選擇。雖然它沒有 ARM 那樣絕對的高能效，但是它大幅降低了功耗，而且還保持了 x86 的軟件兼容性，并能提供服務(wù)器級別的特性，如 64 位處理能力、虛擬化和內(nèi)存糾錯。微軟發(fā)現(xiàn)，使用凌動處理器處理 Bing 工作負(fù)載時，雖然為了滿足性能需求需要進(jìn)行悉心優(yōu)化，但可帶來大量優(yōu)勢。

結(jié)論

軟件兼容性這一強(qiáng)大影響因素幫助英特爾 x86 家族攀上了現(xiàn)代CPU的頂峰。雖然在低功耗方面 ARM 較 x86 具有明顯優(yōu)勢，但是 ARM 要求用戶放棄 x86 軟件的兼容性。在某些情況下，這是可以接受的，比如智能手機(jī)、平板電腦和高度受控的數(shù)據(jù)中心和云計算工作負(fù)載。無論是用戶不需要或者不想運行現(xiàn)有 x86 二進(jìn)制還是代碼庫太小，遷移至 ARM 都是一個現(xiàn)實的任務(wù)。但是，除了這些使用情形外，ARM 還面臨著一件棘手的事情。英特爾最近針對微服務(wù)器優(yōu)化的凌動處理器不僅可實現(xiàn)低功耗，而且還保留了 x86 的兼容性。雖然面臨著這些挑戰(zhàn)，但是 ARM 在智能手機(jī)和平板電腦這些無需 x86 兼容性的市場還是實現(xiàn)了大幅增長。最終，智能手機(jī)/平板電腦市場的擴(kuò)大將幫助創(chuàng)建一個基于 ARM 的大型生態(tài)系統(tǒng)，該生態(tài)系統(tǒng)可在數(shù)據(jù)中心內(nèi)對 x86 發(fā)起挑戰(zhàn)，但是要想在專門應(yīng)用以外的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)還有很長的路要走。

有什么內(nèi)幕呢？

雖然 ARM 架構(gòu)提供了令人不可思議的潛能，但是它仍然還處于起步階段而且面臨著許多巨大挑戰(zhàn)。首先，最新一代的 ARM 芯片尚未在第一時間為企業(yè)的數(shù)據(jù)中心做好準(zhǔn)備。到目前為止，ARM 架構(gòu)僅支持 32 位指令集，這會導(dǎo)致在企業(yè)中出現(xiàn)問題。大部分服務(wù)器操作軟件和企業(yè)級應(yīng)用都基于 64 位架構(gòu)，無法在當(dāng)前的 ARM 芯片和平臺上運行。Calxeda、Applied Micro 和 AMD 都已經(jīng)意識到這一大問題，因此都宣布將在 2013 年末或 2014 年初發(fā)布 64 位版本。

其次，即使 64 位 ARM 芯片可用，也需要針對 ARM 架構(gòu)對許多企業(yè)應(yīng)用進(jìn)行重新編寫或重新編譯。微軟已經(jīng)開始開發(fā)面向 ARM 的 64 位版本，而 Facebook、惠普、AMD、三星和其他廠商最近發(fā)起成立了 Linaro Enteprise Group，以加速基于 ARM 架構(gòu)的軟件開發(fā)。目前尚無廠商使用 ARM 處理器構(gòu)建商用云。雖然去年 7 月，Rackspace、惠普、Canonical 和其他 OpenStack 成員宣布了他們開發(fā)基于 ARM 的云的意圖，但是目前唯一上市的產(chǎn)品僅是 ARM sandbox 上可通過 TryStack 使用的 OpenStack Essex 。

此外，尚存的疑慮還包括 ARM 服務(wù)器是否在數(shù)據(jù)中心內(nèi)支持特定工作負(fù)載，或者它們是否能夠真正取代 x86 架構(gòu)。ARM 特別適合 web 擴(kuò)展應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析，但是更多常用企業(yè)工作負(fù)載和常見云服務(wù)的價值定位還有待觀察。

最后一個挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)中心采購者本人的性格，這些人通常保守、善變、不希望有任何風(fēng)險存在。他們不僅需要熟悉 ARM 技術(shù)和廠商，而且需要熟悉多個架構(gòu)的潛在需求，以便支持他們的數(shù)據(jù)中心。

2014 年將是 ARM 、企業(yè)和云具有發(fā)展機(jī)遇的一年。雖然問題和挑戰(zhàn)依然存在，但將值得期待。