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在阅读我们关于SoC发布的报道时，你可能会遇到“定制CPU核心”这个词，尤其是在阅读苹果的硅芯片时。但定制核心究竟是什么？为什么人们对他们如此大惊小怪？谁设计的？好吧，让我们看看

所有安卓智能手机和苹果iPhone都使用基于Arm指令集架构（ISA）的CPU。ISA定义了指令集并概述了该指令集背后的设计理念。大多数PC机使用x86-64 ISA，这是80年代出现在80386和80486等处理器上的英特尔原始32位ISA的64位版本。AMD于2003年创建了64位版本并发布了第一款x86-64处理器。另一方面，智能手机则使用Arm ISA。目前使用的大多数智能手机都是基于Armv8构建的，较新的芯片组将升级到最新的Armv9版本

Arm体系结构被称为RISC（精简指令集计算机）体系结构。其思想是，通过使用简化的指令集，可以快速执行指令，但您可能需要执行多条指令，才能在CISC（复杂指令集计算机）处理器上实现与单个指令相同的结果。还有一些其他设计决策对RISC至关重要，包括所有数据处理仅在寄存器上运行，而不是直接在内存上运行。但是，从广义上讲，RISC方法的性能不太好，但功耗较低，非常适合智能手机

Arm的商业模式不同于英特尔或AMD，因为Arm将其CPU设计（即其知识产权或IP）许可（销售）给其客户，然后这些客户再制造自己的芯片。Arm出售的每一块芯片都会获得特许权使用费，而且被许可方需要将其芯片认证为Arm兼容。另一方面，英特尔设计、制造、制造和销售自己的芯片。AMD也是如此，只是它在实际生产阶段使用了第三方

Arm的客户包括高通、苹果、三星、联发科、谷歌、Rockchip等公司。这些公司中的每一家都与Arm有业务关系，这使他们能够构建与Arm体系结构兼容的处理器。有两个一般级别的许可证：核心许可证和体系结构许可证。核心许可证允许Arm的合作伙伴采用完整的CPU设计（如Cortex-A系列中的设计），并将其与GPU、内存控制器、图像信号处理器（ISP）、机器学习（ML）加速器等一起集成到芯片系统（SoC）中。该公司有权随意使用CPU设计，不管它想要什么配置，它都不允许修改CPU设计。这有时被称为“现成的”，因为CPU的核心方面已经由Arm自己设计

只要CPU设计与Arm ISA兼容，体系结构许可证持有人可以设计自己的Arm体系结构兼容的CPU，然后按照自己的意愿在任何配置中使用这些核心。体系结构许可证持有人包括高通、苹果、三星和Nvidia。这就是所谓的“定制核心”，因为它是内部开发的，比其他公司使用的设计更具定制性

大多数（如果不是全部）架构许可证持有人也是核心许可证持有人，这意味着该公司将在其产品范围内拥有使用Arm Cortex-A CPU核心设计的SOC，以及使用其自己团队设计的CPU核心的SOC

定制内核是一种CPU内核设计，由Arm架构许可证持有人制造，与Arm ISA兼容，但不是Arm Cortex-A设计。设计一个定制的CPU核心是一项巨大的事业，无论是技术上还是经济上。由于创建定制核心是一项资源密集型工作，因此只有当一家公司有一个特定的需求或性能目标，而这些需求或目标是当前Cortex-a或Cortex-X核心无法实现的时候，才值得去做。即使这样，有时也会有回报，有时则不然。

现代CPU核心拥有数十亿个晶体管，设计需要数年时间，并且需要一批高技能的工程师。如果一家公司能够组建合适的团队并投入合适的资金，那么它就有可能创造出比竞争对手更好的定制CPU。然而，同样地，它也可能创造出与竞争对手完全相同的CPU设计，甚至是低于标准的糟糕设计。最终，任何定制CPU核心设计团队都将与Arm自己的经验丰富的设计团队和整个行业展开正面交锋

如果做得好，回报是值得的。吹牛的权利和技术优势让营销部门变得疯狂。在性能和能效方面占据第一位，可以带来强劲的产品销售和良好的利润。例如，苹果智能手机和笔记本电脑SOC中的定制Arm CPU内核在营销和获得行业领先性能方面都为该品牌提供了帮助

然而，如果CPU设计平庸，那么它将成为一场营销噩梦，因为公关团队试图将注意力从CPU核心设计转移到其他方面。例如，三星现已退役的Mongoose CPU内核，难以与竞争对手抗衡，导致其Exynos mobile SoC产品线犹豫不决

加油，加油，下注！哪些科技公司有足够的财力，愿意将家族银牌赌在定制的CPU设计上？这是一个关于胜利者和失败者的故事。挫折和卷土重来。收购和收购

高通公司是顶级Arm许可证持有人的“经典”例子。它同时持有体系结构许可证和核心许可证。高通公司在其所有不同领域的处理器中使用Arm CPU设计从200系列一直到800系列。然而，它在历史上的不同时期也使用了定制的CPU设计。高通公司800系列的早期处理器Snapdragon 800、801和805采用高通公司定制的Krait CPU核心设计。随着移动到64位，高通公司在Arm设计和自己的Kryo设计之间进行了切换，最终只使用了Snapdragon 835之后的Arm CPU内核

高通公司也是Arm Cortex-X定制CPU计划（CXC）的一部分，这意味着它可以访问Arm最高性能的CPU内核Cortex-X系列。该计划的其他成员包括三星、谷歌和联发科

Gerard Williams在苹果公司的工作包括旋风、台风、龙卷风、飓风、季风、漩涡、闪电和Firestorm CPU，这些CPU分别出现在苹果A7、A8、A9、A10、A11、A12系列、A13和A14中。他还输入了原始的苹果M1处理器

高通公司计划利用从Nuvia获得的技术设计自己的定制Arm兼容CPU内核，最初用于笔记本电脑，最终用于智能手机

苹果也是顶级Arm许可证持有者。所有iPhone，从最初的iPhone到最新的，都使用基于Arm的处理器。多年来，苹果一直使用Arm Cortex-A设计——iPhone4S使用双核Cortex-A9 SoC（苹果A5）以及自己的定制设计。iPhone5使用了苹果的A6SOC，它有两个Swift内核。Swift是苹果公司的第一款定制核心设计。它是一种32位Armv7兼容设计，通过添加对高级SIMD v2和VFPv4等功能的支持，改进了Cortex-A9

苹果决定从Arm提供的Cortex-A内核转向自己的内部内核，这是该公司2008年收购p.A.Semi的结果。p.A.Semi是一家芯片设计公司，由DEC Alpha 21064和StrongARM处理器的首席设计师Daniel W.Dobberpuhl创建。该团队花了几年时间才准备发布其第一个干净的SoC设计。然而，一旦做到了这一点，苹果就再也没有使用现成的Arm CPU核心设计

继Swift之后出现了Cyclone，这是一款64位核心设计，令智能手机行业的其他人大吃一惊。苹果A7 SoC于2013年9月发布，用于iPhone 5S（以及各种iPad机型）。相比之下，首款搭载64位处理器的Android智能手机于2015年初问世。结果，苹果在64位计算方面领先竞争对手18个月，在定制64位内核方面领先对手3年

苹果通常每年都会发布一款新处理器，通常采用新的或改进的定制CPU核心设计。在对智能手机CPU设计的性能感到满意后，苹果宣布将把个人电脑和笔记本电脑的整个Mac系列转移到内部设计的Arm兼容处理器上。这些处理器被称为“苹果硅”。第一款是苹果M1，它使用了与iPhone12的A14仿生处理器相同的Firestorm CPU核心设计。M1紧随其后的是M1 Pro和M1 Max，它们都有多达10核的CPU—8个性能内核，两个用于能效

苹果继续为iPhone、iPad和Mac发布自己的苹果硅处理器

与高通公司一样，三星公司使用了Arm设计的CPU内核和自己定制的CPU设计。截至2016年，所有三星Exynos处理器均采用Arm设计的Cortex-A CPU内核。然而，在2016年，三星推出了Exynos 8 Octa 8890，它融合了基于Arm的CPU设计和三星自己的内部CPU核心设计。代号为Mongoose的三星自己的CPU核心设计源自三星Austin R&；D中心（SARC）。三星将这些设计用于四代移动处理器。Exynos 9825是最后一款，采用M4 CPU内核（也称为Cheetah）

此后，三星一直在独家使用Arm CPU核心设计。与高通公司和谷歌一样，它也是Cortex-X定制CPU计划的成员，因此可以访问Cortex-X CPU内核

Nvidia在PC图形方面家喻户晓，但它不仅仅是一家GPU公司。Nvidia的产品可以在便携式游戏设备（即任天堂交换机）、机器学习开发系统（Jetson系列）、自动驾驶汽车和数据中心中找到

在PC市场之外，其GPU的CPU选择是Arm。Nvidia是一家Arm核心许可证持有人，并且拥有架构许可证。事实上，英伟达对基于Arm的CPU如此热衷，以至于它在2020年开始了完全购买Arm的诉讼

Nvidia在Tegra X1中使用了Arm设计的Cortex-A CPU内核，任天堂交换机中使用了Tegra X1的一种变体。TEGRA X1还用于JexNon纳米，入门级机器学习开发套件，以及在英伟达屏蔽Android电视。Arm设计的核心（特别是Cortex-A78AE）也可以在Nvidia的Orin SoC中找到

但Nvidia也有自己定制的Arm兼容CPU内核。Jetson TX2中的Tegra X2使用Nvidia的64位Denver2 CPU内核。Nvidia定制的Carmel CPU核心可以在Jetson Xavier中找到，也可以在Nvidia构建的各种自动驾驶系统中找到。对于其下一代Nvidia驱动平台，Nvidia将使用与Arm兼容的定制CPU，代号为Grace next

所以这里有一个大问题：定制内核比Arm内核好吗？好吧，这取决于你所说的更好是什么意思。有几种方法可以描述CPU核心的特性，其中一些方法不是技术性的。除了性能和效率（两个技术特征）之外，你还需要考虑成本、多样性和目的。p>

目前，全世界有四个甚至五个工程师团队在设计基于Arm架构的智能手机CPU内核。一个团队属于Arm本身，其他团队属于苹果、高通和Nvidia。与所有行业（如汽车、纺织、生物研究等）一样，一个团队将在某个方面领先于另一个团队

就谁生产性能最高的内核而言，目前是苹果。苹果在2013年推出苹果A7时处于领先地位，此后一直保持领先地位。高通公司收购Nuvia有可能改变这一局面

这一策略对苹果公司很有效。苹果iPhone的收入超过了谷歌全年收入的总和。该公司的年总收入几乎是谷歌的两倍，超过谷歌、英特尔和微软的总和

如果像苹果这样的公司能够通过使用定制内核在竞争中脱颖而出，那么这样做似乎在经济上是有意义的。苹果决定使用自己的硅给其竞争对手带来了压力。安卓设备制造商问自己，他们是否也应该使用定制的CPU核心设计？它值得投资和冒险吗？英特尔和AMD也感受到了类似的压力。苹果的硅芯片是否威胁到个人电脑市场的既定秩序

对于消费者来说，这种压力意味着创新和进步在Arm生态系统中依然存在。竞争是好的

您如何看待定制内核？当你买上一部智能手机时，CPU核心的设计是一个考虑因素吗？请在下面的评论中告诉我

2023-03-22 10:04:48