ARM行业研究框架.pdf

ARM行业研究框架 核心要点 苹果发布基于 ARM处理器架构的全新 Macbook。 美国时间 2020年 11月 10日，苹果发布了全新一代的 Macbook Air，与以往最大不 同的是此次苹果放弃了使用多年的 Intel处理器，而使用了基于 ARM架构的 M1处理器，在此前 WWDC2020上，苹果宣称在两年内逐 步将全部过渡到 ARM处理器。我们认为，苹果采用 ARM处理器可能是近期最重要的计算体系变革，将产生深远的影响。 服务器端 ARM处理器也在陆续应用。 2020年 6月，根据 SiliconANGLE报道，亚马逊 AWS部门宣布第六代亚马逊弹性计算服务中的三 种计算资源产品由公司自己研制的基于 ARM架构的 Graviton2处理器支持。和 x86的同类产品相比，亚马逊使用自家 ARM处理器的三 款产品（通用 M6g、计算优化 C6g和内存优化 R6g)的性价比高出 40%。 ARM的行业应用广泛。 为什么现在在 PC端和服务器端开始应用 ARM处理器，我们认为，在 ARM处理的性能经过多年的性能升级之 后，达到了与传统 X86体系分庭抗礼的水平。除此之外， ARM处理器在手机、汽车、物联网都具备大量应用的潜质，基于 ARM的生 态将会日益完善。 投资建议： 苹果在新一代 Macbook Air中使用 ARM处理器对于整个 ARM产业具有巨大的提振作用。我们重点推荐中国长城（飞腾是 国内主流 CPU中唯一的独立第三方 ARM CPU提供商），锐明技术（基于 ARM的商用车视频监控解决方案），深信服（推出 ARM架 构的超融合解决方案），中科创达（国内领先的全方位 ARM解决方案提供商）。 风险提示： ARM行业落地不及预期； ARM公司提高版税比例；来自于其他计算体系龙头公司的竞争压力；行业竞争加剧 。 目录 主流 CPU体系及比较 ARM商业模式及体系优势 ARM应用场景 苹果等巨头开始拥抱 ARM生态 A股相关上市公司 风险提示 CPU概述 CPU基本构成 ：中央处理单元（ CPU）主要由运算器、控制器、寄存器三部分组成，其中运算器就是起着 运算的作用；控制器负责发出 CPU每条指令所需要的信息；寄存器保存运算或者指令的一些临时文件。 CPU在计算体系的框架图 输入设备 存储器 输出设备 控制器运算器 CPU 数据流 指令流 控制流 主流 CPU体系及比较 ARM X86 MIPS 优势 体积小、低功耗，低成本、高性能 支持 Thumb(16位） /ARM（ 32位 )双 指令集，能很好的兼容 8位 /16位器 件 大量使用寄存器，指令执行速度更快 大多数数据操作都在寄存器中完成 寻址方式灵活简单，执行效率高 流水线处理方式 指令长度固定，大多数都是简单指令 且都能在一个时钟周期内完成，易于 设计超标量与流水线 速度快：单条指令功能强大、指令数相 对较少 带宽要求低：还是因为指令数相对少， 即使高频率运行也不需要很大的带宽向 CPU传输指令 由于 X86采用 CISC，因此指令均是按照 顺序串执行的，而顺序执行的优点就是 控制简单 产业豪华规模更大 MIPS支持 64bit指令和操作， ARM 目前只到 32bit MIPS有专门的除法器，可以执行除 法指令 MIPS的内核寄存器比 ARM多一倍， 所以同样的性能下 MIPS的功耗会比 ARM更低，同样功耗下性能比 ARM 更高 劣势 通过专用的数据接口使 CPU与数据存 储设备进行连接，存储、内存等性能 扩展难以进行 x86结构的电脑出现了近 30年，其配套 扩展的设备种类多、价格也比较便宜， 所以 x86结构的电脑能很容易进行性能扩 展，如增加内存、硬盘等。 MIPS内存地址起始导致 MIPS在内存 和 cache的支持方面都有限制 MIPS今后的发展方向是并行线程， 而 arm的物理多核更占优 相比于 arm的乱序双发射， MIPS现 在是顺序单发射 国内 CPU厂商概况 国产 CPU概况 龙芯 鲲鹏 飞腾 海光 兆芯 申威 研发单位 中科院计算所 华为 天津飞腾 天津海光 上海兆芯 江南计算所 指令集体系 MIPS ARM ARM X86(AMD) X86(VIA) ALHPA 架构来源 指令集授权 +自研 指令集授权 指令集授权 IP授权 IP授权 指令集授权 +自研 代表产品 龙芯 1/龙芯 2/龙芯 3 鲲鹏 920 FT-2000/4、FT-2000+/64 HygonC86-7185 ZXCFC-1080/1081 申威 SW1600/SW260 10 优势 MIPS架构能耗低，终端芯片不错 ARM服务器芯片中性能最佳 终端芯片和服务器芯 片整体性能较好 基于 AMD最新 的 Zen架构，性 能高 兼容性强，终端领域 应用可以无缝对接， 得到上海市资金扶持 不依赖商业机构 授权、自主性较 高 劣势 只有低端的服务器 芯片， MIPS指令集已停止 发展 兼容性和生态需要 进一步打造 兼容性和生态需要进 一步打造，商用性能 需要进一步提升 因被列入美国实 体名单，技术持 续性较差 存在知识产权瑕疵， 是否自主可控存疑， 没有服务器芯片 Alpha指令集停止 更新，主要用于 超算和军队，市 场和生态能力弱 全球 CPU厂商情况 名称 国家 架构 概况 英特尔 （ Intel） 美国 X86,IA64 作为服务器主要平台供应商的 Intel，占整体服务器出货量约 90%以 上。 同时，英特尔（ Intel）为 PC主要平台供应商，占整体 PC出货量约 70%以上。 英特尔 2019Q4营收为 202亿美元，与上年同期的 187亿美元相比增 长 8%。 2019Q4净利润 69亿美元，同比增长 33%。 美国超威半导体公 司 （ AMD） 美国 X86 AMD则占整体服务器出货量约 10%。 占整体 PC出货量约 20%以上。 AMD第四季度营收为 21.3亿美元，与去年同期的 14.2亿美元相比增 长 50%。 净利润为 1.70亿美元，相比之下去年同期的净利润为 3800万美元。 根据 2020年 Q3处理器市场报告 ， AMD份额创 2007年以来新高。 x86 处理器、 x86 桌面处理器、 x86 移动处理器、 x86 客户端（不含 物联网）、 x86 客户端（不含物联网）；份额分别环比增长 4.1 %、 0.9 %、 0.3 %、 0.5 %。 全球 CPU厂商情况 名称 国家 架构 概况 苹果 (Apple) 美国 ARM ARM最新的 Cortex-A77和 A78 CPU内核有着出色的性能， 这将使高通和苹果等芯片供应商能够为笔记本电脑提供具有 竞争力的芯片。 苹果的 iPad Pro芯片（包括 A12x和 A1z）已经具备了与高 端 Windows笔记本电脑相媲美的性能。 2020年 10月 30日，苹果公司发布了 2020Q3业绩，报告显 示，苹果公司第四财季净营收为 646.98亿美元。 净利润为 126.73亿美元，与去年同期的 136.86亿美元相比 有所下降。 每股摊薄收益为 0.73美元，相比之下去年同期为 0.76美元。 三星电子 韩国 ARM 上海三星半导体有限公司 ,将于 11月 12日在中国上海举办首 场国内线下发布会，届时发布 Exynos 1080。 Exynos 1080 是三星第一款 5nm芯片，采用 ARM架构 CPU核心。 三星电子公司公布了其截至 2020年 9月 30日的 Q3财报。三 星电子第三季度营收达到 66.96万亿韩元（约合 755.1亿美 元），与去年同期相比增长 8%。 净利润达到 9.36万亿韩元（约合 83亿美元），同比增长 48.9%。 营业利润为 12.35万亿韩元，同比增长 58.8%。 名称 国家 架构 概况 高通 （ Qualcomm） 美国 ARM 高通、联发科皆为智能手机主流 AP供应商，今年两者合计 占整体智能手机出货近 70%。其中高通对 LPDDR5搭载显得 相对积极，自年初已有可支援的高端芯片 Snapdragon 865 问世，后续的高端 7系列将全面搭载 LPDDR5。 高通公布了截至 2020年 6月 28日的 2020财年 Q3财报。财 报显示，该公司第三财季的营收为 48.9亿美元，同比下降 49.2%；净利润为 8.45亿美元，同比下降 61%。 PowerPC 美国 PowerPC PowerPC是 Apple、 IBM、 Motorola组成的 AIM联盟所发 展出的微处理器产品。 IMB 公司生产的 PowerPC 芯片有 PPC的简称 , MOTOROLA 公司生产的 PowerPC 芯片有 MPC 的简称。 保护用户原先在硬件和软件上的投资是处理器开发重中之 重。 Pentium 是向下兼容处理芯片 , 用户在 8088 , 8086 , 80286 , 80386 , 80486 微处理器芯片上所做的投资都能得 到保持。 全球 CPU厂商情况 名称 国家 架构 概况 联发科 (MediaTek) 中国台湾 ARM 高通、联发科皆为智能手机主流 AP供应商，今年两者合计 占整体智能手机出货近 70%。 联发科在 LPDDR5的导入时程则较较慢，当前高端 5G芯片 包含天玑系列的公版，仍只有 LPDDR4世代相关应用。预计 2021年规划有至少两款芯片首度（命名未定）支援 LPDDR5， 并且有机会在 2021上半年问市。 联发科 2020年 7月公布了半年营收情况。半年实现营收新 台币 1284.66亿元（约合人民币 305.36亿元），同比增长 12.40%。 MIPS 美国 MIPS 2018年， MIPS在官网宣布， 已被总部硅谷的 AI公司 Wave Computing收购，后者的产品正是基于 MIPS架构。 2019年初提出 MIPS 架构开源计划，开放 32 位与 64 位的 MIPS 架构 (最新的版本为第 6 版 )，以期通过免费与开放战 略吸引到更多企业客户与开发者。 MIPS 目前有两个重要客户，一个是联发科 ，另一个是 Intel 旗下的 Mobileye。 全球 CPU厂商情况 全球 CPU PC市场规模 2019年全球 PC出货量总计 2.612亿台 。这是 七年来全球 PC市场首次出现增长。 从供应商表现来看，排名前三的供应商增长速 度快于市场本身， 2019年合计获得 63.1%的 市场份额，而 2018年的市场份额为 60.2%。 2019年度供应商单位出货量（单位：千） 公司 出货量2019Q4 市场份额 2019Q4 （ %） 出货量 2018Q4 市场份额 2018Q4 （ %） 增长率 （ %） 联想 62968 24.1 58257 22.4 8.1 惠普 57922 22.2 56252 21.7 3 戴尔 43956 16.8 41790 16.1 5.2 苹果 18350 7 18522 7.1 -0.9 华硕 14762 5.7 15729 6.1 -6.1 Acer Group 14476 5.5 15425 5.9 -6.2 其他 48804 18.7 53788 20.7 0.6 总计 261237 100 259763 100 0.6 全球 CPU服务器市场规模 50 34 26 16 3 云巨头 互联网厂商 政府 金融 制造业 2019年全球服务器 CPU市场规模为 450亿美元 ， 2019年中国市场服务器 CPU出货量约占全球 的 30%， 市场空间约为 135亿美元 ， 其中来自 云巨头 、 互联网厂商 、 政府 、 金融和制造业的 需求占比依次为 39%、 26%、 19%、 12%和 2%， 需求规模依次为 50亿美元 、 34亿美元 、 26亿美元 、 16亿美元和 3亿美元 。 对比 2019Q2和 2019Q3服务器市场处于下滑 的数据 ， 2019Q4的市场营收和出货量数据重 回上升 。 数据显示 ， 相比于 2018年同期 ， 2019年第四季度全球服务器营收增加了 7.5%， 达到 254亿美元的规模 。 190 226 236 236 198 200 220 254 0 50 100 150 200 250 300 2018Q12018Q22018Q32018Q42019Q12019Q22019Q32019Q4 中国服务器 CPU结构占比 （单位：亿美元） 2018-2019年全球服务器 市场规模（单位：亿美元） 全球 CPU服务器市场规模 16% 16% 9% 7%6%5% 41% 2019年 Q4全球服务器厂商市场份额（按营 收） HPE/新华三集团 戴尔 IBM 浪潮 /浪潮商用机器 联想 华为 其他 从全球服务器厂家营收来看 ， HPE/新华三集团和 戴尔分别以 16.3%和 15.7%的市场份额排名前两 位 。 排在第三名的 IBM市场占有率达到 9.1%， 第 四名浪潮 /浪潮商用机器市场占有率达到 6.8%， 联想和华为市场占有率分别为 5.6%和 5.1%。 从厂商出货量的数据来看 ， 2019Q4全球服务器 出货量大增了 14.0%， 戴尔出货量同比下跌了 5.4%， 其总出货量仍然排名第一 。 排名第二的 HPE/新华三出货量同比增加了 4.7%， 排名第三 的浪潮 /浪潮商用机器出货量同比增加了 9.3%。 联想在 2019Q4的出货量实现了较大幅度的增长 ， 同比去年达到 22.6%的增幅 ， 排名第四 。 虽然联 想的出货量增加较多 ， 但在营收数据上并没能进 入全球前五名 。 因此可以推测 ， 其增加的出货量 主要来自于低端服务器产品 。 华为出货量同比增 加了 2.4%， 可见其自有的鲲鹏处理器和泰山服务 器已经能够支撑起一定的出货量 。 18% 17% 7% 6%6% 46% 2019年 Q4全球服务器厂商市场份额 （按 出货量） HPE/新华三集团 戴尔 浪潮 /浪潮商用机器 联想 华为 其他 MIPS公司简介 MIPS是世界上流行的一种 RISC处理器 。 其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题 ， 它最早是在 80 年代初期由斯坦福大学 Hennessy教授领导的研究小组研制出来的 。 MIPS公司的 R就是在此基础上开发的 RISC工业产品的微处理器 。 这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工 作站和计算机系统 。 MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司 。 它采用精简指令系统计算结构 (RISC)来设计芯片 。 和英特尔采用的复 杂指令系统计算结构 (CISC)相比 ， RISC具有设计更简单 、 设计周期更短等优点 ， 并可以应用更多先进的技术 ， 开发更 快的下一代处理器 。 MIPS是出现最早的商业 RISC架构芯片之一 ， 新的架构集成了所有原来 MIPS指令集 ， 并增加了许 多更强大的功能 。 MIPS产品线 目前产品 Warrior M-Class M-Class M51xxM-Class M62xx Warrior I-Class I-Class I7200 I-Class I6500-F I-Class I6500 I-Class I6400 Warrior P-Class P-Class P5600P-Class P6600 Aptiv Generation microAptiv interAptiv proAptiv Classic Classic Processor Cores MIPS产品线 MIPS32 1074Kc/f 多 CPU 一致性由一致性管理器单元启用，该结构支持内部 256 位数据路径和连接到可选的 L2 缓存控制器。 1074K 单核提供 1.93 DMIPS/MHz 和 3.49 核心标记 /MHz 的性能。 1074Kf 版本包括符合 IEEE754 标准 的浮点单元，支持单精度和双精度数据类型。 MIPS32 1004Kc/f 高性能缓存相干多处理器系统 （ CPS） 最多支持四个 MIPS32 1004K 多线程处理器内核和可选的相干 I/O 端口。 1004K 单核提供 1.6 DMIPS/MHz 和 3.05 核心标记 /MHz 的性能。 1004Kf 版本包括符合 IEEE754 标准的浮点单元，支持单精度和双精度数据类型。 MIPS32 M14K/c MIPS32 M14K 系列内核具有高性能、紧凑、低功耗设计，其功能经过优化，可为微控制器 （ MCU） 和实 时嵌入式系统应用提供卓越的解决方案。 MIPS32 M14K系列包括 MIPS32 M14K 和 MIPS32 M14Kc 处 理器内核，这是第一个与 MIPS32 兼容的处理器内核 用于执行新的 microMIPS 代码压缩指令集架构 （ ISA）。 X86架构发展历程 1978年 6月 8日 ， Intel发布了新款 16位微处理器 “ 8086” ， 也同时开创了一个新时代： x86架构诞生了 。 x86指 的是特定微处理器执行的一些计算机语言指令集 ， 定义了芯片的基本使用规则 。 x86家族不断壮大 ， 从桌面转战 笔记本 、 服务器 、 超级计算机 、 便携设备 ， 期间还挫败或者限制了很多竞争对手的发展 ， 让不少处理器厂商及其 架构技术成为历史名字 ， 即使有些封闭发展的也难以为继 ， 比如苹果就已经放弃 PowerPC了 。 2003年 ， AMD推出了业界首款 64位处理器 Athlon 64， 也带来了 x86-64， 即 x86指令集的 64位扩展超集 ， 具 备向下兼容的特点 。 当时 Intel也在推行 64位技术 ， 但其 IA64架构并不兼容 x86， 只是用在服务器处理器 Itanium 上 。 为了和 AMD展开竞争 ， Intel也在 2004年推出了自己的 64位版 x86， 也就是 EM64T。 X86指令集是美国 Intel公司为其第一块 16位 CPU(i8086)专门开发的 ， 美国 IBM公司 1981年推出的世界第一台 PC机中的 CPU-i8088(i8086简化版 )使用的也是 X86指令 ， 同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加的 X87芯 片系列数学协处理器则另外使用 X87指令 ， 以后就将 X86指令集和 X87指令集统称为 X86指令集 。 虽然随着 CPU技 术的不断发展 ， Intel陆续研制出更新型的 i80386、 i80486直到今天的 Pentium 4(以下简为 P4)系列 ， 但为了保证 电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源 ， 所以 Intel公司所生产的所有 CPU仍然继 续使用 X86指令集 ， 所以它的 CPU仍属于 X86系列 。 X86架构优缺点 优点 ： 速度快： 单条指令功能强大、指令数 相对较少 带宽要求低 ： 由于指令数较少，即使 高频率运行也不需要很大的带宽向 CPU传输指令 控制简单： 由于 X86采用 CISC，因此 指令均是按照顺序串执行的，因此控 制简单 缺点： 通用寄存器组： X86指令集只有 8个通用寄存器。 CISC中的 CPU执行是大多数时间实在访问存储器中 而不是寄存器中的数据；而 RSCI系统往往具有非常 多的通用寄存器，采用重叠寄存器窗口和寄存器堆等 技术使寄存器资源得到充分利用 解码： 对于简单的 X86只要硬件解码，速度较快，而 遇到复杂的 X86指令则需要进行微解码，把它分割成 若干条简单指令，速度很慢且复杂。 寻址范围小： 约束了用户需要。 计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。 Alpha处理器 Alpha处理器历史 Alpha处理器最早由 DEC公司设计制造 ， 在 Compaq公司收购 DEC之后 ， Alpha处理器继续得 到发展 ， 并且应用于许多高档的 Compaq服务器上 。 自 1995年开始开发了 21164芯片 ， 那时的工艺为 0.5um， 主频为 200MHz。 1998年 ， 推出新 型号 21264， 当时的主频是 600MHz。 较新的 21264芯片主频达到 1GHz， 工艺为 0.18um。 在该 芯片具有完善的指令预测能力和很高的存储系统带宽 （ 超过 1GB/s） ， 并且其中增加了处理视频信 息的功能 ， 其多媒体处理能力得到了增强 。 Alpha处理器产品线 MediaTekX20:MediaTekX20Development Board是一款诚迈科技和联发科技联合发布的 符合 96board规范的开源平台 ， 具有强大的 运算能力和多媒体处理能力的曦力 X20处理器 ， 支持 Android 6.0系统 。 PowerPc家族三条产品线 Power PC 600 系列 Power PC 601 Power PC 600系列中的第一款，它综合了 POWER和 Power PC架构的特点，并且尽量保持与 POWER 1和随后的其他 Power PC芯片的兼容性。 Power Mac 6100 苹果公司用 Power PC 601在 1994年制造了 Power Mac 6100，66 MHz CPU主频。 Power PC 603、 PowerPC 604 Power PC 603低端、低功耗的处理器，大量使用在汽车上；PowerPC 604是更强大的处理器 603e、 604e Power PC 603、 PowerPC 604的加强版 Power PC 620 第一款 64位 Power PC发布于 1995年 Power PC 700 系列 Power PC 740、 Power PC 750 第一款铜导线处理器，苹果公司用它生产了 G3，但很快就被 G4所取代 Power PC 750FX 2002年发布的 32位 Power PC 750FX， 第一款达到 1GHz主频的处理器 Power PC 900 系列 Power PC 970 64位的 Power PC 970，实际上是单处理器内核的 POWER 4，可以同时执行 200条指令，最高达到 2 GHz以上的主频，而仅仅消耗十数瓦的电力。低功耗使它被大量用于笔记本电脑和手持设备上， 还有一些高密度的存储、服务器（例如刀片中心）也在使用它。 64位处理能力，单指令多数据流设计使它更适合于多媒体、图形处理。苹果公司的台式机、 Xserve 服务器，以及其他一些图形、网络设备，都在使用这款处 理器。例如苹果 Xserve G5就使用了 Power PC 970FX，也是第一款同时使用了应变硅、硅绝缘两项技术的芯片。 Power PC 400 系列 （主要用于嵌入 式系统） Power PC 405EP 在 200MHz主频仅消耗 1瓦的电力，而铜导线的 Power PC 440在 800 MHz主频可以提供同类型嵌入式芯片中最高的性能。此款芯片有许多旁支。 Power PC 440GX 双 Gigabit Ethernet和 TCP/IP加速功能可以降低网络应用程序 50%以上的负载。 该系列被 IBM转让给 AMCC， 发展成为 PowerPC 405 Family、 PowerPC 440 Family、 PowerPC 460 Family 3大系列 PowerPC产品线 ARM概述 ARM： ARM即 Advanced RISC Machines的缩写。 目前市面上的 CPU分类主要分有两大阵营，一个是 Intel、 AMD为首的复杂指令集 CPU，另一个是以 ARM为首的精简指令集 CPU。 ARM架构广泛地使用在许多嵌入式系 统设计。由于节能的特点， ARM处理器非常适用于移动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。 CISC： CISC包括一个丰富的微指令集，这些微指令简化了在处理器上运行的程序的创建。指令由汇编语言所组 成，把一些原来由软件实现的常用的功能改用硬件的指令系统实现，编程者的工作因而减少许多，在每个指令 期同时处理一些低阶的操作或运算，以提高计算机的执行速度，这种系统就被称为复杂指令系统。 RISC： RISC是相对于复杂指令集计算机 (CISC)而言的。 RISC技术的基本出发点就是通过精减机器指令系统来 减少硬件设计的复杂程度，提高指令执行速度，在 RISC中，计算机实际上每一个机器周期里都执行指令，无论 简单或复杂的操作，均由简单指令的程序块完成，具有较强的仿真能力。 CISC与 RISC对比 相差很大 相差很大 很难 较短 相差不大 一般一个周期内完成 较容易 较长 指令数目 指令字长 各种指令使用频率 各种指令执行时间 RISCCISC 不固定 等长 指令系统 较短 优化编码实现 较长 一般大于 200 复杂，庞大 一般小于 200 简单，精简 程序员代码长度 软件系统开发时间 ARM公司历史 第一个 ARM于 英 国剑桥的 Acorn 计算机有限公司 诞生 1978 1990 1993 1997 1998 2008 2011 2013 2016 2018 2020 Apple、 Acorn等 共同出资建造了 ARM。 Cirrus Logic 和 TI加入 ARM阵营 里程碑产品 ARM9发布， ARM正式进 入微处理器 领域 在英国 和美国 上市 ARM芯片 出货量正式 突破 100亿 片 ARM推出了旗下首款 64位架构的 ARMv8， 高性能与节能相结合 ARM收购 Geomerics， 扩大在图形技术行业 的领先地位 被日本软银以 240亿 英镑价格收购后退市 ARM中国成立，其中 ARM持股 49%，中资 股 51% 美国英伟达与日本软 银集团达成框架协议， 计划以 400亿美元收 购 ARM全部股权 独特的 ARM的商业模式 ARM商业模式 ： ARM 的商业模式为 IP授权，即通过知识产权授权的方式，收取一次性技术授权费用和版 税提成。 ARM 只专注于设计芯片蓝图，代工或生产有授权客户自行解决。 Arm收入包括前期授权费 （ license）和版税（ Royalty），其中版税是按照使用 Arm的芯片的出货量，按比例抽成。 ARM版税营收 ： 2017年 ARM版税（ Royalty）营收 11亿美元，增值 12%，芯片体量增长 20%，在嵌入式 芯片市场份额上升；基于 ARM的片上集成系统（ SoC） 2017年放量 213亿（ 2016年为 177亿），占总体市 场份额 39%，至此， ARM历史芯片放量达 1200亿。 ARM公司的商业模式 基于 ARM的芯片放量 ARM 高通 Intel AMD 苹果 三星 飞腾指令集 架构 合作伙伴 ARM公司与 Intel、 AMD商业模式对比 代表公司 商业模式 特点 优势 劣势 IDM Intel Intel集芯片设计、芯片制 造、芯片封装和测试等多 个产业链环节于一身。 早期多数集成电路企业采 用的模式 ;目前仅有极少数 企业能够维持。 能在设计、制造等环节协同优化， 有助于充分发掘技术潜力。 有条件率先实验并推行新的半导 体技术。 公司规模庞大。 管理成本较高 ;运营费用较 高。资本回报率偏低 AMD Fabless AMD只负责芯片的电路设 计与销售 ;将生产、测试、 封装等环节外包。 Fabless模式资产较轻，初始投资 规模小，创业难度相对较小。 企业运行费用较低，转型相对灵 活。 与 IDM 相比无法与工艺 协同优化，因此难以完成 指标严苛的设计。 与 Foundry 相比需要承担 各种市场风险 ARM Royalty ARM收入来自于芯片设计 领域的 IP授权，并不生产销 售 CPU, 而是通过出售 CPU 设计方案等途径盈利 “技术 +生态”的优势，打造生 态环境，注重知识版权 开放的商业模式使得 ARM芯片更 贴近市场需求。 ARM的芯片很容易被改造并适用 于各类产品 ,可塑性和通用性很强。 ARM Royalty商业模式 IP Royalty(芯片售价占比 ） ARM7/9/11 1%-1.5% ARM Cortex A-series 1.5%-2% ARMv8 Based Cortex A-series 2%及以上 Mail GPU 另外加 0.75%-1.25% Physical IP Package (POP) 另外加 0.50% ARM独特的商业模式ARM 版权费用举例 ARM只发放技术执照 ,由执照持有者控制生产和销售。 ARM鼓励持照企业生产各类符合用户需 求的芯片。在移动互联网市场 ,这种灵活性极为重要。因为移动用户需求多样化 ,市场分块化严重 , 参与竞争的厂商 众多 ,各生产商只能使用个性化芯片和软件 ,提升产品竞争力。因此 ,开放的商业 模式使得 ARM芯片更贴近市场需求。 ARM处理器的市场份额 ARM 99% 其他 1% ARM 其他 ARM 99% 其他 1% ARM 其他 ARM 95% 其他 5% ARM 其他 ARM 90% 其他 10% ARM 其他 ARM的市场份额 ： 根据软银 2017年世界大会的数据， ARM在智能手机、调制解调器、车载信息设备、 可穿戴设备等领域都占据绝对统治地位 智能手机 调制解调器 车载信息设备 可穿戴设备 经过多年的发展和经营， ARM在经典处理器，嵌入式处理器和应用型处理器方面研发设计 出了多个系列的产品。 Cortex-A Cortex-A77 Cortex-A76 Cortex-A76AE Cortex-A75 Cortex-A73 Cortex-A72 Cortex-A65AE Cortex-A65 Cortex-A57 Cortex-A55 Cortex-A53 Cortex-A35 Cortex-A32 Cortex-A17 Cortex-A15 Cortex-A9 Cortex-A7 Cortex-A57 Cortex-R Cortex-R52 Cortex-R8 Cortex-R7Cortex-R5 Cortex-R4 Cortex-M Cortex-M35P Cortex-M33 Cortex-M23 Cortex-M7 Cortex-M4 Cortex-M3 Cortex-M1 Cortex-M0+ Cortex-M0 Neoverse Neoverse N1 Neoverse E1 SecurCore SC300 SC000 ARM产品线 手机端 ARM Cortex-A： ARM Cortex系列是经典处理器 ARM111以后产品的新的命名系列，只在各种 不同的市场提供服务，采用的是 ARMv7或者 ARMv8体系结构。 ARM Cortex A系列发展史ARM Cortex A15结构 服务器端 Neoverse： NeoverseN1与兼具性能、功率、面积得到了同等的考量”，这一点是非常值得进行扩展的。 NeoverseE1 注重效率，在功耗和面积的缩减上进行优化，对于网络流量和数据应用程序非常 有效。 Neoverse V1作为 V系列的第一个平台，与 N1相比，其单线程性能可提升超过 50%，支持可伸 缩矢量扩展，为高性能云、高性能计算与机器学习等市场带来庞大的应用潜力。 嵌入式端 ARM Cortex R52 ARM Cortex R系列性能比较 ARM Cortex-R： 基于 ARMv7或者 ARMv8，针对运行实时操作系统进行控制应用的系统，包 括汽车电子、网络和影像系统。 ARM Cortex M系列发展历程 ARM Cortex-M：基于 ARMv7或者 ARMv8，为对开发费用非常敏感，同时对性能要求不断 增加的微控制器应用所设计。针对成本和功耗敏感的 MCU和终端应用 (如智能测量、人机接 口设备、汽车和工业控制系统、大型家用电器、消费性产品和医疗器械 . 嵌入式端 笔记本端 Arm宣布推出用于笔记本电脑的新型 Cortex-A78C CPU。 Cortex-A78C支持最多 8个大型 CPU内核集群 ， 从而实现 更均质的大内核计算 。 与 Cortex-A78相比 ， 八核配置可 带来更多可扩展的多线程性能改进 ， 释放了要求苛刻的工 作负载所需的多线程性能 。 Cortex-A78C还可以将 L3高速缓存的内存增加到 8MB， 这有助于进一步提高性能 。 与 Mali GPU结合使用时 ， 这 8种核心配置还可以扩展和增 强全天游戏功能 。 Mali-G78提供了图形性能和电池寿命 方面的改进 ， 以支持该驱动器提供更长时间的游戏体验 。 Cortex-A78C 01 手机 03 服务器 04 汽车 ARM已经成为汽车电子化和 信息化主要力量：基于 ARM 内核的处理器芯片应用覆盖了 汽车电子的各个方面 ， 包括车 载信息娱乐 、 车身控制 、 动力 系统 、 安全系统 、 舒适系统等 。 05 物联网 ARM的实际应用领域 PC 02 ARM公布了其最新的 高端移动芯片设计 - Cortex-A78 CPU 搭 配 Mali-G78 GPU， 将用于 2021年及以后 的下一代旗舰智能手 机 。 随着近年来云游戏 、 云手 机的概念普及 ， 和互联网 应用的增长 ， ARM集群 服务器已经迎来了爆发期 。 这得益于人工智能的突破 性进展 ， 针对 AI模型的算 力也成为了刚需 。 随着算力的进步 ， 设备端 、 边缘端 、 云端的应用显著增 长 。 Arm逐步形成更为完 善的物联网行业解决方案 ， 如今已形成芯片 IP、 操作系 统 、 云平台服务这样的产品 体系 。 自 2010年 ARM多核 Cortex-A9推出以来， ARM便进入高端移 动便携 PC市场。打破 了在移动 PC上 x86一 个平台的格局，形成 多家创新的平台。 ARM应用领域：手机 高通手机 ARM处理器骁龙 875跑分表现 苹果手机 ARM处理器 A14跑分表现 2020 年 9 月 3 日，高通公司宣布了其用于 PC 的骁龙 8cx Gen 2 5G， 7W 的功率，在总体系统性能 方面超 15W 10 代酷睿 18%，比同样为 7W 的英特尔混合架构处理器性能高 51%；在每瓦性能方面， 7W 的骁龙 8cx Gen 2 超 15W 10 代酷睿 39%，比同样为 7W 的英特尔混合架构处理器高 58%。 ARM应用领域： PC ARM应用领域：服务器 ARM服务器发展史 2008 2011 2012 2013 2016 2017 2019 2020 Arm参与投资 了 Calxeda的 startup公司。 发布芯片基于 A9的 芯片 EnergyCore ECX-1000， 在 Arm 第一次宣布 ARMv8 架 构 的 同 时 ， Applied Micro公布 了它们的自架构 x- gene计划 在 Armv8 架 构推出一年 之后 ， Arm 发布了 A57 和 A53 两款 cortex-A5x 系列的产品 Marvell Armada XP 四核系列 custom Core Broadcom Vulcan Qualcomm Huawei Kunpeng 920。 AWSGraviton2， 64核 Neoverse N1， 30 Billion transistors， 7nm的 工艺。 Ampere QuickSilver 2019 ARM应用领域：服务器 Marvell的 “ Triton” ThunderX3处理器性能比较 ARM应用领域：服务器 Ampere Computing的 Quicksilver Altra处理器性能比较 基于 ARM内核的处理器芯片的应用覆盖率汽车电子的方方面面，包括车载信息娱乐、车身控制、动力系统、安全 系统、舒适系统等。根据功能，可以分为两大类：偏重要性能运算的车载信息娱乐系统，一般需要 ARM9以上的 处理器，运行高级操作系统，对实时性的要求相对低一些，可以加载其他软件任务；偏重深度嵌入式处理和实时 性控制的其它系统，一般是微控制器和不带 MMU的处理器，运行实时操作系统或不需要操作系统，运行专用任务， 如下图所示。 资料来源： AR