ARM的商业运作模式及其伙伴们的身影

ARM的商业模式

简单来说，ARM的商业模式是卖IP。ARM专注于芯片的设计，并将一系列设计的产物卖给合作伙伴，本身并不做芯片的生产。
聊ARM的商业模式，得先看看能做ARM处理器的几家大厂。

ARM处理器厂商代表

1. Apple
   前系列已经讲了Apple与ARM的渊源历史。在当今，Apple是ARM阵营里最靓的那个仔。为啥？Apple有ARM的架构授权（ARM architectural license）。通俗地说，Apple有ARM核心技术资料，可以进行魔改。结果就是，Apple的A系列处理器从iphone6s那年起成为地表最强ARM处理器，Android阵营的所有核心都再也难望其项背。
   如今，每一代Apple新处理器发布，大家关心的是与上代Apple相比领先了多少；而至于Android阵营的处理器？嗯，先跟上上一代Apple处理器比吧。几年前，是反过来的。嗯，现实就是如此魔幻。
2. 高通
   高通的历史从维特比算法打下公司的根基那会说起来，又够说上好几章了。好在大家对这家公司很熟悉，前几年Android阵营里基本清一色的高端机都是高通的骁龙系列(Snapdragon
   )。高通能在Android阵营呼风唤雨，这“一哥”的称号很大程度上也是由于高通同样也有ARM的架构授权与架构定制授权（ARM Built on Cortex license，简称BoC授权），高通基于ARM的公版设计做了不少定制（比如扩充指令集，增加自己的GPU等）。
3. 海思
   咱们华为海思家的芯片，绝对是近年来芯片界的黑马，而且后劲相当足。海思很早就有了ARM处理器的core级别授权（ARM core license），所以前几代产品海思都是集中于core级别的定制（通俗说，就是在外围蹭一蹭）。不过近几年，海思也拿到了与Apple、高通级别一样的架构授权，具备了魔改的基本条件。从目前麒麟980释放的资料来看，似乎还未看到架构授权带来的明显优势，不过厚积薄发的海思相信一定不会让国人失望。麒麟990有望给大家惊喜。
4. 三星
   三星一直是芯片界的大玩家，传奇的猎户座在当年的Galaxy II上就震撼了想当一部分国内的玩机Boy。与海思一样，三星也是core和架构授权在握，而且三星还同时持有POP IP的授权，可以在轻度定制与魔改之间根据自己的情况来选择。只不过由于基带方面的弱势，猎户座处理器近几年逐渐式微，已经听不到太多的声音了。毕竟手机再强，你得先满足大家*打电话的需求啊。
   剩下的还有MTK、Realtek、台积电等大厂，就不一一介绍了。

ARM授权模式

从上面几家大厂，我们看到ARM与伙伴的几种合作模式：

1. PoP IP
2. IP Core
3. BoC
4. Architectural

从1到4授权费依次递增，可定制的深度依次递增，开发难度依次递增。想开箱即用，选POP IP。想要公版架构无法给与的极致性能与体验，上架构授权是不二选择。
而以上几种模式又与厂商芯片的设计与实现过程息息相关。

1. 指令集ISA。芯片设计厂商在设计一款芯片的开始阶段，要确定这款芯片的指令集。一般来说，要么自己设计（Intel），要么基于现有的做定制（Apple、高通、华为等）。
2. 指令集确认之后，写RTL，通过综合工具生成网表。网表在FPGA上做验证生成流片用的版图。而RTL、网表、版图一般在芯片设计领域分别称为软核、固核、硬核。

PoP IP一般来说，拿到的就是硬核。
IP Core目前来说是使用最广泛的一种授权方式。厂商拿到ARM的处理器部分的Core授权之后（Verilog-HDL形式的CPU设计源码，也就是上面的软核部分），结合厂商自身的外设和存储，在EDA工具的配合下进入固核的设计阶段。IP Core授权的内容不止包含处理器，还包含ARM公版的外设、内存控制器等，厂商有选择的余地。用一张图来清晰表达厂商如何使用IP Core来生产自己的处理器：

BoC授权目前看来只有高通一家在使用，骁龙系列高端处理器即是这种授权下的产物。这种授权模式介于IP Core与Architectural2种授权之间。历史上厂商一直觉得从IP Core到Architectural授权之间的跨度太大，很多场合只是希望公版架构做一些定制，不需要大改。但是只要改了原始设计，就必须要上Architectural授权。贵就不说了，从头设计一个CPU的Core的代价那可不是一般的大。怎么办呢，一方面是有市场，一方面帮助小伙伴创新也是推动整个ARM生态的创新。这种情况下，BoC授权应运而生。
难度最高的，当属炼狱模式的Architectural授权。有架构授权的厂家不少，但地表玩的最溜的，就只有Apple了。A4,A5用的还是公版加小定制，从A6开始，Apple就开始了自己的魔改进程（不得不说刚上位的库克是一位非常有远见的企业家）。64位的处理器+定制的指令集，也就是从iPhone5S起，Apple开始了对Android阵营的弯道超车。如果大家比较关注苹果和高通之间的一些恩怨，应该记得当年苹果发布64位处理器时高通惊慌失措的样子。到了A9（iPhone6s）那一年，Android阵营正式败下阵来，而且到了今天，距离越来越大。这其中的几年，Apple与ARM、高通、PowerVR、Intel之间的恩恩怨怨，又足够写几篇八卦文了。

ARM的授权模式，我尝试用大家更看得懂的来总结下这几种模式的区别。
我们将一个芯片的开发过程，用软件开发的过程来类比：
Architectural授权类似于芯片厂商拿到了软件架构中的架构设计与详细设计。整个软件的核心层次，各层之间的数据流，数据格式接口都定义好了。但是厂商可以基于这套设计做扩展，做改进，以便于在自己的生态内提供更好的体验，更炫酷的feature。但总体来说，还没到源码级别。
BoC和IP Core授权类似于拿到了整个软件的源码。不同在于BoC授权下，ARM可以配合厂商改动部分源码并辅助调试；而IP Core只能在现有源码上增加模块，不能对原有模块进行删改。为啥呢？一方面，出于对知识产权的保护（没交钱还想改？你这是盗版，小心老子告你）；另一方面，芯片的源码经过了严格的时序验证，保证稳定不能乱改，改了要费牛劲重新验证。兄弟你没这个金刚钻，就不要瞎搞瓷器活了好不？
PoP IP直接拿到的就是编译好的库，哥们拿到了直接用就完事了。目标环境的编译都帮你搞定了。想有自己的芯片，又想省时省力省钱的，POP IP最合适了。

Android vs iOS

喜欢搞机（对芯片参数如数家珍，对Android原理有一定了解，喜欢魔改系统、刷机）的小伙伴们应该记得以前普遍对Android阵营的芯片评价是跑分很厉害，但是体验不那么好，简称高分低能。但是在2016年之后，风向全变了。不但手机体验没赶上苹果，连跑分也被Apple的A系列CPU给灭了。这咋回事？
根本原因，就是因为苹果构建了一个极其成功的封闭生态。
这咋理解？我们称苹果的生态，很大的因素是因为整个苹果体系涉及的方方面面的东西太多了。从生态链到OS，再到软件和云服务，从生产到售后再到销售终端，每一层都是有机的交错在一起。
跑分是硬件+OS作为一个整体体现的一个分数。
体验则是整个生态给用户带来的感受。

苹果的芯片研发历程

芯片作为苹果生态中极其重要的一环，苹果从来都没放弃自己主导设计的想法。2005年，苹果精简了自己的芯片设计团队，将这块工作交给合作伙伴Intel来承担。而当年在x86市场上叱咤风云的Intel在移动端显然是短视的：可以预见的移动端芯片的收入，远远不及x86芯片的零头。由于没有给苹果满意的答案，乔布斯逐渐意识到这个战略的错误性，慢慢就将战略转变为：开始打造自己的一流芯片设计团队，并利用合作伙伴的力量，制造最先进的芯片：

• iPhone4之前的时期，苹果采取的都是PoP授权，交由三星合作代工的方式来生产芯片。这个时期的芯片主要供给初代 iPhone、iPhone 3GS以及同时期的iPod touch。从这个时期开始，乔布斯已经开始了重新自建芯片设计团队的宏大工程。
• 划时代的A4，标志着Apple自建芯片团队的成熟。这次苹果仍然采用了ARM的公版架构，在ARM Cortex-A8的基础上增加了一颗PowerVR 的GPU。想想iPhone4刚面世时给所有人的震撼度吧。同等配置甚至稍强配置的下的Android机器的流畅度用呵呵来形容也不足以为过。
• 2013年9月发布的Apple A7标致着Apple魔改芯片露出了自己虎牙的时刻，这是第一款移动端的64位ARM芯片。以高通为首的芯片设计大佬本来是对64位架构的ARM指令集不屑一顾的，认为必要性不大，现在的芯片已经能满足绝大多数应用。但是Apple竟然赶在自己之前发布了64位ARM芯片着实打了自己的脸，还能说哈？整个业界都赶紧跟进了啊。跟进是跟进，但当时几个大厂都反应过来，知道了Apple在64位芯片架构设计上的领先性。
• 2015年9月Apple发布的A9芯片是Apple跟Android阵营一众芯片在跑分上Say goodbye的时候。从这个点起，A系列的处理器就变成了跑分、体验双压制的局面。
  说了这么多，是不是苹果的芯片牛逼是因为自建了个芯片设计团队，慢慢积累并超越了竞争对手？的确，苹果芯片这么出色，有一个超一流的芯片设计团队是最大的原因。但是高通和三星也有一流的芯片设计团队，同时也有多年处理器的设计经验，苹果怎么就能反超之后，就持续领先了？

冰山之下的部分

1. 紧耦合的系统
   华丽的MacOS&iOS。MacOS属于Unix的一个分支，由Apple独立开发并维护。虽然说很多方面跟Linux都有差距，但在自家产品体系内给出的优秀体验却又让所有人都闭上了嘴。归根结底，这个系统姓苹果。
   这很重要么？相当重要。
   Apple能在iOS上针对A系列CPU不顾一切地做性能优化。试问其他阵营的同体量OS能做到么？
   Android和Linux可不是高通、三星、华为家的。
   脑补的一个厂商和谷歌之间的对话：

喂喂，我觉得Android这个实现不太好，有损效率，谷大哥你并了我这个PR呗？
擦，根本不鸟我。妈蛋，让副总裁去找他大姨的关系沟通一下。
靠，终于回复我们了。嗯，说我们设计理念还可以。建议合并到后年的Android新版本上。晕，黄花菜都凉了...

紧耦合，是苹果的一个执念：固定的硬件，固定的环境，固定的工具，固定的用法。没有例外，在这个世界里，请遵守我的规则。
苹果相信，只有紧耦合，才能提供无与伦比的体验。而苹果也确实做到了。

2. 奢华的用料
   在芯片的世界里，寸土寸金。做过嵌入式的同学应该都了解，想要更大的片上ram，就需要付出更多的成本。手机芯片的Cache，就是我们说的sram。苹果芯片相比对手的芯片，Cache在容量方面的投入可谓土豪级。
   在Cortex-A75之前，ARM的芯片设计里是没有L3 Cache的。但苹果从A7开始，就已经在堆料上4MB L3 Cache了。
   不光L3 Cache，L2 Cache与System Level Cache也比同级别的高通处理器多。
   骁龙855超级核独占512KB L2 Cache，3个大核各有256KB，4个小核各有128KB。系统级Cache 3MB。
   对应苹果的A12，直接上了8MB的L2 Cache，8MB的系统级Cache，说吊打855多各位有意见么？这还怎么比？
3. 桌面级的架构
   一般芯片设计在流水线的宽度上有2种思路：

• 较窄的流水线宽度，较高的频率
• 较宽的流水线宽度，较低的频率
  理论上来说，2者能够达到相同的吞吐（较高与较低的频率是相对的）。
  ARM的公版设计采用前者，桌面级CPU（Intel）采用后者。
  但苹果自从Swift架构（A4）开始，采用的都是“更宽”的芯片架构设计理念。到了A12已经达到了7发射的解码，6个整数ALU的宽度，远远超过了ARM A76的设计，甚至超过了Intel的8代U...
  国外的评测数据更是给出了结论，A12的性能堪比桌面处理器Intel i7-6700K的性能，而功耗只相当于其1/5。整个业界都在传言，MacBook Pro将会上苹果自家的A处理器，这真的不是空穴来风好么?

4. 苹果在自家体系内的定价权
   以上所有的改进，都有一个负面的作用，这颗芯片变得更贵了。这也回答了另外一个问题，为啥高通做不出来媲美苹果A系列的芯片？是能力问题么？不，是模式问题。
   高通以什么为生？喂喂，那个说以收专利费，打官司的同学请坐下好么？我们先说卖芯片可不可以？
   高通做出来芯片是要卖给手机厂商的。高通想赚钱，卖出去的芯片就要上量。想要上量，就不能贵。想做超级芯片，没人买账啊?就这一点，就被苹果KO了。
   苹果的芯片只给自己的iPhone和iPad用。芯片贵点怕啥？来来，新的iPhone涨1000美金，果粉照样排队来买。不怕！
   记住，你在芯片里的每一分投入，都需要有一个坚固的支撑收回来，才能让这个过程持续、持久。

同学们，你说苹果的芯片神话，能被后来者打破么？
自己做芯片，有自己的系统，还能用在自己家的终端产品上，你说这样的厂商还有么？
那必须有啊！楼下的同学，请说出你们的答案！