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Arm v9芯片新架構及實踐套用

2024-03-03碼農

ARM 公司是全球重要的芯片 IP 授權廠商,由於 ARM 生態涵蓋面廣泛,其經營情況也是全球芯片設計業的重要風向標之一。從當季收入體量看, 8.24 億美元的收入是創出歷史新高的,且高於此前給出的預期區間( 7.2 -8 億美元)。

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雖然 ARM 早期投入的重點在通用 CPU 賽道,與 AI 算力需求還存在較大差異。但是,隨著公司新的 V9 架構的推出,該架構的機器學習能力在數據中心的訓練和推理端、邊緣端 AI 等領域都有用武之地。數據中心方面,公司與 NVIDIA GraceHopper 、微軟的 Cobalt AWS Graviton 系列等芯片,都有著緊密的合作關系。在智慧型手機、 PC 等端側產品方面,公司推出的 Arm Cortex-X4 正在賦能智慧型手機芯片,使其具備圖片生成、即時轉譯等功能,在三星 Galaxy S24 Vivo iQoo 12 和小米的 14 pro 等產品中都在得到套用。在 AI PC 領域, ARM 也開始取得進展, 2023 10 24 日,高通公司基於 ARM 架構打造了一款面向 PC 的驍龍 X Elite 處理器芯片,可以執行 130 億參數的大模型,預計搭載該芯片的 PC 產品將在 2024 年年中上線。

2021 年,公司公布了其最新的 ARM V9 架構,除了向前相容 V8 架構之外, V9 架構更加強調 AI 、向量和 DSP 效能改進、安全性等能力。 ARM V9 架構主要套用於 A 系列套用處理器、 R 系列即時處理器,以及 M 系列微控制處理器。公司最新公告顯示,目前市場上主要高端手機,都使用了 V9 架構,尤其是隨著人工智慧在智慧型手機端套用的提速, V9 相比於 V8 的優勢更為明顯,後續套用將提速,此部份的版稅收入占比有望提升;數據中心芯片方面, NVIDIA Grace Hopper AWS Graviton Microsoft Cobalt 等都套用了 ARM V9 架構。

從中長期來看,隨著單芯片 ARM 核數增加、基於 ARM 架構芯片數量的上升以及 ARM 套用場景的增加,公司仍將保持增長。據公司公告數據顯示, 2023 財年,高端芯片采用 ARM 的核數已經從 2016 財年的 8 核,上升到了 192 核;同時,公司的芯片套用範圍也從早期的移動領域,拓展到雲端運算及數據網路、汽車等多個領域。

雖然 ARM 早期投入的重點在通用 CPU 領域,與 AI 算力需求存在較大差異。但是伴隨著新的 V9 架構的推出,公司在數據中心的訓練和推理端、智慧型手機等邊緣裝置端,其授權技術滿足 AI 需求的機器學習的能力顯著增強。

ARM 在智慧型手機、 PC 等領域開始為 AI 賦能。公司推出的 Arm Cortex-X4 正在賦能智慧型手機芯片,可以具備圖片生成、即時轉譯等功能,在三星 Galaxy S24 Vivo iQoo 12 和小米 14 pro 等產品中都在得到套用。聯發科在 2023 11 月釋出的天璣 9300 ,就是基於 ARM 架構打造。天璣 9300 采用「全大核」 CPU 架構,包含 4 Cortex-X4 超大核,最高頻率可達 3.25GHz ,以及 4 個主頻為 2.0GHz Cortex-A720 大核,其峰值效能相較上一代提升 40% ,功耗節省 33% 。聯發科表示,該芯片可以支持終端執行 10 億、 70 億、 130 億、最高可達 330 億參數的 AI 大語言模型。

AI PC 領域, ARM 也開始取得進展。 2023 10 24 日,高通公司基於 ARM 架構打造了一款面向 PC 的驍龍 X Elite 處理器芯片,可以執行 130 億參數的大模型。公司預計搭載該芯片的 PC 產品將在 2024 年年中上線。高通的加入,將使得 ARM PC 生態鏈的地位更為穩固。

2021 年,公司公布了其最新的 ARM V9 架構,除了向前相容 V8 架構之外, V9 架構更加強調 AI 、向量和 DSP 效能改進、安全性等能力。 ARM V9 架構主要套用於 A 系列套用處理器、 R 系列即時處理器,以及 M 系列微控制處理器。此前的 V8 架構的成功,公司主要依賴智慧型手機市場對 ARM 芯片的廣泛套用。而新的 V9 架構,預計除了在智慧型手機市場上繼續保持強勢地位之外,未來在數據中心、智慧汽車等領域,都有望培育新的增長點。

公司最新公告顯示,目前市場上的幾乎所有的高端手機,都使用了 V9 架構,尤其是隨著人工智慧在智慧型手機端套用的提速, V9 相比於 V8 的優勢更為明顯,後續套用將提速,此部份的版稅收入占比有望提升;數據中心芯片方面, NVIDIA Grace Hopper AWS Graviton Microsoft Cobalt 等都套用了 ARM V9 架構。

公司最新數據顯示, 2024 財年第三財季,公司 V9 架構版稅收入占公司版稅收入的比重為 15% ,而上一個財季該比重為 10% ,上升比較快速。除了滲透率提升之外, V9 V8 的價值量高很多,這也是 V9 占版稅收入比重上升的重要因素。公司經驗估計, V9 的單芯片版稅總體是此前的 V8 架構的兩倍左右。

CPU技術篇



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