抛弃「ARM」，高通第五代汽车「芯片」 @佐思汽研

高通在2021年投资者大会上宣布下一代CPU将由收购的Nuvia团队设计，预计2023年有样品可以交付大客户，目标市场针对Windows PC市场，也就是笔记本电脑市场，并且将扩展到移动、汽车和数据中心领域。

从高通第四代座舱芯片开始，高通车载芯片也不再沿用手机芯片的设计。高通座舱芯片与高通笔记本电脑芯片的设计开始非常近似，因为车载芯片与笔记本电脑芯片的需求基本一致，即追求多核性能而非像手机那样追求单核性能。早期手机也是看重多核性能，随着短视频和手机游戏的爆发，大部分人都是抱着手机划来划去几个小时，这时候单核性能重要性便得以凸显，手机从4大核加4小核改变为今天的1个超大核加3个大核加4个小核，或者再加几个中核。手机领域的设计在车载领域显得有些不合时宜了，因此第四代的典型代表SA8295P与高通笔记本电脑领域的8cx Gen 3很接近，这样做主要是车载领域出货量相比笔记本电脑和手机都太低了，为车载领域做一款全新的芯片，会导致每颗芯片上分摊的成本太高，采用高通芯片的笔记本电脑已经不少，甚至包括了高通的对手华为，华为的海外版MateBook E Go就采用了8cx Gen3，微软称8cx Gen3为SQ3，即Surface Pro 9。

8cx Gen3型号为SC8280XP，https://lore.kernel.org/lkml/20230405125759.4201-8-quic_kriskura@quicinc.com/，从中不难看出SC8280XP与SA8295P驱动几乎完全一致，应该差别很小，二者的推出时间差不多也接近，都是2021年4季度。同时SA8295P还有可能取代第一代高通Ride中的SA8540P，SA8540P与SA8195P接近。8cx Gen3有两个版本，一个带5G Modem，一个不带，华为的MateBook E Go就是不带5G Modem的版本。GPU也有Adreno 695和Adreno 690两个版本。

大胆推测，8cx Gen4与高通第五代车载芯片重合度也会比较高，估计在量产车上使用要到2026或2027年以后了。为何会抛弃ARM，主要还是ARM挤牙膏挤得让高通受不了了，ARM架构与苹果的差距让高通的手机和笔记本电脑都无法超越苹果。

ARM目前最顶级架构：Cortex-X3微结构

图片来源：ARM

苹果自A14起大核心Firestorm架构

图片来源：Apple

苹果微架构的中后端

图片来源：Apple

ARM目前最顶级架构Cortex-X3与苹果的A系列和M系列差距非常明显。

图片来源：Geekbench

单核跑分对比，苹果的优势非常明显。为何苹果如此之强？关键在于其IPC（每周期执行指令数）也就是图中的解码器是8个，即一个周期能执行8条指令。而ARM的Cortex-X3是6个解码器。另一个关键点是缓存大小。

图片来源：各公司

从上表不难看出ARM挤牙膏的过程就是不断增加解码器宽度和L1/L2缓存容量。而苹果自A14后一步到位，彻底碾压ARM。并非ARM没有能力一步到位，主要还是ARM要配合手机芯片厂家每年一升级，每年一换机，性能不能一步到位，否则吸引不了消费者换机了。而苹果的粉丝忠实度极高，即使苹果没有明显提升性能，苹果也能让粉丝换机。

图片来源：WikiChip

而对乱序执行影响比较大的指令重新排序缓冲区（Re-Order Buffer, ROB），Firestorm有640条，X3只有320条，A78只有256条。苹果的超强性能也有代价，那就是对晶体管密度要求高，必须用最先进的工艺，因此苹果需要和台积电合作，让台积电为其做出最先进的工艺，达到最高的晶体管密度，台积电开价自然不低，这也是台积电营业利润率碾压苹果的原因。ARM对先进工艺的迫切程度低于苹果。

苹果有没有缺点？当然有。

图片来源：Anand Tech

上图是苹果M1的die shot，可以看出CPU占用面积很大，比一般ARM要大得多，没办法，苹果的缓存太大，为性能不得不做大缓存，GPU面积也略大，GPU的效率肯定比不上高通的Adreno或AMD，这样就使得NPU不可能做太高，而高通的DSP做AI算力惊人，8 Gen1就有29TOPS，而苹果的M2才15.8TOPS。

图片来源：ARM

ARM 2023与2024路线图，估计2024年推出的CXC24（可能会叫Cortex-X5）会采用7位解码器，且必须配合3纳米制造工艺，即便是X5和苹果的Firestorm也有差距，换句话说，ARM落后苹果4-5年。因此高通等不及了，决定自研架构，这就是高通2021年1月收购的Nuvia。

Nuvia由三位苹果前高管创立，他们分别是威廉姆斯（Gerard Williams III）、古拉蒂（Manu Gulati）和布鲁诺（John Bruno）。这三位创始人都曾在苹果工作过，且在iPhone芯片部门担任过高管职务，拥有超过20年的半导体工程经验，迄今已获得100多项专利。其中：

• 威廉姆斯曾担任苹果CPU和A系列SoC首席设计师，九年期间几乎负责了苹果所有芯片的研发，包括Cyclone、Typhoon、Twister、Hurricane、Monsoon和Vortex等架构。他于2019年初离开苹果公司。除了苹果经历，另外两位创始人还在谷歌工作过。
• 古拉蒂曾在AMD和谷歌从事芯片研究，且在苹果公司工作了八年，从事移动端SoC的开发。
• 布鲁诺曾在谷歌从事芯片研究工作，2012年加入苹果公司，并在芯片平台架构小组工作了五年多。

• 2019年2月，三人在美国加州圣克拉拉郡（Santa Clara）联合创立Nuvia。
• 2019年11月15日，Nuvia宣布完成5300万美元的A轮融资，由著名的硅谷投资者Capricorn Investment Group和戴尔技术资本领投，Mayfield、WRVI Capital以及Nepenthe LLC参投。
• 加上2020年9月官宣完成的2.4亿美元的B轮融资，Nuvia两轮总募集资金达到2.93亿美元。
• 2021年1月高通以14亿美元收购了Nuvia。
• 2022年ARM起诉高通，主要是针对Nuvia，不过近期似乎两者已达成了和解，官司即使赢了，也打压不了高通另起炉灶的心，反而坚定了高通走独立研发架构的决心，输了对ARM自然也是不利，对高通来说，赢了也和长期合作伙伴ARM关系不再和睦，输了意味着14亿美元可能打水漂了。因此两家可能秘密和解了。

根据https://www.notebookcheck.net/Qualcomm-Snapdragon-8cx-Gen-4-New-leak-points-to-3-GHz-speeds-across-all-CPU-cores-and-TSMC-N4-node.690365.0.html 的信息，我们大致知道8cx Gen4的基本情况：

• l8 performances cores - 3.4 GHz peak clock speed
• l4 efficiency cores - 2.5 GHz peak clock speed（标称速率2.34GHz）
• lAdreno 740 GPU（现在手机旗舰8Gen 2也用这个GPU，2.14TFLOPS）
• lHexagon Tensor NPU (45 TOPS)
• l36 MB L2 cache
• l8 MB L3 cache
• l12 MB system-level cache
• l4 MB GPU cache

8个大核心每核心的L2缓存估计是4MB，4个小核心是1MB，性能比现在的SA8295P要强很多，SA8295P的大核心估计每核心的L2缓存也只有1MB。至于Nuvia Phoenix的架构，高通从未透露过，只能推测大概像苹果那样，8个大核心类似Firestorm，小核心类似Icestorm，将采用4纳米工艺制造，3纳米还太贵，3纳米用在出货量上亿的手机领域更合适。不过不管硬件如何演进，ARM的指令集谁也无法绕开，ARM建立了强大的生态系统，这个系统的核心就是ARM指令集，无论是苹果、英伟达还是高通，都绕不开。

高通即将在2023年推出的8Gen3旗舰手机芯片预计还是会采用ARM架构，台积电4纳米工艺N4P制造，超大核心是Cortex-X4，中核心是2个Cortex-A520，小核心是5个Cortex-A720。2024年推出的旗舰手机芯片8Gen 4也会采用Nuvia的架构，不过是2大核心（性能核）加6小核心（效率核），将采用台积电的N3E即第二代3纳米工艺制造。

8cx Gen4的AI算力很高，有45TOPS，几乎是苹果M2的3倍，对笔记本电脑来说，AI算力没什么作用，苹果一直都没有增加AI算力的打算，从M1到M2再到M2 Pro，AI算力一直都是15.8TOPS，但车载就不一样了，多多益善。高通第一代舱驾合一或者说中央计算芯片SA8295P的AI算力是60TOPS，估计第二代能到100-120TOPS，第五代座舱至少也是45TOPS，是目前SA8295P的1.5倍。

对国内芯片厂家来说，想彻底抛弃ARM恐怕还难以做到，如何面对高通的竞争，只能用ARM的服务器系列芯片与之对抗。

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