Arm：半導體晶片專門化發展趨勢已經成形

【蔣士棋╱北美智權報　編輯部】

在PC、NB時代，Intel設計的CPU晶片定義了資訊產品的效能，而在物聯網、手機、資料中心…..等等應用百花齊放的現在，Arm就算自己不設計或生產晶片，但基於Arm架構的晶片，仍然深深影響著資通訊產業的每個面向。面對未來，Arm認為，軟體將會是決定資通訊產業優勝劣敗的關鍵。

傳統上，高階運算服務市場向來被英特爾（Intel）和AMD所支持的x86架構主導，但如今三大雲端服務市場龍頭：亞馬遜（Amazon Web Service）、微軟（Microsoft Azure）以及Google（Google Cloud Platform）卻漸漸轉向Arm。今年7月中，Google宣布雲端服務的伺服器晶片，將改採基於Arm架構之下，由Ampere Computing所設計的Altra晶片，而微軟、亞馬遜更早已加入Arm架構的陣營；若再把其他同樣採用Arm架構的阿里雲、Oracle考慮進來，x86架構似乎不再是業界首選。

雲端運算並不是Arm唯一的目標。從大型伺服器到IOT裝置裡的微處理器，都看得到Arm-based的影子。根據軟銀願景基金（Softbank Vision Fund）2021年的年報顯示，Arm架構晶片在去年的總出貨數量高達292億，比起2020年成長了15.4%；而在今年第一季，就算全球經濟已經開始轉折，Arm架構晶片的出貨量還是有74億片，比去年同期成長了6.8%（圖1）。

Arm架構晶片，2021年出貨量將近300億

從1990開始的20年間，正是英特爾的全盛時期， “Intel inside”成為資訊工業界的標準；但是風水輪流傳，在2010年後行動裝置興起，伴隨著3G、4G的通訊技術革命， “Arm-based”成為新的資通訊設備共通架構。Arm資深副總裁暨物聯網事業部總經理 Paul Williamson形容，「Arm正處於科技發展的最前沿（front seat）。」

談及下一個世代的運算方向，Williamson指出，未來將朝專門化運算（specialized computing）的趨勢發展，並指出了運算本身的複雜度、效能以及軟體三大重點。就運算複雜度來說，Williamson認為，由最近的產業應用就看得出來，傳統上以中央處理器（CPU）擔負全部運算任務的時代已經過去。「現在除了CPU以外，我們還有GPU、NPU、ISP這些同樣在負擔運算工作的晶片，來應付更多樣化的運算需求，」他舉例，今天的汽車上大概有1億行的軟體程式碼，但在自駕車上，程式碼的程度將會成長到5倍之多。因此，晶片架構能否由簡馭繁，將是技術能否持續往前發展的重點。

另一方面，晶片的運算效能也十分重要。Williamson指出，由於半導體製程以及晶片設計的精進，在過去10年內半導體的運算效能有著顯著提升，「現在我們每個人的口袋裡都有一部超級電腦」；然而，在他看來，在未來的運算世界裡，「軟體」的重要性將遠大於晶片本身，「Arm在軟體上將會投注大量的資源。」

正由於晶片運算的使用場景更為複雜、效能要求也愈來愈高，連帶使得軟體在未來將成為這些晶片能否充分發揮效用的關鍵。Williamson就指出，為了應付自駕車產業對於晶片運算的需求，在2030年前，為自駕車開發軟體的工程師，將是現在的10倍之多。換句話說，只要專門化運算的趨勢不變，軟體的重要性必然更甚以往。

因應自駕車產業發展，軟體工程師需求將是目前的10倍

作為以晶片架構授權為主業的公司，Arm本身並不直接設計晶片，但看準了專門化運算的大趨勢，Arm開始把軟體開發也納入生態系規劃中，把建立產業標準當作降低軟體設計門檻當作重要的策略。以5G時代最重要的應用：物聯網為例，在今年10月初，與Arm有多年合作關係的連結標準聯盟（Connectivity Standards Alliance，CSA）發表了第一版的物聯網互聯標準：Matter 1.0，作為開發物聯網應用時的相容和認證標準。

Williamson強調，Matter可提供跨網路傳輸技術、跨裝置的協定，提升智慧家庭內的產品相容性，最終推動全面性的物聯網裝置部署。「幾乎所有IoT裝置都是基於Arm架構，所以我們跟CSA的合作是非常密切的，」他補充，在Matter所搭建的相容性框架之下，軟體人員可以更快速、方便地設計出各種實際應用，推動物聯網產業的發展。

另一個例子是近年來勢頭正旺的電動車。2021年時，在Arm自己的主導下成立了車用軟體的開放架構組織SOAFEE，「1年之內，成員公司就從10家成長到50家，而且是來自各個產業，代表大家都相當重視，」Arm台灣總裁曾志光說。

未來將是個軟體定義的世界。當硬體的運算架構漸趨整合，意味著產品之間的相容性隔閡逐漸消弭，若想要讓自己的產品能在競爭中脫穎而出，只能夠藉由軟體開發達成差異化。當Arm主導的資通訊生態系日益龐大的同時，加強軟體能力也將會是台灣眾多資通訊大廠不可或缺的一門功課。

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