晶心科股價一年飆漲五倍的背後,蘊含著科技巨頭爭奪「指令集」霸業的興衰故事

晶心科股價一年飆漲五倍的背後,蘊含著科技巨頭爭奪「指令集」霸業的興衰故事
晶心科總經理林志明(左)與中華精測總經理黃水可( 右)|Photo Credit: 中央社

我們想讓你知道的是

ARM陣營在蘋果的帶領下,正式向X86陣營發起決戰,意圖跨出行動裝置市場一統江湖。另一邊,有聯發科和眾多高科技公司在背後撐腰的新興指令集架構RISC-V ,也以晶心科技為領頭羊,要來接手MIPS陣亡後留下的市場真空,並且對ARM開始蠶食鯨吞。

文:何必問

蘋果發表劃時代的M1處理器,同時MIPS指令集宣告終結;在股價一年飆漲超過五倍的晶心科帶領下,科技界即將再次迎來一場CPU架構大混戰。

最近科技界傳出了一個大消息,在整個CPU處理器市場佔有率第三大的「MIPS指令集」宣告停止開發正式終結,未來市場主流的CPU指令集架構將只剩下Intel/AMD主導的x86和Qualcomm/Apple支持的ARM,分別在個人電腦和智慧型手機市場上各據一方。

而在這個看似歲月靜好,各方勢均力敵的局面下,卻隱藏著一股山雨欲來的風暴前奏。首先是ARM陣營在蘋果的帶領下,正式向x86陣營發起決戰,意圖跨出行動裝置市場一統江湖。而在另一邊,有聯發科和眾多高科技公司在背後撐腰的新興指令集架構RISC-V (發音: risk-five),也以晶心科技為領頭羊,要來接手MIPS陣亡後留下的市場真空,並且對ARM的固有市場開始蠶食鯨吞。

「指令集」是什麼東西?

在開始正文之前,先讓我們聊聊這個所謂的「指令集」到底是什麼東西,可以拿來吃嗎?簡單來說,所謂的「指令集」(全名為指令集架構,instruction set architecture)就是工程師在設計CPU處理器時所使用的基本功能單元,而我們知道CPU就是在電腦和手機中最重要的那個核心晶片。

電腦和手機的工作流程大致就是在開機以後,啟動CPU處理器開始讀取軟體程式,接著按照軟體上面所寫的指令開始操作整個系統並且和外界進行溝通。而如果我們把CPU的功能視為一棟房子,所謂的「指令集」就可以視為建造這座房子的基本磚頭,這些磚頭能夠對應軟體程式的控制命令然後要求硬體去執行特定的運算,於是我們的電腦跟手機才能夠發揮它們的功能。(當然我們使用的比喻是個抽象層面上的簡化,不過基本原則差不多就是這樣。)

那麼既然指令集只是在扮演基本磚頭的角色,為什麼科技界又會把它看得如此重要呢?這是因為在電腦系統的執行上有一個很關鍵的重點,就是支援不同指令集架構的CPU處理器和軟體程式彼此之間非常難以互通,一旦某個軟體或APP只支援某個指令集,消費者幾乎就只能購買由這個指令集架構所建造的CPU處理器。

當初Intel和Microsoft聯手形成wintel聯盟後就是為了藉此取得巨大的競爭優勢進而壟斷市場,因為消費者需要同時使用Intel的CPU處理器和Microsoft的Windows作業系統電腦才有辦法好好運作。所以當某個指令集架構擁有了強大完整的軟硬體供應商以後,就會變成一個很難被取代的產品生態系,從而像Windows和Intel的CPU一樣為指令集架構的主導廠商帶來驚人的豐厚利潤。

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Photo Credit: Shutterstock / 達志影像

Intel和Microsoft的強大聯盟

當我們回來檢視現在的市場時就可以發現這種獨佔現象,目前市面上的個人電腦和伺服器CPU幾乎都是使用Intel/AMD主導的x86指令集設計的,而在手機行動裝置或者各種資訊設備上的CPU則大部份是以Qualcomm/Apple主推的ARM指令集為主,很難找到其它的競爭者。

這裡有一個有趣的問題來了,既然早在1990年代Intel和Microsoft已經結合成了這麼強大的聯盟,為什麼今天不是他們的x86架構指令集繼續獨霸,反而變成x86和ARM這兩個架構指令集互相抗衡呢?

這邊就要讓我們話說從頭了。自從1980年代末各種電腦系統開始出現在市場上後,眾家廠商開始前撲後繼地紛紛投入研發,並且各自發展出了各種自有的CPU處理器和指令集架構 (像是Intel x86、MOS 6502、Motorola 68000⋯⋯)。其中Intel從一開始和IBM合作而崛起,到之後靠著我們所熟知的386,486等這些熱門大賣的CPU處理器不斷成長,接著Intel所使用的x86架構指令集就慢慢憑藉著強大的計算能力和完整的軟體生態系一步步宰制了電腦市場。

尤其是在1990年代中對抗當時Apple、Motorola和IBM的PowerPC聯盟時,靠著Windows 95加Pentium處理器的黃金組合獲得了空前勝利,使得之後不管是個人電腦、筆記型電腦、還是企業伺服器都走向了使用x86架構處理器的道路。

「精簡指令集」的崛起

然而到了1990年代末期這個局面又發生了一點新的變化,隨著半導體和電子科技進步,各種行動裝置以及資訊系統設備開始蓬勃發展,也衍生出了新的CPU處理器需求。此時x86架構的CPU缺點開始浮現,包括了架構複雜、成本高昂以及耗電量高的特性都嚴重限制了其應用空間。

對於行動裝置像是PDA、MP3、手機來說,其上的處理器晶片都要依賴於電池供電,所以裝置的節能表現和使用時間變成了極其重要的規格要求。而對於網際網路興起後大量的資訊系統設備像是網路裝置、印表機、數位電視等等,也都需要可靠且低成本的CPU處理器幫助運作。當x86架構處理器的固有特性無法滿足這些新興的應用時,被稱為精簡指令集(RISC)的架構指令集家族就開始趁虛而入大舉搶攻市場。

所謂的「精簡指令集」(RISC)這個名稱是相對於Intel x86所屬的「複雜指令集」(CISC)而來,在複雜指令集裡,希望軟體程式一個指令下來,CPU就能執行一連串的動作,這種做法提高了程式的效率,但在CPU等待、接收,和分析命令的過程中會大幅增加硬體所需的資源同時增加許多耗電量。而在精簡指令集裡,CPU被設計成一個口令下才會執行一個動作,這樣雖然降低了運算速度和處理能力,但卻減少了不必要的硬體以及工作量從而減少了功耗。


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