定了！Arm要做独立显卡，单挑英伟达凭什么？

如果说现在半导体市场最火的是什么，那么答案只有一个：显卡。

从游戏爱好者到企业的算力中心，庞大的需求正在促使越来越多的半导体厂商进入GPU市场，就连在移动领域非常出名的企业——Arm都忍不住要来分一杯羹了。

据媒体报道，Arm正在以色列秘密开发一款全新的GPU，并且为此招聘了超过百名芯片和软件开发工程师。而且与以往的GPU芯片不同，这款产品或许会是Arm的首款独立显卡，面向PC市场。

图源：Arm

如果是不太关注半导体市场的朋友，或许会对Arm感到陌生，不过只需要一句话就可以让你意识到这家企业的强大：“高通、华为、苹果、联发科的处理器，大多都脱胎或基于Arm指令集”。

某种程度上，其实可称之为“移动处理器的王”，甚至可以说没有Arm，就没有现如今丰富的移动生态。不过，Arm在此之前其实鲜少踏足PC市场，虽然在移动领域也有自己的GPU核心，但是大多与Arm架构的芯片一起搭配出售，搭载在手机等移动智能终端上，与独立的高性能显卡是完全的两码事。

Arm能否给本已非常火爆的GPU市场再添一把火呢？

凭什么？

虽然在多数PC玩家看来，Arm进入PC市场还是最近一年的事情，但是早在多年以前，Windows系统就已经展开了对Arm架构芯片的适配，而且苹果已应用在Mac产品线上的M系列芯片也是基于Arm指令集设计的。

在CPU领域，Arm与PC市场的瓜葛并不少，这段时间超级活跃的“骁龙PC本”背后就有Arm的一枚军功章。不过在GPU领域Arm在PC端并无存在感。

图源：Arm

此前在移动领域，Arm的GPU技术积累不少，比如自研的光线追踪技术，甚至可以让移动端的设备支持光线追踪功能，在计算效率上甚至超过了英伟达的光线追踪技术。

除此之外，Arm此前还发布了自研的Adaptive Scalable Renderering（ASR，超自适应可拓展渲染，又称超级分辨率技术），其效果与英伟达的DLSS，AMD的FSR，英特尔的XeSS是一样的，能够让GPU先渲染低分辨率的原始画面，再通过ASR技术拓展成实际输出的分辨率，并且画面的质量不会下降太多。

实际上你会发现，虽然Arm在独立显卡市场并无多少建树，但是其在GPU领域的技术积累却十分全面，光线追踪与超级分辨率都是目前最炙手可热的显卡核心技术， 再加上最近几年Arm对Vulkan API等开发环境的广泛支持，它实际上已经差不多解决了独立显卡在软件技术方面的问题。

那么在硬件上呢？此前，Arm的GPU大多应用在智能手机等小型设备上，因而更看重能效比——毕竟手机最怕的就是“掉电快”以及发热等能效问题。重视能效比并不代表Arm的GPU硬件性能很差，以天玑9300上的Arm Immortalis-G720为例，这颗GPU的性能足以在2K分辨率的手机屏幕上以120Hz的帧数运行《原神》等大型游戏，此外像《堡垒之夜》《使命召唤》等游戏均可以高帧率运行。

图源：Arm

当然，你会说相较于电脑而言，手机在画面精细度、特效等方面都有明显的区别，但是在《逆水寒》等做了针对性优化的手游中，你会发现，Arm GPU驱动游戏的精细度其实并不比一般的PC游戏差，这也是最近两年手游经常宣传的「PC级画质」。

而「PC级画质」能够实现的背后，核心是超分技术的深度优化，再加上Arm架构的高效，让其能够针对部分平台进行深度优化，极大地提高计算效率并降低能耗。

凭借Ray Tracing、Adaptive Scalable Renderering和Arm架构的三板斧，Arm在显卡领域其实是不弱小的潜力玩家。

为什么？

Arm为何会选择在此时进入GPU市场？很大原因与Arm在移动领域的发展受阻有关系。虽然Arm在移动市场有着近乎垄断的统治力，但是其营收却并不乐观，2023年披露的营收仅为26.79亿美元，其中净利润为5.24亿美元，同比下降达22.49%。

不说与英伟达等巨头相比，就算是与一些规模较小的半导体厂商对比，Arm的营收都算不上高。受此影响，Arm完成上市后股价一直处于缓慢下跌的状态，直到2023年第四季度的营收暴涨，才算是勉强挽回了市场的信心。不论是利润、营收还是市值，Arm所获得的都与其“移动芯片之王”的地位丝毫不匹配。

Arm的营收状况不佳，其实与他们的盈利方式及消费市场的变化有很大关系，Arm的营收主要来自两方面：1、架构授权；2、芯片授权，前者是将架构专利授权给苹果等厂商，一般只收取一次授权费用，然后苹果等厂商以此为基准自主设计处理器，后者则是直接找Arm采购新的芯片设计，然后由买方委托第三方如台积电等代工厂商生产。

图源：Arm

换言之，Arm本质上就是一个设计图卖家，并不参与到实际的芯片制造等环节，这也导致Arm能够得到的利润甚至不如台积电等代工厂。而且，随着移动市场的芯片集中化，高通、苹果等厂商都在探索自己的道路，减少对Arm的依赖，这一度让Arm的授权涨价计划搁浅，营收受到进一步冲击。

在可预见的未来，虽然Arm依然会是移动市场的主导架构，但是Arm本身却很难从架构授权等传统盈利渠道里得到更多的增长，Arm迫切需要一个新的市场来完成增长目标，而在遍历了自己的技术库存后，炽手可热甚至供不应求的显卡，就成了很好的选择。

图源：OnLogic

一方面，是显卡市场的庞大需求。显卡爆发本质是算力需求爆发，算力需求爆发，前些年靠的是游戏、区块链挖矿这些“前菜”应用，结果这两年，大模型AGI才是算力行业真正的“大家伙”。在AI浪潮驱动显卡需求爆发的今天，Arm再不做显卡，更待何时？

另一方面，显卡市场正处于革新期，市场依然存在机会。英伟达和AMD虽然在高性能显卡领域拥有主导权，但是微软等算力供应商也在寻求甚至自研更高能效比的芯片，用来搭建新的算力中心。云计算王者亚马逊，在与英伟达等合作的同时，早已在自研显卡，甚至亚太云计算巨头阿里云都在试图自研显卡芯片。此外，微软、谷歌前段时间都分别曝光了各自的AI芯片研发计划，其中就有采用Arm架构的方案，利用Arm指令集的简洁高效，在AI运算等领域，Arm芯片可以将能效比提高到传统芯片的数倍甚至数十倍，这对于大厂来说无疑有着更高的吸引力。

或许正是受到计算领域的Arm GPU爆火的鼓励，Arm终于决定再赌一把。

怎么干？

Arm被曝光的独立显卡是消费级显卡，因此不是面向算力中心的to B产品。很多人猜测Arm的秘密显卡是一款高性能游戏显卡，但是在雷科技看来Arm或许更倾向于打造一款适用于笔记本电脑等移动设备的高性能AI显卡，而游戏需求只是显卡的应用范畴之一。

简而言之：面向移动设备的低功耗、高性能显卡是Arm的巨大机会。

前段时间发布的骁龙X Elite系列，虽然在日常使用和续航上带给小雷不小震撼（雷科技已对骁龙版YOGA Air 14s等热门骁龙PC产品评测，可在雷科技搜索查看），但是一个问题却是大家无法忽略的：Arm架构的核显，并不足以支撑PC级的大型游戏需求，性能与生态适配均存在不少问题。

对此，骁龙表示后续会对英伟达等显卡进行适配，通过混合搭配来实现对PC大型游戏的支持。不过，一些用户认为传统显卡的高功耗会「毁了」骁龙笔记本的轻薄和高续航体验。如果想兼顾续航和体验，那么最好的方法其实是Arm CPU+Arm GPU，兼顾轻薄与性能，并且能够提供远高于传统笔记本电脑的离电性能。

图源：DIGITMES

实际上这也是目前传统显卡厂商「忽略」或者说「无法兼顾」的市场，英伟达和AMD都将技术迭代重点放在了堆高极限性能上，对中低端显卡和低能耗市场的关注度非常低，这也导致传统的游戏笔记本电脑在这么多年后，续航和离电性能表现依然一塌糊涂。

目前多数厂商都选择用NPU来提高AI性能，但是在面对文生图等应用时，GPU的运算能力仍然是一个绕不开的坎，如何提升GPU的能效比，已经成为显卡厂商需要共同面对的下一个问题。

对于Arm来说这就是最好的机会，其GPU正好有着高能效、低功耗等特点，而且在AI运算方面也有充足的技术积累，正好契合未来轻薄型AI PC的各种需求。按照此前的预估数据，到2028年为止，AI PC的出货量将高达2.05亿台，这是一个庞大且充满诱惑力的市场，而在这个市场中，Arm、英特尔、英伟达、AMD都处于同一条起跑线上。

一个全新的PC时代，谁又能从中脱颖而出，成为新王呢？雷科技将保持密切关注。

嵌入式硬件工程师是什么？新手学习需要了解什么？

在学习的道路上我们一直是新手，硬件行业显得更加如此。想成为高级嵌入式硬件工程师，你还缺少什么？

有很多朋友经常会问，成为高级嵌入式系统硬件工程师，需要做到哪些呢?这里的话你可以留下企鹅，相信我一定可以帮的到你。那么，我们就先从嵌入式硬件工程师是个什么概念入手!

一、如何理解“嵌入式”的概念呢?

1、从硬件上，将基于CPU的处围器件，整合到CPU芯片内部，比如早期基于X86体系结构下的计算机，CPU只是有运算器和累加器的功能，一切芯片要造外部桥路来扩展实现，象串口之类的都是靠外部的16C550/2的串口控制器芯片实现，而目前的这种串口控制器芯片早已集成到CPU内部，还有PC机有显卡，而多数嵌入式处理器都带有LCD控制器，但其种意义上就相当于显卡。比较高端的ARM类Intel Xscale架构下的IXP网络处理器CPU内部集成PCI控制器(可配成支持4个PCI从设备或配成自身为CPI从设备);还集成3个NPE网络处理器引擎，其中两个对应于两个MAC地址， 可用于网关交换用，而另外一个NPE网络处理器引擎支持DSL，只要外面再加个PHY芯片即可以实现DSL上网功能。IXP系列最高主频可以达到 1.8G，支持2G内存，1G×10或10G×1的以太网口或Febre channel的光通道。IXP系列应该是目标基于ARM体系统结构下由 intel进行整合后成Xscale内核的最高的处理器了。

2、从软件上，就是在定制操作系统内核里将应用一并选入，编译后将内核下载到ROM中。而在定制操作系统内核时所选择的应用程序组 件就是完成了软件的“嵌入”，比如WinCE在内核定制时，会有相应选择，其中就是wordpad，PDF，MediaPlay等等选择，如果我们选择 了，在CE启动后，就可以在界面中找到这些东西，如果是以前PC上将的windows操作系统，多半的东西都需要我们得新再装。

3、把软件内核或应用文件系统等东西烧到嵌入式系统硬件平台中的ROM中就实现了一个真正的“嵌入”。

以上的定义是重于理解型的定义，书上的定义也有很多，但在这个领域范围内，谁都不敢说自己的定义是十分确切的，包括那些专家学者们，历为毕竟嵌入式系统是计算机范畴下的一门综合性学科

二、嵌入式系统的分层与专业的分类

嵌入式系统分为4层，硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。

1、硬件层，是整个嵌入式系统的根本，如果现在单片机及接口这块很熟悉，并且能用C和汇编语言来编程的话，从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易，硬件层也是驱动层的基础，一个优秀的驱动工程师是要能够看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设计的，同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。但硬件平台是基础，增值还要靠软件。

硬件层比较适合于，电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业的人来搞，需要掌握的专业基础知识有，单片机原理及接口技术、微机原理及接口技术、C语言。

2、 驱动层，这部分比较难，驱动工程师不仅要能看懂电路图还要能对操作系统内核十分的精通，以便其所写的驱动程序在系统调用时，不会独占操作系统时间片，而导 至其它任务不能动行，不懂操作系统内核架构和实时调度性，没有良好的驱动编写风格，按大多数书上所说添加的驱动的方式，很多人都能做到，但可能连个初级的 驱动工程师的水平都达不到，这样所写的驱动在应用调用时就如同windows下我们打开一个程序运行后，再打开一个程序时，要不就是中断以前的程序，要不 就是等上一会才能运行后来打开的程序。想做个好的驱动人员没有三、四年功底，操作系统内核不研究上几编，不是太容易成功的，但其工资在嵌入式系统四层中可 是最高的。

驱动层比较适合于电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业尤其是计算机偏体系结构类专业的人来搞，除硬件层所具备的基础学科外，还要对数据结构与算法、操作系统原理、编译原理都要十分精通了解。

3、操作系统层，对于操作系统层目前可能只能说是简单的移植，而很少有人来自已写操作系统，或者写出缺胳膊少腿的操作系统来，这部分工作大都由驱动工程师来完成。操作系统是负责系统任务的调试、磁盘和文件的管理，而嵌入式系统的实时性十分重要。据说，XP操作系统是微软投入300人用两年时间才搞定的，总时工时是600人年，中科院软件所自己的女娲Hopen操作系统估计也得花遇几百人年才能搞定。因此这部分工作相对来讲没有太大意义。

4、应用层，相对来讲较为容易的，如果会在windows下如何进行编程接口函数调用，到操作系统下只是编译和开发环 境有相应的变化而已。如果涉及Jave方面的编程也是如此的。嵌入式系统中涉及算法的由专业算法的人来处理的，不必归结到嵌入式系统范畴内。但如果涉及嵌 入式系统下面嵌入式数据库、基于嵌入式系统的网络编程和基于某此应用层面的协议应用开发(比如基于SIP、H.323、Astrisk)方面又较为复杂， 并且有难度了。

三、目标与定位

先有目标，再去定位。

学 ARM，从硬件上讲，一方面就是学习接口电路设计，另一方面就是学习汇编和C语言的板级编程。如果从软件上讲，就是要学习基于ARM处理器的操作系统层面 的驱动、移植了。这些对于初学都来说必须明确，要么从硬件着手开始学，要么从操作系统的熟悉到应用开始学，但不管学什么，只要不是纯的操作系统级以上基于 API的应用层的编程，硬件的寄存器类的东西还是要能看懂的，基于板级的汇编和C编程还是要会的。因此针对于嵌入式系统的硬件层和驱动程的人，ARM的接 口电路设计、ARM的C语言和汇编语言编程及调试开发环境还是需要掌握的。

因此对于初学者必然要把握住方向，自己的目标是什么，自己要在那一层面上走。然后再着手学习较好，与ARM相关的嵌入式系统的较为实际的两个层面硬件层和驱动层，不管学好了那一层都会很有前途的。

学 ARM，从硬件上讲，一方面就是学习接口电路设计，另一方面就是学习汇编和C语言的板级编程

如果想从嵌入式系统的应用层面的走的话，可能与ARM及其它体系相去较远，要着重研究基嵌入式操作系统的环境应用与相应开发工具链，比如WinCe操作系统下的EVC应用开发(与windows下的VC相类似)，如果想再有突破就往某些音视频类的协议上靠，比如VOIP领域的基于SIP或H.323协议的应用层开发，或是基于嵌入式网络数据库的开发等等。

对 于初学者来讲，要量力而行，不要认为驱动层工资高就把它当成方向了，要结合自身特点，嵌入式系统四个层面上那个层面上来讲都是有高人存在，当然高人也对应 的高工资，我是做硬件层的，以前每月工资中个人所得税要被扣上近3千大元，当然我一方面充当工程师的角色，一方面充当主管级人物的角色，两个职位我一个人 干，但上班时间就那些。硬件这方面上可能与我PK的人很少了，才让我拿到那么多的工资。

四、开发系统选择

很多ARM初学者都希望有一套自己能用的系统，但他们住住会产生一种错误认识就是认为处理器版本越高、性能越高越好，就象很多人认为ARM9与 ARM7好， 我想对于初学者在此方面以此入门还应该理智，开发系统的选择最终要看自己往嵌入式系统的那个方向上走，是做驱动开发还是应用，还是做嵌入式系统硬件层设计 与板级测试。如果想从操作系统层面或应用层面上走，不管是驱动还是应用，那当然处理器性能越高越好了，但这个东西自学，有十分大的困难，不是几个月或半年 或是一年二年能搞定的事。

在某种意义上请，ARM7与9的差别就是在某些功能指令集上丰富了些，主频提高一些而已，就比如286和386。对于用户来讲可能觉查不到什么，只能是感觉速度有些快而已。

ARM7比较适合于那些想从硬件层面上走的人，因为ARM7系列处理器内部带MMU的很少，而且比较好控制，就比如S3C44B0来讲，可以很容易将 Cache关了，而且内部接口寄存器很容易看明白，各种接口对于用硬件程序控制或AXD单步命令行指令都可以控制起来，基于51单片机的思想很容易能把他 搞懂，就当成个32位的单片机，从而消除很多51工程师想转为嵌入式系统硬件ARM开发工程师的困惑，从而不会被业界某此不是真正懂嵌入式烂公司带到操作 系统层面上去，让他们望而失畏，让业界更加缺少这方面的人才。

而嵌入式系统不管硬件设计还是软件驱动方面都是十分注重接口这部分的，选择平台还要考察一个处理器的外部资源，你接触外部资源越多，越熟悉他们那你以后就业成功的机率就越高，这就是招聘时 所说的有无“相关技能”，因为一个人不可能在短短几年内把所有的处理器都接触一遍，而招聘单位所用的处理器就可能是我们完全没有见过的，就拿台湾数十家小 公司(市价几千万)的公司生产的ARM类处理器，也很好用，但这些东西通用性太差，用这些处理器的公司就只能招有相关工作经验的人了，那什么是相关工作经 验，在硬件上讲的是外围接口设计，在软件上讲是操作系统方面相关接口驱动及应用开发经验。我从业近十年，2000年ARM出现，我一天始做ARM7，然后 直接跑到了Xscale(这个板本在ARM10-11之间)，一做就是五年，招人面试都不下数百人，在这些方面还是深有体会的。

我个人认为新手学习一定要系统化，不能东学一点西学一点，浪费了时间还没效率。这边如果你有同样的困惑可以留下企鹅。话不多说，我们接着往下看;

因此开发系统的选择，要看自己的未来从来目标方向、要看开发板接口资源、还要看业界的通用性。

五、成为高级嵌入式系统硬件工程师要具备的技能

对于硬件来讲有几个方向，就单纯信号来分为数字和模拟，模拟比较难搞，一般需要很长的经验积累，单单一个阻值或容值的精度不够就可能使信号偏差很大。因此年轻人搞的较少，随着技术的发展，出现了模拟电路数字化，比如手机的Modem射频模块，都采用成熟的套片，而当年国际上只有两家公司有此技术，自我感觉模拟功能不太强的人，不太适合搞这个，如果真能搞定到手机的射频模块，只要达到一般程度可能月薪都在15K以上。

另一类就是数字部分了，在大方向上又可分为51/ARM的单片机类，DSP类，FPGA类， 国内FPGA的工程师大多是在IC设计公司从事IP核的前端验证，这部分不搞到门级，前途不太明朗，即使做个IC前端验证工程师，也要搞上几年才能胜任。 DSP硬件接口比较定型，如果不向驱动或是算法上靠拢，前途也不会太大。

而ARM单片机类的内容就较多，业界产品占用量大，应用人群广，因此就业空间极大，而硬件设计最体现水平和水准的就是接口设计这块，这是各个高级硬件工程师相互PK，判定水平高低的依据。

而接口设计这块最关键的是看时序，而不是简单 的连接，比如PXA255处理器I2C要求速度在100Kbps，如果把一个I2C外围器件，最高还达不到100kbps的与它相接，必然要导致设计的失 败。这样的情况有很多，比如51单片机可以在总线接 LCD，但为什么这种LCD就不能挂在ARM的总线上，还有ARM7总线上可以外接个Winband的SD卡控制器，但为什么这种控制器接不到ARM9或 是Xscale处理器上，这些都是问题。因此接口并不是一种简单的连接，要看时序，要看参数。

一个优秀的硬件工程师应该能够在没有参考方案的前提下设计 出一个在成本和性能上更加优秀的产品，靠现有的方案，也要进行适当的可行性裁剪，但不是胡乱的来，我遇到一个工程师把方案中的5V变1.8V的DC芯片， 直接更换成LDO，有时就会把CPU烧上几个。

前几天还有人希望我帮忙把他们以前基于PXA255平台的手持GPS设备做下程序优化，我问了一下情况，地 图是存在SD卡中的，而SD卡与PXA255的MMC控制器间采用的SPI接口，因此导致地图读取速度十分的慢，这种情况是设计中严重的缺陷，而不是程序 的问题，因此我提了几条建议，让他们更新试下再说。

因此想成为一个优秀的工程师，需要对系统整体性的把握和对已有电路的理解，换句话说，给你一套电路图你 终究能看明白多少，看不明白80%以上的话，说明你离优秀的工程师还差得远哪。其次是电路的调试能力和审图能力，但最最基本的能力还是原理图设计PCB绘 制，逻辑设计这块。这是指的硬件设计工程师，从上面的硬件设计工程师中还可以分出ECAD工程师，就是专业的画PCB板的工程师，和EMC设计工程师，帮 人家解决EMC的问题。

硬件工程师再往上就是板级测试工程师，就是C语功底很好的硬件工程师，在电路板调试过程中能通过自已编写的测试程序对硬件功能进行 验证。然后再交给基于操作系统级的驱动开发人员。

总之，硬件的内容很多很杂，硬件那方面练成了都会成为一个高手，我时常会给人家做下方案评估，很多高级硬件工程师设计的东西，经常被我一句话否定，因此工程师做到我这种地步，也会得罪些人，但硬件的确会有很多不为人知的东西，让很多高级硬件工程师也摸不到头脑。

那么高级硬件件工程师技术技能都要具备那些东西哪，首先要掌握EDA设计的辅助工具类如 ProtelORCADPowperPCBMaplux2ISE、VDHL语言，要能用到这些工具画图画板做逻辑设计，再有就是接口设计审图能力，再者就是调试能力，如果能走到总体方案设计这块，那就基本上快成为资深工程师了。

高级硬件工程师不仅要有设计能力还有具有相当深厚的基本功，就是EDA工具的使用，EDA工程师包括原理图和PCB工具，逻辑设计工具和VHDL

SCH有Cadence下的Orcad 和Mentors公司pads下的powerpcb.

当然protel也具有这两部分功能但它在国际上不通用。只是国内通用。如果想走得高些或到台资、日资、美资公司及国内需要对外交流的大公司的话，上面的硬件的原理图工具和PCB工资必须掌握的。逻辑这块，硬件工程师主要是负责CPLD这块，涉及FPGA这块时应该会有专业FPGA人员来搞定的，因FPGA不太适合做逻辑的。因此硬件工程师只到CPLD为止。

硬件是要靠经验，也要靠积累的。如果你想在嵌入式行业的新手或者有想法发展却没有方向的年轻人的时候，这边也可以留下企鹅，这些年我也存了不少的干货，一定能给你一个系统化的帮助。最后，路漫漫其修远兮，一定要在坚持坚持!

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