ARM vs. Atom: Der Kampf um die nächste digitale Grenze

Ausnahmsweise weiß Intel, wie es sich anfühlt, der Außenseiter zu sein.

In den letzten 25 Jahren hat sich Intel zum führenden Anbieter von Mikroprozessoren für Heim- und Geschäftscomputer entwickelt und verfügt über ein virtuelles Monopol auf dem Markt für Desktop-, Laptop- und Server-CPUs. Sogar Apple ist dem Chor beigetreten.

Aber CEO Paul Otellini gibt sich nicht damit zufrieden, hier aufzuhören. Er stellt sich eine Welt vor, in der Intel-Chips jedes Gerät mit Strom versorgen, vom größten Server bis zur bescheidensten Medien-Appliance - ein "Kontinuum der Datenverarbeitung", das viele Ebenen der Prozessorleistung umfasst und durch die x86-Architektur von Intel vereint wird.

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Der Schlüssel zu dieser Vision ist Atom, der jüngste Eintrag in der Intel-Prozessorreihe. Atom ist kompakt und äußerst energieeffizient und bereits die führende CPU für Netbook-Computer. Mit seinen neuesten Ultra-Niederspannungs-Versionen des Chips ist Intel bereit, x86 noch weiter in Otellinis Kontinuum zu bringen, weg von PCs und in die Welt der Handys, Mediaplayer, Smart-TVs und anderer digitaler elektronischer Geräte.

Es wird nicht einfach sein. Intel mag der amtierende König der PCs und Server-CPUs sein, aber in der Welt der Mobilgeräte geht dieser Titel an einen unwahrscheinlichen Rivalen: ein kleines, bescheidenes Unternehmen namens ARM Holdings mit Sitz in Cambridge, England.

Die meisten Verbraucher haben noch nie von ARM gehört. Sie werden keine ARM-Werbekampagnen in Magazinen oder im Fernsehen sehen. Es gibt keine Aufkleber mit der Aufschrift "ARM Inside!" Das Unternehmen beschäftigt weniger als 1.800 Mitarbeiter und mit 3 Milliarden US-Dollar ist seine Marktkapitalisierung nur ein Bruchteil der von Intel. Aber machen Sie keinen Fehler - ARM und Intel befinden sich auf einem Kollisionskurs. Was als nächstes passiert, könnte die Form der Computerindustrie für die kommenden Jahre bestimmen.

Die nächste digitale Grenze

Bedenken Sie: Intel hat 2003 seinen 1-milliardsten x86-Chip verkauft. Sein nächster Rivale, AMD, hat gerade in diesem Jahr die 500-Millionen-Marke überschritten. ARM hingegen rechnet allein 2009 mit der Auslieferung von 2,8 Milliarden Prozessoren - oder rund 90 Chips pro Sekunde. Dies kommt zu den mehr als 10 Milliarden ARM-Prozessoren hinzu, die bereits heute Geräte mit Strom versorgen.

Nehmen Sie ein Mobiltelefon mit und es besteht eine Wahrscheinlichkeit von 95 Prozent, dass es mindestens einen ARM-Prozessor enthält. Wenn das Telefon in den letzten fünf Jahren hergestellt wurde, machen Sie das zu 100 Prozent; Das gilt sowohl für Standardhandys als auch für Smartphones.

Gleiches gilt für tragbare Mediaplayer. Ob auf dem Etikett Archos, iRiver oder Sony steht, es ist ARM.

Sie finden ARM-Chips auch in WLAN-Routern von D-Link, Linksys und Netgear. Drucker von HP, Konica Minolta und Lexmark; Grafikrechner von HP und TI; GPS-Geräte von Blaupunkt, Garmin und TomTom; und unzählige andere Geräte. Sogar das Fluginformationssystem auf Burt Rutans SpaceShipOne wurde von ARM betrieben.

Jede dieser Anwendungen ist eine potenzielle Chance für Intel, aber bis vor kurzem galten x86-Chips im Allgemeinen als zu leistungshungrig - und zu teuer - für die Verwendung in eingebetteten Anwendungen. Atom ändert das, aber Intel muss die Gerätehersteller noch davon überzeugen, dass es ein ebenso guter Partner sein kann wie das bestehende ARM-basierte Ökosystem.

ARM: Die Maus, die brüllte

Intel stieg auf altmodische Weise an die Spitze der Computerindustrie: Kampf gegen Zähne und Nägel. Es schützt seine Prozessordesigns eifersüchtig. Selbst wenn Intel seine Technologie an andere Unternehmen wie AMD lizenziert, konkurriert Intel mit denselben Lizenznehmern um dieselben Märkte.

Bei ARM hingegen dreht sich alles um Partnerschaft. Es besitzt keine Fabrikationsanlagen und verkauft keine Chips unter seinem eigenen Banner. Stattdessen lizenziert es seine CPU-Kerndesigns an mehr als 200 Halbleiterunternehmen weltweit. Prominente amerikanische Lizenznehmer sind Freescale, Marvell, Qualcomm und Texas Instruments.

Jeder Lizenznehmer kann die ARM-Technologie mit seinen eigenen benutzerdefinierten Modifikationen verpacken und die resultierenden Chips unter seinem eigenen Branding vermarkten. Die CPU, die das iPhone 3G S antreibt, wird beispielsweise als Samsung S5PC100 verkauft. Im Inneren befindet sich jedoch ein 600-MHz-ARM-Cortex-A8-Kern, der mit den proprietären Grafik-, Signal- und Multimedia-Verarbeitungseinheiten von Samsung gekoppelt ist.

Deshalb gibt es so viele verschiedene Arten von ARM-Prozessoren in so vielen verschiedenen Arten von Geräten. ARM ist nicht nur eine einzelne CPU. Vielmehr handelt es sich um ein gesamtes Ökosystem, das nicht nur Prozessoren, sondern auch Entwicklungstools und andere Verbindungstechnologien umfasst. So können viele konkurrierende Hersteller eine Vielzahl von Produkten für verschiedene Marktnischen anbieten, die alle auf der ARM-Architektur basieren.

Diese Flexibilität macht ARM insbesondere zu einer idealen Plattform für den Aufbau komplexer, dicht integrierter System-on-Chip-Produkte (SoC), die unter anderem Prozessorkerne mit Speicher, Signalverarbeitungsschaltungen, Timern und externen Schnittstellen wie USB und FireWire kombinieren .

Intel tritt in das Atomzeitalter ein

Intel verkaufte seine XScale-Division jedoch 2006 während einer Phase allgemeiner Umstrukturierungen an Marvell. Zu dieser Zeit bezeichnete ein Unternehmenssprecher den Geschäftsbereich als "notleidende Geschäftseinheit" und behauptete sogar, der von XScale bediente Handheld-Markt sei "nicht gut für [Intel] geeignet".

Weniger als zwei Jahre später stellte Intel den Chip vor, aus dem Atom werden sollte.

Atom ist eine brandneue Version der x86-Architektur. In Zusammenarbeit mit dem führenden Netbook-Anbieter Asus hat Intel den Chip von Grund auf so konzipiert, dass er eine gute Leistung bei extrem niedriger Spannung bietet.

Das früheste Atom-Design war für ultraportable Geräte wie Smartphones immer noch zu leistungshungrig, aber es hat sich wie eine Rakete auf dem Netbook-Markt durchgesetzt. Heute versorgen Atom-Chips mehr Netbooks mit Strom als jede andere CPU. Neuere Iterationen der Netbook-zentrierten Atom-Linie von Intel haben die Geschwindigkeit erhöht und Funktionen hinzugefügt. Die neuesten Modelle bieten zwei Kerne.

Intel gibt sich jedoch nicht damit zufrieden, Atom auf Low-End-Laptops zu beschränken. Während sich der Netbook-Markt beschleunigt hat, hat Intel daran gearbeitet, Atom so zu verfeinern, dass es einer neuen Nische entspricht, die noch weiter unten im von Otellini vorgeschlagenen Kontinuum liegt. Berichten zufolge zielt Intels jüngstes Hush-Hush-Projekt mit dem Codenamen Medfield darauf ab, eine Version des Atom zu produzieren, die so klein ist und mit einer so niedrigen Spannung betrieben wird, dass sie in einer ganzen Reihe von Geräten der Unterhaltungselektronik verwendet werden kann.

Und das ist nicht alles. Wo Intel in der Vergangenheit seine CPUs als Standardteile hergestellt und verkauft hat, versucht Atom mit Atom etwas Neues. Im März wurde ein Vertrag mit Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. geschlossen, der es TSMC und seinen Kunden ermöglicht, kundenspezifische SoC-Produkte auf Basis von Atomkernen herzustellen. Mit anderen Worten, Intel leiht sich eine Seite direkt aus dem ARM-Playbook aus.

Die Kompatibilitätsfrage

Obwohl ARM auf dem Markt für eingebettete Systeme eine nahezu universelle Akzeptanz gefunden hat und ein florierendes Entwickler-Ökosystem unterstützt, ist es nicht ohne Fehler. Programmierer, die an die traditionellere Entwicklung von PC-Software gewöhnt sind, müssen neue Tricks lernen, um in ARM-Umgebungen produktiv zu sein.

Dies ist teilweise auf die neuartige Geschichte von ARM zurückzuführen. ARM ist ein einzigartiges, auf RISC basierendes Prozessordesign und entstand aus der skurrilen britischen Computerindustrie der 1980er Jahre. Es war kompakt und effizient, vor allem, weil es sein musste - seine britischen Unterstützer hatten keinen Zugang zu der Art von Kapital, die Intel an die Spitze des Silicon Valley trieb. Als jedoch klar wurde, dass x86 den PC-Markt in Großbritannien wie in Amerika dominieren würde, wurde es durch das effiziente Design von ARM schnell bei den Herstellern digitaler Geräte beliebt.

Atom hingegen ist eine vollblütige x86-CPU. Es ist kleiner und verbraucht weniger Strom als die Mainstream-PC-Chips von Intel, unterstützt jedoch den vollständigen x86-Befehlssatz und das zugehörige Programmiermodell. Wie jeder Netbook-Besitzer bestätigen kann, kann eine Atom-CPU jede Binärdatei ausführen, die auf einem Core 2 Duo ohne Änderung ausgeführt wird, wenn auch langsamer.

Intel geht davon aus, dass diese Kompatibilität Entwickler beim Übergang von PC-Umgebungen zu Mobilgeräten ansprechen wird. Dies bedeutet, dass sie dieselben Compiler, Tools und Codebibliotheken verwenden können, um Software für Atom-basierte mobile Geräte zu erstellen wie für PCs.

Das heißt nicht, dass ARM keine Software hat. Der Katalog der für die Plattform verfügbaren Betriebssysteme und Anwendungen wächst seit Jahrzehnten und umfasst mehrere vollständige Linux-Distributionen. Googles Android-Betriebssystem läuft auf ARM, ebenso wie Chrome OS, wenn es ausgeliefert wird. Sogar einige kommerzielle Softwareanbieter unterstützen dies. Beispielsweise hat Adobe kürzlich angekündigt, Versionen von Flash Player 10.1 für ARM und Intel gleichzeitig zu liefern.

Eine Sache, die ARM jedoch nicht hat, ist Windows. Während verschiedene Versionen von Windows CE auf ARM-Geräten ausgeführt werden, hat Microsoft laut eigenen Angaben keine Pläne, den Originalartikel zu portieren. Und selbst wenn das Betriebssystem selbst booten würde, wäre es nicht sehr nützlich, wenn nicht auch große Anwendungsanbieter ihre Software portieren würden.

Zugegeben, Windows ist für viele eingebettete Anwendungen übertrieben. Die Unfähigkeit, das Flaggschiff-Betriebssystem von Microsoft zu betreiben, könnte jedoch ausreichen, um die Pläne von ARM, am unteren Ende des Netbook-Marktes zu bestehen, zu behindern.

Intel: Ein Baby im Wald?

Vor nicht allzu langer Zeit, UpsideDas Magazin bezeichnete eine Firma namens Transmeta als "die wichtigste Firma im Silicon Valley". Das Produkt klang Atom bemerkenswert ähnlich. Transmeta-CPUs verwendeten fortschrittliche, proprietäre Technologie, um den x86-Befehlssatz so auszuführen, dass viel weniger Strom verbraucht wurde als bei herkömmlichen Intel Desktop- und Laptop-Chips.

Als die ersten Transmeta-Chips in Consumer-Laptops auftauchten, waren sie jedoch eine Enttäuschung. Transmeta-Laptops waren nicht viel kleiner oder leichter als Standard-Laptops, aber ihre Leistung war spürbar schlechter.

Die Netbook-Kategorie gab es damals noch nicht, und die Batterietechnologie war weniger fortgeschritten als heute. Für das von Gigahertz besessene Kaufpublikum waren die Minuten, die die Technologie von Transmeta zu ihrer Akkulaufzeit beitrug, einfach keine Leistungseinbußen wert.

Die Situation ist heute ähnlich, nur jetzt fordern die Verbraucher sowohl Geschwindigkeits- als auch Energieeinsparungen. Wen kümmert es, wenn ein Chip eine x86-Architektur verwendet, solange er genug Saft hat, um hochauflösendes Video zu dekodieren, und den Akku nicht entlädt, bevor der Film endet?

Die Leistung von Atom ist gut, aber Intel muss noch ein Modell mit Leistungseigenschaften demonstrieren, die mit denen der aktuellen Generation von ARM-Chips vergleichbar sind.

In der Zwischenzeit hat ARM kürzlich eine Version seines Cortex A9-Prozessors mit 2 GHz demonstriert, die beweist, dass ARM-Chips für Hochleistungsanwendungen skalierbar sind. Und ein bevorstehendes ARM-Produkt verspricht, ein Drittel so viel Strom zu verbrauchen wie aktuelle Angebote.

Angesichts solcher Zahlen könnte Intels Rede von einer universellen x86-Architektur auf taube Ohren stoßen - zumal es auf dem Embedded-Markt keinen Mangel an ARM-Programmierern gibt.

Lassen Sie die Chips fallen, wo sie können

Aber tiefe Taschen spielen keine Rolle, wenn Intel sein Atom-Geschäft langfristig nicht rentabel machen kann. Während ARM seit Jahren auf dem Embedded-Markt Fuß fasst, hat sich Intel an Unternehmen mit höheren Margen gewöhnt. Intel könnte feststellen, dass ihm die Nerven für den kommenden Kampf fehlen.

Quellen zufolge kostet jede Atom-CPU etwa ein Zehntel des Preises eines Penryn-Chips von Intel für Standard-Laptops. Da ARM seine Chips immer schneller und vielseitiger macht, wird Intel unter Druck gesetzt, Atom zu folgen. Aber je leistungsfähiger Atom wird, desto mehr Atom-Verkäufe können die Verkäufe von Intels höhermargigen traditionellen Chips ausschlachten. Einige Analysten fragen sich, ob dies wirklich ein Markt ist, in dem ein Unternehmen mit Intels Geschäftsmodell erfolgreich sein kann.

Aber dann ist es nicht so, als hätte Intel die Wahl. Der Aufstieg der Netbooks, der Rückgang der Desktop-PCs, die grüne IT-Bewegung und die Smartphone-Explosion deuten auf eine grundlegende Veränderung im Computerbereich hin. Intel kann die Verschiebung annehmen, aber nicht aufhalten.

Für ARM und seine vielen Partner muss die Welt der Zukunft von Intel jedoch ein sehr vertrauter Ort sein.