Kommentar Windows auf Nvidia, Qualcomm und TI - Microsoft definiert den PC-Prozessor neu

Frank Riemenschneider, Elektronik
Frank Riemenschneider, Elektronik

Es war die Ankündigung auf der CES-Messe in Las Vegas: Die Nachfolgegeneration von Windows 7 wird nicht nur mehr auf x86-Prozessoren, sondern auch auf ARM-basierten Chips laufen. Was sind die Folgen für Intel und die Lizenznehmer von ARM, die zukünftig Prozessoren nicht nur für Handys und Tablets, sondern auch für PCs und Server bauen können?

Das Geschäftsmodell, das Intel und Microsoft in den letzten Jahrzehnten Millarden Dollar in die Kasse spülte, war einfach: Intel baute x86-Prozessoren und Microsoft für diese Chips Betriebssystem und Applikationen. Mit der Nachfolgeversion von Windows 7, nennen wir sie Windows 8, wird alles anders: Sie unterstützt auch ARM-basierte Prozessoren. Die unterschiedlichen SoCs, die von ARMs Lizenznehmern gefertigt werden, haben gegenüber den Intel-Prozessoren allerdings aus Microsoft-Sicht einen entscheidenen Nachteil: Sie sind hinsichtlich der im Chip integrierten Peripherie nicht standardisiert und erfordern seitens Microsoft einen hohen Anpassungsaufwand. Um diesen im Rahmen zu halten, hat man den Windows-Support zunächst auf Chips von Nvidia, Qualcomm und Texas Instruments begrenzt.

Speziell Nvidia hat mit Windows 8 große Pläne. Nachdem das Geschäft mit Grafikchips für PCs wohl kaum noch Wachstumspotential verspricht, nachdem Intels neue Prozessoren der Sandy-Bridge-Generation CPU und GPU auf einem Die integrieren und einen externen Grafikchip in vielen Fällen überflüssig machen (High-End-PCs für Spiele-Freaks werden auch zukünftig diskrete Grafikchips benötigen), hat man eine Architekturlizenz von ARM erworben und will unter dem Projektnamen „Denver“ ebenfalls einen Prozessor mit integrierter GPU designen, der in unterschiedlichen Abstufungen (1, 2, 4, 8 oder noch mehr Cores) vom Smartphones über Tablets bis zum Server für alle Anwendungen geeignet sein soll. Ob man es allerdings hinbekommt, Silizium bis zum Start von Windows 8, also 2012, zu fertigen, ist zweifelhaft. Als Interimslösung hat Nvidia auf jeden Fall schon mal ARMs neuen High-End-Core, den Cortex-A15, lizensiert, der in einer Quad-Core-Version zumindest Tablets und Low-End-PCs unterstützen dürfte und somit ein logischer Ausbau der existierenden Tegra-Produktline wäre.

Nvidias CEO Jen-Hsun Huang bezeichnete das Projekt „Denver“ als eines der wichtigsten in Nvidias Firmenhistorie – dies ist angesichts der erodierenden Umsätze mit Grafikchips wohl nicht übertrieben. Angeblich hatte man sogar überlegt, über einen Kauf der Firma Via Technologies, die eine übertragbare x86-Lizenz bis 2018 hat, Zugriff auf die x86-Architektur zu bekommen. Es hätte jedoch enorme Investionen erforderlich gemacht, einen Prozessor zu entwickeln, der mit Intels Produkten hätte in einen realistischen Wettbewerb treten können und im Worst Case wäre Nvidia nur eine Nische geblieben wie heute AMD – weshalb die Idee schnell wieder verworfen wurde.

Die Entwicklung eines konkurrenzfähigen ARM-Prozessors dürfte zwar unwesentlich billiger werden, wenn man ihn allerdings durch Skalierung vom Smartphone bis zum Server einsetzen könnte, würde sich das Investment wohl eher rechnen. Davon abgesehen hat Nvidia durch die Tegra-Prozessoren schon große Erfahrungen bei ARM-Designs und last but not least kann sich Nvidia durch überlegene Grafiktechnologie von seinen Mitbewerbern differenzieren.

Um für den PC- und Server-Markt gerüstet zu sein, darf man davon ausgehen, dass sowohl ARMs nächster Core als auch Nvidias „Denver“-Chip eine vollständige 64-bit-Architektur implementieren. Der Cortex-A15 hat „nur“ 32-bit-Register und eine 40-bit-Speicheradressierung.

Die „Denver“-CPU dürfte 2013 in Produktion gehen, gleiches gilt für Nvidas nächsten Grafikchip mit dem Codenamen „Maxwell“, so dass „Denver“ vermutlich eine Maxwell-GPU enthalten wird. Beide Chips sollen in 22-nm-Technologie gefertigt werden, was sowohl TSMC und Globalfoundries stark unter Druck setzt.

Qualcomm braucht neue Märkte

Qualcomm verspürt sicherlich nicht den Druck wie Nvidia, nichts desto trotz sucht man auch in San Diego nach neuen Wachstumsmärkten, da man bei den Basisband-Chips bereits heute einen Marktanteil von über 40 % hat und eine weitere Steigerung wohl nur schwer möglich ist. Mit den Snapdragon-Chips fokussierte man sich bisher auf Geräte mit integriertem 3G-Support, was im PC-Markt eher unüblich ist, da die Provider eigene Surf-Sticks vertreiben. Qualcomm wird daher wohl kaum darum herumkommen, einen Prozessor ohne Basisband zu entwickeln. Als Vorteil dürfte sich die Erfahrung mit dem ARM-Design erweisen: Schon 2005 begann man unter der Bezeichnung „Scorpion“ seine eigene ARM-CPU zu designen, die erste Generation in 65 nm erreichte als einziges Produkt auf dem Markt eine Taktfrequenz von 1 GHz.

Auch Qualcomm hat ein Grafik-Design-Team, das man 2009 von AMD gekauft hat (es handelt sich um die frühere ATI-Gruppe für mobile GPUs). Im Bereich PC-Grafik hat man jedoch zweifelsfrei nicht die Kompetenz wie Nvidia, was es schwierig machen dürfte, in alle PC- und Server-Märkte vorzudringen. Es ist eher davon auszugehen, dass sich Qualcomm ausgehend vom Tablet „von unten“ in die PCs heranarbeiten und sich auf Low-End-Laptops konzentrieren wird. Was hilfreich für den PC-Marktzugang sei dürfte, ist die Aquisition von Atheros. Auch wenn diese Firma primär Wi-Fi-Chips herstellt, hat sie signifikante Verbindungen zur PC-Industrie, die sich für Qualcomm als nützlich erweisen könnten.

Der dritte von Windows 8 unterstützte Anbieter, Texas Instruments, wird sich wohl kaum auf den PC-Markt stürzen. Anders als Qualcomm und Nvidia basieren die OMAP-Chips, die man (noch) in mehr Smartphones findet als alle anderen Prozessoren (primär dank Nokia), auf den Original-ARM-Cores statt auf Eigenentwicklungen. Zudem ist man hinsichtlich der Grafik auf Lizensierungen von Drittfirmen wie Imagination angewiesen. Einen PC-Prozessor mit wettbewerbsfähiger GPU zu entwickeln, wäre für TI daher mehr als herausfordernd. Auf der anderen Seite hat man im Tablet-Markt signifikante Design-Wins wie für RIMs PlayBook erzielt und TI dürfte Windows 8 als gute Gelegenheit ansehen, sein Tablet-Geschäft auszubauen.

Drei sind Dabei, Zwei außen vor

Zwei weitere führende Anbieter von Applikationsprozessoren, Marvell und Freescale, bleiben außen vor, wenn man den Folien von Microsoft-CEO Steve Ballmer auf der CES trauen darf. Vermutlich kam die Auswahl von Microsoft für oder gegen einen Anbieter für die neuen Produkte zu früh. Marvell hat mittlerweile nicht nur einen TriCore-Chip (Armada 628) sondern auch den ersten Quadcore-ARM-Prozessor für Server angekündigt, Freescale stelle auf der CES mit dem i.MX6 ebenfalls einen Quadcore-Prozessor vor. Ironischerweise bleiben mit Marvell und Freescale die beiden Hersteller draussen, die hinsichtlich des PC-Marktes die größten Erfahrungen aufweisen: Marvell hat ja Ethernet- und System-Logik-Know-How im Haus und dürfte bezüglich der Entwicklungen ganzheitlicher PC-Platformen besser aufgestellt sein als selbst Nvidia, und Freescale hat ja für Apples Macintosh-PCs bis 2006 PowerPC-basierte Prozessoren geliefert, bis Apple dann zu x86 überschwenkte.

Auf Grund dieser Entwicklungen wäre es nicht verwunderlich, wenn Microsoft am Ende doch auch noch Marvell und Freescale unterstützen würde, auch wenn die Strategie der Firma, den Testaufwand durch eine Limitierung der Plattformen einigermaßen im Rahmen zu halten, nachvollziehbar erscheint.

Wo sind die Apps?

Die größte Herausforderung für alle ARM-betriebene PCs dürfte das limitierte Software-Angebot sein. Schon 1993 hat Microsoft mit Windows NT ein Betriebssystem vorgestellt, das neben x86 auch auf MIPS, PowerPC und DECs Alpha lief. Kaum ein Entwickler unterstütze diese Plattformen mit dem Ergebnis, dass die RISC-PCs in wenigen Jahren wieder verschwunden waren. Auch Apples Macintosh hatte jahrelang Probleme, da man statt zehntausenden Windows-Applikationen „nur“ tausende PowerPC-Anwendungen hatte.

Natürlich hat sich die Welt verändert. Nicht nur die Tatsache, dass Microsoft auf der CES bereits das eigene Office-Paket auf ARM zeigte, was für manchen PC-Anwender schon ausreichen dürfte, sondern auch neue Programmierverfahren erleichtern die Portierung. Die meisten Programme werden heute mit High-Level-APIs wie Microsofts .NET-Framework entwickelt. Solange kein Low-Level-Code enthalten ist, kann man derartige Anwendungen einfach von x86 auf ARM rekompilieren. Der größte Kostenanteil entsteht durch das Testen der Software auf den unterschiedlichen ARM-Chips sowie die Vorhaltung und Wartung von mehreren Code-Basen. Dies könnte Anbieter, die mit ihren Anwendungen nicht auf Tablets zielen (was sie ja zwingen würde, eine ARM-Version vorzuhalten), davon abhalten, ARM-Versionen anzubieten.

Was ARM-PCs hingegen unterstützen wird, ist der Trend zu Cloud-Computing, wo die Anwendung in einem Browser abläuft. Auch wenn der tyische Anwender sicher eine Mischung von lokalen und Cloud-Anwendungen betreiben wird, wird die Zahl der lokalen Anwendungen sinken und damit der Leidensdruck bezüglich wohlmöglich nicht verfügbarer ARM-Anwendungen. Ob dieser Trend ausreicht, die meisten PC-Anwender zufriedenzustellen, wenn „ARM-für-PC-Software“ rar bleibt, darf bezweifelt werden. Die beste Lösung wäre sicherlich ein x86-Emulator für ARM-Prozessoren. Apple hat diese Technik ja schon zweimal erfolgreich eingesetzt: Erst um seine Kunden von 68000-Prozessoren auf PowerPC zu migrieren und das zweite Mal, um sie von PowerPC auf x86 zu holen. Microsoft hat allerdings nichts über derartige Pläne gesagt.

Intel hat mehr als ein Ass in der Tasche

Was den PC-Markt angeht, hat Intel nach wie vor alle Trümpfe in der Hand. Kein ARM-basierter Prozessor kann bis heute die Rechenleistung des Originals bieten. ARM weist auf die geringere Leistungsaufnahme hin, aber wie groß der Vorteil sein wird, wenn man erstmal einen Core gebaut hat, der leistungsmäßig mit Intel konkurrieren kann, bleibt abzuwarten. Schon beim Cortex-A15, der leistungsmäßig erstmals überhaupt wenigstens mit Intels Mainstream-Prozessoren konkurrieren kann, war ARM hinsichtlich des Energieverbrauchs ungewöhnlich schweigsam.

Bei der IC-Fertigung hat Intel gegenüber den Foundries, die für Qualcomm, Nvidia und TI fertigen, einen zeitlichen Vorsprung von 18-24 Monaten. Mit anderen Worten: Man ist fast eine volle Prozessgeneration vorne, was die Nachteile der x86-Architektur verringern oder fast gegen Null tendieren lassen kann.

Dann hat Intel auch noch die Möglichkeit, mit verschiedenen Mikroarchitekturen zu spielen: Falls man wirklich im Notbook-Markt von ARM unter Druck gesetzt würde, könnte man die Zielmärkte, die man heute noch mit den Core-Prozessoren bedient, für den Low-Power-Atom-Prozessor öffnen. Und last but not least: Intel könnte die nächste Mikroarchtektur unter dem Codenamen Haswell statt auf noch mehr Rechenleistung stattdessen auf den Energieverbrauch hin optimieren.

Last but not least hat Intel 20 Mrd. Dollar auf dem Konto, um einen Preiskrieg gegen die ARM-Lizenznehmer zu eröffnen und/oder in zusätzliche Forschung & Entwicklung zu investieren. Nicht zu vergessen sind die jahrzehntelangen guten Beziehungen zu PC- und PC-Software-Herstellern. Dies alles dürfte dazu führen, dass Intel den PC-Markt auch zukünftig dominieren wird.

Die Verwundbarkeit von Intel liegt in dem PC-Markt als solchen begründet. Mit dem Erscheinen des iPad und dem exorbitanten Wachstum des Tablet-Marktes als solches stagnierten insbesondere die Netbooks. 2011 sollen 25 bis 65 Mio. Tablets verkauft werden, sollten es wirklich 65 Mio. werden, kann man davon ausgehen, dass dies zu einem wesentlichen Teil auf Kosten des PC-Marktes gehen wird. Da Intels Erfolge im Tablet-Markt bislang sehr limitiert sind, kann dieser Trend in Santa Clara keine Freude auslösen.

Intels Problem heisst Microsoft

Einen großen Anteil an Intels Misserfolg im Tablet-Markt trägt ironischerweise Microsoft, dass es seit Jahren nicht geschafft hat, Tablets auf Basis seines Mainstream-PC-OS Windows zu verkaufen. Die Hoffnung, dass man auf der CES endlich ein spezielles OS für Tablets ankündigen würde, hat sich jedoch nicht erfüllt.

Stattdessen wurde klar, dass Microsoft anscheinend überhaupt keine Tablet-Strategie hat. Offenbar sieht man das Tablet anders als Apple, Samsung und andere Anbieter, die es eher als „großes Smartphone“ betrachten, als Erweiterung eines herkömmlichen PCs, auf dem sämtliche PC-Software laufen soll, an das alle PC-Peripherie angedockt werden kann und auch sonst jede PC-Funktionalität ausführen kann. Die Schlußfogerung in Redmond ist dann auch, dass ein Tablet ein vollwertiges PC-OS benötigt – mit Touchscreen-Bedienung statt einer Maus. Man hofft, dass die Einschränkungen von iPad & Co. dazu führen, dass die Kunden genau so ein Gerät haben wollen, so hofft man zumindest bei Microsoft.

Nicht nur Intel hat seine Frustration über diesen Ansatz offen zum Ausdruck gebracht: Marketing-Chef Tom Kilroy erklärte: „Wir haben sie schon seit langer Zeit gebeten, ein Tablet-OS zu bauen. Wir und andere wie Dell“. Selbst für den Fall, dass Windows 8 besser als Windows 7 für Tablets geeignet sein sollte, kommt es nicht vor 2012. Bis dahin werden sich Apple-OS und Android als DIE Tablet-OS etabliert haben und Microsoft in der Rolle des Herausforderers drängen. Intel hat ja schon mal seine Aktien verteilt, indem Atom-Plattformen neben Windows 7 auch Android und MeeGoo unterstützen.

Tablets entscheiden über Gewinner und Verlierer

Nvidia geht mit seinem „Alles-oder-Nichts“ Einsatz auf ARM das größte Risiko ein. Ob die überragende Grafik-Kompetenz, eine geringere Leistungsaufnahme und ein geringerer Preis als x86 ausreichen, in den PC-Markt einzudringen, erscheint zweifelhaft. Immerhin hat man einen ganzheitlichen Ansatz für Geräte vom Handy bis zum Server.

Wesentlich entspannter kann Qualcomm diese Entwicklung betrachten. Für Tablets ist man mit Snapdragon bestens aufgestellt, zusätzliche Umsätze im PC-Markt wären lediglich ein willkommenes Zubrot.

Intels größte Furcht dürfte darin bestehen, dass Tablets Netbooks und Notebooks ersetzen könnten, die ihrerseits gerade die Desktop-PCs ersetzen. In diesem Fall muss Intel Mittel und Wege finden, ins Tablet-Geschäft einzusteigen, andernfalls würden die Umsätze zurückgehen. Es wäre nicht überraschend, wenn Intel schon im stillen Kämmerlein an einem eigenen Tablet schrauben würde – mit Infineon-Wireless-Technologie und Android und damit ohne den Spielverderber Microsoft.

Microsofts Ankündigung, ARM zu unterstützen, hat viele Branchenkenner überrascht. Sie hilft sicher den Herstellern von ARM-basierten Prozessorherstellern, ein Stück des PC-Kuchens zu bekommen, was dagegen völlig unklar ist, wo sie Microsoft selbst hilft. Abgesehen davon, dass sie weitere Irritationen im Intel-Management ausgelöst haben dürfte, stellt sich die Frage, ob erstens Tablets mit vollständigen PC-Fähigkeiten am Markt gefragt sein werden und zweitens ob Microsoft nicht mit Windows 8 für den Tablet-Markt viel zu spät kommt und dieser schon zwischen Apple und der Android-Fraktion aufgeteilt sein wird.

Der Erfolg des Tablets wird den Gewinner zwischen Intel und dem ARM-Camp ausmachen. Wenn weiterhin PCs verkauft werden, wird es für jeden ARM-Lizenznehmer schwierig, Intel in „seinem Wohnzimmer“ zu schlagen. Sollten Tablets aber tatsächlich PCs ersetzen (womit auch Netbooks und Notebooks gemeint sind), muss Intel ARMs starke Position in diesem Markt attackieren – mit oder aber vermutlich ohne Microsoft. Die Tablets werden letzendlich entscheiden, wer beim Kampf Intel gegen ARM den Heimvorteil hat.