中国芯片业全力押注的赛道,突然获得谷歌高通力挺

2023-01-06 15:59     观察者网

【文/观察者网 吕栋】

岁末年初,多家科技巨头的动作,让开源指令集标准RISC-V再度引发国内外科技圈关注。

在中国,刚刚过去的12月,腾讯追随阿里、华为、中兴等企业的步伐加入RISC-V国际基金会,中科院联合平头哥、芯来科技、赛昉科技等推出了RISC-V操作系统"傲来2.0-RV"。

如果说中国、俄罗斯、印度等国企业投入RISC-V有自主可控的考虑,那欧美企业转向RISC-V,对这个新兴指令集的崛起则更具有标志性意义。

在刚刚过去的RISC-V峰会2022上,谷歌旗下安卓操作系统(Android)表示,希望RISC-V能和ARM平起平坐,成为安卓支持的一级平台(tier-1 platform);高通的表态更激进,称自2019年骁龙865开始,CPU战略和路线图就已转向RISC-V。

众所周知,自移动互联网时代开启以来,安卓和ARM一同筑起了移动终端领域的"AA"生态体系,如今安卓为何会"一心二用"主动示好RISC-V?高通更是依靠ARM授权,成为高端移动处理器领域的领头羊,为何现在又要坚决转向RISC-V?

对于广大消费者来说,更关心的是,RISC-V这种指令集有没有地缘政治风险,会不会被卡脖子?未来有没有可能打破旧有的生态秩序,和X86、ARM三分天下,甚至取而代之?

国外科技媒体报道截图

"赚不了大钱"的ARM,要掘高通的根?

在讲述一切事情之前,首先要厘清什么是指令集。

所谓指令,就是指示处理器芯片执行某种运算、处理功能的命令,所有指令的集合就被称作指令集,通常所说的X86、ARM、RISC-V、MIPS、LoongArch及SW64都是不同的指令集标准。

用通俗易懂的话来说,指令集标准类似语法规则,根据不同的语法规则可以写出不同的文章,根据不同的指令集标准也就可以设计出不同的处理器微架构和芯片。

从芯片设计上看,指令集作为一种规范相对没有那么重要,芯片设计业者的核心能力还是根据指令集进行微架构和核心设计,而微架构决定着芯片的性能、功耗和面积(PPA)。但在软件层面,指令集对软件生态又非常重要,决定着软件研发投入的效率。

2022年12月28日,中科院计算所研究员包云岗在北京微电子国际研讨会暨IC WORLD大会上的报告

从1978年6月英特尔发布16位微处理器"8086"算起,X86指令集已有45年的发展历史,如今X86在PC和服务器领域占据主导地位;ARM指令集同样历史悠久,从1985年ARM V1指令集算起,距今也有近40年的历史,目前ARM指令集在移动终端芯片领域具有绝对优势。

近些年,随着地缘政治局势持续紧张,以及X86指令集的拥有者英特尔自己的主要业务就是X86处理器,追求自主可控的厂商基本不会首先考虑X86指令集。

ARM指令集和X86一样,属于企业私有,不过ARM总部位于欧洲,而且ARM自身不做芯片,而是专门通过授权的方式帮助其他芯片设计公司进行开发,这种开放模式也帮助ARM在移动互联网时代大放异彩。

但如今高通、谷歌等公司的态度转向表明,即便以前的"铁杆盟友",也不再把筹码全部放在ARM身上,说白了就是不再完全信任ARM。这其中有什么个中缘由?

(资料图)

地缘政治应该不是主要因素,毕竟ARM总部位于英国剑桥,即便被软银收购,控制权也处于日本手中,这些国家都是美国的盟友,应该不会去卡美国企业的脖子,所以关键原因应该还是商业考虑。

首先,ARM指令集为私人企业所有,和ARM的兴衰挂钩,如果把资源全部压在ARM指令集身上,一旦ARM衰落,指令集也可能不再有竞争力。历史上这样的例子屡见不鲜,例如Alpha指令集随着DEC被收购而消失,SPARC指令集随着SUN公司没落而无人问津,MIPS指令集随着MIPS公司的颠沛流离而失去主流地位。

第二,ARM近两年再度陷入"卖身"的动荡中。2020年,软银宣布以400亿美元的价格把ARM卖给英伟达,但折腾两年之后,这笔出售未能通过各国的反垄断调查而最终告吹。但很快,持续巨额亏损的软银又启动了ARM的IPO进程。而在此过程中,ARM中国又爆发了"夺权风波",也外界吃瓜的同时担心ARM的稳定。

第三,也是最关键的原因,就是ARM可能不会再像以前那么开放。前面提到,ARM能在移动芯片领域表现出色,主要受益于其开放的授权模式。用ARM创始人的话来说,就是"可以将技术卖给所有人"。但这样的商业模式虽可以抢占市场份额,却并没有让ARM赚到太多钱。

2021年,这家掌握全球智能手机产业命脉的公司,营收同比增长35%,但只有27亿美元,上游客户苹果则有数千亿美元。雪上加霜的是,美国限制ARM对华出售先进CPU设计IP,这无疑会压低ARM的营收。2021年,ARM中国合资企业约占总收入的20%,即5.4亿美元。

眼下,孙正义一心推动ARM重新上市,但想要高估值自然需要亮眼的财报和诱人的商业模式,在中国市场受限的情况下,ARM动起了改变授权模式的心思。

了解消费电子行业的都知道,目前包括高通、三星和联发科在内的手机处理器厂商,在SoC芯片中采用的是ARM研发的公版CPU架构,而在GPU中,高通自研了Adreno GPU,联发科采用的是Imagination GPU,三星采用的则是AMD的GPU,也由此形成了各自的差异化性能。

高通处理器发布会

而根据高通两个月前的爆料,在2024年之后,高通和其他半导体设计企业可能将无法向OEM客户提供ARM公版CPU外的其他自研SoC组件,因为ARM计划将GPU、NPU、ISP等组件和CPU进行"捆绑销售"。此事如果属实,意味着高通等厂商要么采用全ARM架构芯片,要么自研CPU内核。前一种方案会导致厂商间的差异化减弱,后一种方案则会大幅增加研发难度。

这还不是最要命的。国外分析机构SemiAnalysis援引的高通起诉书显示,从2025年起高通将无法继续提供ARM架构的芯片,因为高通的ARM许可证协议将在2024年终止,ARM不会延长这份协议,也不会允许高通从2025年开始继续提供ARM架构产品。

尽管高通是从其他信源得知ARM这一系列说辞的,但高通听到这个能不急吗?有科技媒体直言,这简直是在掘高通的根,毕竟围绕智能手机的相关业务是高通营收的半壁江山。

在高通的爆料引发轩然大波后,ARM出面表示高通的说法"充满了不准确之处"。而就在高通起诉ARM之前,ARM率先起诉了高通和高通收购的Nuvia,指控两者违反许可协议并侵犯商标权。此外,ARM还试图通过起诉,迫使高通销毁根据Nuvia与ARM授权协议开发的设计。

不管二者之间的恩怨真相如何,这一系列争议无疑坚定了高通不再把"鸡蛋全部放在一个篮子里"的决心。在近期的RISC-V峰会2022上,高通产品管理总监Manju Varma透露,高通已在PC、移动设备、可穿戴设备、联网汽车,以及AR/VR头显的SoC中使用RISC-V架构的微控制器,迄今为止已出货超过6.5亿个RISC-V内核,成为"RISC-V实施的领导者之一"。

不同于ARM和高通间的供应商客户关系,安卓(Android)和ARM之间是移动终端领域的软硬件盟友关系(AA体系),就像英特尔和微软在PC领域形成的Wintel联盟。

在RISC-V峰会2022上,安卓工程总监Lars Bergstrom表示,希望RISC-V成为安卓支持的一级平台(tier-1 platform),这意味着在安卓眼中,RISC-V将和ARM平起平坐。而这应该和恩怨无关,更可能是由于RISC-V的影响力正日益增长。

不只是安卓想适配RISC-V,RISC-V硬件也在主动适配安卓。在前述峰会上,基于阿里平头哥RISC-V SoC原型曳影1520,在安卓12(AOSP)上成功运行多媒体、3D渲染、AI识物等场景及功能。

中国工程院院士倪光南曾断言,RISC-V未来有望和X86、ARM在CPU领域三分天下。但RISC-V未来真的能改变半导体行业的游戏规则吗?

发展势头迅猛,但挑战ARM和X86仍任重道远

与有数十年历史的X86和ARM不同,2010年诞生于美国伯克利大学的RISC-V,还很年轻。而RISC-V与X86、ARM最大的不同,是开源开放,相关源代码和文档免费公开,不被哪一家企业私有。2015年,负责管理运营RISC-V的非盈利组织"RISC-V基金会"成立,并于2019年迁址瑞士,成立了RISC-V国际基金会。

由于X86和ARM被欧美主导掌控,开源的RISC-V也成为追求自主可控的国家的重要选择。

中国就是RISC-V产业的主要推动者之一,目前在RISC-V国际基金会高级会员中,超过一半来自中国,包括阿里巴巴、华为、成为资本、中科院、中兴通讯、腾讯等公司和机构,同时也有大量中国企业已基于RISC-V推出了芯片产品。

中国之外,印度和被西方持续制裁的俄罗斯也在押注RISC-V。

去年,印度电子和信息技术部以高级会员身份加入RISC-V国际基金会,目标是基于RISC-V自主研发微处理器,并在2023年12月前实现流片。俄罗斯也宣布将为RISC-V处理器开发提供大量资金支持,并将此视为当务之急,"因为X86和ARM对俄罗斯来说,都存在不确定性和被欧美制裁的风险"。

但由于研发力量和投入资源的不同,目前能在RISC-V领域和中国并驾齐驱的还是欧美。

高通、谷歌、英特尔、希捷等美国企业都是RISC-V基金会的高级会员,苹果、Meta等大公司也在RISC-V领域有所动作。欧洲同样想减轻对X86和ARM的依赖,欧盟近期宣布投入2.7亿欧元,资助一个旨在构建基于RISC-V软硬件的高性能计算机项目。

在众多国家和企业的推动下,RISC-V也发展迅速。根据RISC-V国际基金会透露的数据,今年该基金会的会员数量同比增长超过26%,在70个国家/地区拥有超过3180名会员。如今,市场上已有超过100亿个RISC-V核心,2025年RISC-V架构芯片有望突破800亿颗。

从近些年的进度来看,由于发展时间相对较短,RISC-V处理器核心一般会在性能与X86、ARM存在差距。直到2022年8月,阿里推出的SoC平台无剑600,才将RISC-V量产处理器的主频从1GHz时代带入2GHz时代,而2GHz主频的RISC-V CPU与ARM在2016年推出的性能核Cortex-A73相当。

不过,RISC-V阵营正迅速缩小差距。2022年11月,美国公司SiFive推出5nm制程的RISC-V处理器P670,主频最高可达3.4GHz,性能对标ARM在2020年推出的Cortex-A78,面积功耗相较A78还有一定优势。而在RISC-V峰会2022上,美国公司Ventana发布服务器级RISC-V核心Veyron V1,主频可达3.6GHz。

迅猛的发展也让RISC-V有了挑战旧有秩序的自信。去年6月,RISC-V国际基金会CEO雷德蒙德在采访中直言,RISC-V可能不会对X86构成生存风险,但ARM最好注意一下,因为RISC-V计划在5年内完成ARM花了20年才取得的进展。

目前来看,RISC-V短时间内确实不会对X86造成威胁。

一方面,X86在全球PC处理器领域仍占据接近90%的市场份额,在服务器CPU领域的市场份额也超过90%,围绕X86已经形成庞大的应用生态体系链路;另一方面,X86是一种复杂指令集(CISC),ARM和RISC-V是精简指令集(RISC),这两种指令集分别适用于对功耗比要求不同的领域,多年来已经形成泾渭分明的市场划分,比如X86集中在PC和数据中心,而ARM集中在移动和物联网领域。

但即便对标ARM,RISC-V仍有很长的路要走。

2021年,ARM芯片出货量高达292亿颗,比RISC-V诞生以来的累计出货量还多。作为IP龙头,2019年ARM在移动处理器和物联网处理器市场就已占据90%的市场份额,还计划在2028年占据65%的网络设备市场、90%的车载信息娱乐和驾驶员辅助市场,以及25%的数据中心市场。

从近期一些专家和业内人士的观点来看,RISC-V目前可能处在2000年-2005年的ARM发展阶段。

截至2022年末,中国大约有50款不同型号的国产RISC-V芯片量产,应用场景集中在MCU、电源管理、无线连接、存储控制、物联网等中低端场景,虽然技术落地已度过初级阶段,但在国内产业化和商业化之路上,仍面临不少"拦路虎"。

中科院推出开源高性能RISC-V处理器"香山"系列

由于诞生时间较短,RISC-V在中国本土市场,相关编译器、开发工具和软件开发环境及其他生态要素还在建设当中。此外,RISC-V早期发展大多在国外,因此国际协作至为关键。要让RISC-V持续良性向前发展,显然还需要更多生态伙伴的参与和配合,如何构建一个可持续的生态是摆在RISC-V面前的一道核心考题。

一些业内人士指出,虽然大企业做RISC-V芯片的很多,但是基本上都是把RISC-V当做备选,小企业搭便车的更多,而全力押注做RISC-V的小企业又很难产生影响力,开源的结果就是过度分散,这在一定程度上拖慢了RISC-V生态的完善,导致在软件、工具链、人才和知识产权上还与主流架构存在差距。

"RISC-V的产业化目前的难度还是在于没有找到明确的市场切入点,也就是'杀手级'应用场景。"

在北京开源芯片研究院助理院长唐丹看来,在移动端生态出现的前几十年,ARM的发展也较为缓慢。目前,RISC-V在软件生态链较短的IoT应用场景,特别是需要根据应用场景定制的市场,已经有广泛的应用,但一个生态真正成熟还是要靠高端生态牵引。

但在倪光南等院士看来,RISC-V的确为中国掌握世界主流芯片的产业主动权提供了新机遇。借助于开源的RISC-V指令集,拥有芯片微架构设计能力的企业都可以进行芯片开发,不会受政治因素制约。

今日关注
更多
阅读下一篇

奢侈品巨头路威酩轩CEO计划本月访华

(观察者网讯)据路透社6月1日报道,路威酩轩集团(LVMH)首席执行官贝尔纳·阿尔诺(Bernard Arnault)将于6月访华。 路威酩轩集团首席执行官贝尔纳·阿尔诺/路透社 报道称,路威酩轩集团正密