分析 丨不是Arm買(mǎi)不起，而是RISC-V更有性價(jià)比

RISC-V與Arm同樣是嵌入式設(shè)備的主要處理器內(nèi)核，并且RISC-V芯片的出貨量在增加，RISC-V陣營(yíng)新品頻出，有后來(lái)者居上的勢(shì)頭。

例如，11月21日，平頭哥推出3款玄鐵RISC-V處理器：首次實(shí)現(xiàn)AI矩陣擴(kuò)展的C907、滿足Vector1.0標(biāo)準(zhǔn)的C920，以及實(shí)時(shí)處理器R910，推動(dòng)RISC-V在自動(dòng)駕駛、人工智能、企業(yè)級(jí)SSD、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域的應(yīng)用。

11月30日，瑞薩電子成功設(shè)計(jì)、測(cè)試并推出基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)RISC-V指令集架構(gòu)（ISA）的32位CPU內(nèi)核，瑞薩是業(yè)內(nèi)首個(gè)為32位通用RISC-V市場(chǎng)獨(dú)立研發(fā)CPU內(nèi)核的廠商，其RISC-V CPU的CoreMark/MHz性能達(dá)到3.27，超過(guò)業(yè)內(nèi)同類(lèi)架構(gòu)，包含可提高性能的擴(kuò)展，同時(shí)減少代碼量。

圖源：瑞薩電子在應(yīng)用端，目前RISC-V和Arm都在向服務(wù)器和AI應(yīng)用等高性能計(jì)算領(lǐng)域滲透，兩者未來(lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)如何？下面從性價(jià)比角度對(duì)比這2種處理器架構(gòu)。

授權(quán)和商業(yè)模式?jīng)Q定成本
Arm尋求收購(gòu)失敗之后，已經(jīng)成功IPO上市，盡管如此，市場(chǎng)和競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境都在發(fā)生改變，Arm仍試圖擴(kuò)大收入。此前有消息指出，Arm計(jì)劃改變專(zhuān)利費(fèi)的收取模式、并調(diào)整相關(guān)費(fèi)用。

Arm提出的新授權(quán)模式將不再根據(jù)芯片的價(jià)值向芯片制造商收取專(zhuān)利費(fèi)，而是根據(jù)移動(dòng)設(shè)備的平均售價(jià)(ASP)來(lái)設(shè)定費(fèi)用。收取授權(quán)費(fèi)的對(duì)象也改變，Arm或不再向高通、聯(lián)發(fā)科、三星等芯片制造商收取每顆芯片2%的專(zhuān)利費(fèi)，轉(zhuǎn)而向最終搭載這些芯片的設(shè)備制造商（例如智能手機(jī)廠商）終端產(chǎn)品，收取售價(jià)1-2%的授權(quán)費(fèi)。根據(jù)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，將智能手機(jī)出貨量分為高端、中端和低端，不包括蘋(píng)果。假設(shè)每個(gè)類(lèi)型的每部手機(jī)的特許權(quán)使用費(fèi)分別為12美元、6美元和3美元，增量收入和利潤(rùn)將為Arm帶來(lái)額外的54億美元的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)，這幾乎是Arm營(yíng)業(yè)收入的10倍。

圖注：Arm曾提出新授權(quán)模式，圖例為非蘋(píng)果手機(jī)產(chǎn)生的授權(quán)費(fèi)將顯著提升Arm收入（圖源：semianalysis）

要看到的是，Arm在移動(dòng)設(shè)備、嵌入式設(shè)備領(lǐng)域具有比較大的市場(chǎng)份額，資料顯示，有超過(guò)95%的智能手機(jī)正在直接或間接使用Arm授權(quán)的指令集。Arm新的授權(quán)模式一旦實(shí)施，影響是巨大的。手機(jī)領(lǐng)域最明顯的影響是下游OEM除了要向高通支付授權(quán)費(fèi)外，還需向Arm支付芯片費(fèi)用，直接造成成本大幅增加。

綜合來(lái)看，RISC-V在授權(quán)方式、處理器設(shè)計(jì)、成本、產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系等方面來(lái)看，兩種都具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，企業(yè)在為其項(xiàng)目選擇架構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮這些優(yōu)勢(shì)。

圖注：RISC-V和Arm的授權(quán)和商業(yè)模式對(duì)比（芯查查制表）

性能對(duì)比：Arm有生態(tài)加持，RISC-V的模塊定制有前景
下面先以Cortex-A76與P670為例，對(duì)比RISC-V和Arm架構(gòu)性能。Arm的Cortex-A78在峰值單線程性能方面略高于SiFive的P670（使用RISC-V）。盡管Cortex-A78在原始性能方面占據(jù)主導(dǎo)地位，但P670的計(jì)算密度是它的兩倍。因此，考慮到SiFive的P670處理器的物理尺寸是其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的一半，其峰值單線程性能可與Cortex-A78相媲美。

圖注：Arm的Cortex-A76與SiFive的P670性能（圖源：makeuseof）

Cortex-A78于2020年12月推出，P670于2022年11月1日亮相，兩者有近兩年的研發(fā)差距。Arm的最新處理器在Armv9 ISA上運(yùn)行，比Cortex-A78的Armv8有了實(shí)質(zhì)改進(jìn)，Armv9處理器的性能提高了約30%，能效提高了50%。在純性能方面，Arm處理器保持領(lǐng)先地位，然而SiFive的P670的計(jì)算密度是Cortex-A78的兩倍，使RISC-V處理器在緊湊型處理器上，特別是可穿戴設(shè)備中處于有利地位。能效比是性能對(duì)比的另一個(gè)方面，RISC-V和Arm都采用精簡(jiǎn)指令集計(jì)算（RISC）理念，因此在技術(shù)選型的時(shí)候，有必要研究區(qū)分能效性能的衡量。Arm對(duì)能效的關(guān)注，結(jié)合其廣泛的生態(tài)系統(tǒng)和處理器系列，使各種行業(yè)和應(yīng)用的節(jié)能設(shè)備得以開(kāi)發(fā)。而RISC-V因其定制潛力而具有廣闊前景，但其開(kāi)放性需要更時(shí)間和資源投入，以充分利用其節(jié)能功能。

圖注：供應(yīng)商和工具都比較豐富，RISC-V生態(tài)逐漸強(qiáng)大（圖源：芯查查SaaS）
兩者同樣能夠駕馭AI與汽車(chē)應(yīng)用RISC-V和Arm在嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用不用贅述，但是在高性能計(jì)算和汽車(chē)領(lǐng)域，兩者有各自優(yōu)勢(shì)。

定制化仍然是RISC-V在高性能計(jì)算領(lǐng)域的法寶，RISC-V ISA的模塊化允許開(kāi)發(fā)具有自定義擴(kuò)展和硬件加速器的高性能處理器，從而能夠高效處理復(fù)雜的工作負(fù)載，例如AI、機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析?；赗ISC-V的HPC處理器示例包括SiFive U74和RISC-V BOOM無(wú)序超標(biāo)量處理器。

此外，RISC-V正在探索用于安全關(guān)鍵型和實(shí)時(shí)系統(tǒng)，如汽車(chē)、航空航天和工業(yè)控制應(yīng)用。RISC-V的開(kāi)源特性使處理器設(shè)計(jì)能夠透明、徹底地驗(yàn)證，對(duì)于確保關(guān)鍵系統(tǒng)的安全性和可靠性至關(guān)重要。

Arm處理器也越來(lái)越多地被數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算（HPC）市場(chǎng)采用。Arm Neoverse平臺(tái)包括Neoverse N1和E1處理器，面向云基礎(chǔ)設(shè)施和邊緣計(jì)算應(yīng)用，為數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載提供高性能和高能效，該產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，例如NVIDIA GH200 Grace Hopper超級(jí)芯片采用了72顆Arm Neoverse核心，加上來(lái)自NVIDIA的GPU組合，其AI性能較基于x86架構(gòu)的系統(tǒng)可提升10倍。

圖注：NVIDIA GH200 Grace Hopper超級(jí)芯片采用Arm Neoverse搭配N(xiāo)VIDIA GPU，滿足AI性能的需求（圖源：Arm）
此外，Arm處理器也被用于安全關(guān)鍵型和實(shí)時(shí)系統(tǒng)，例如汽車(chē)、航空航天和工業(yè)控制應(yīng)用。Cortex-R系列針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，提供快速的中斷響應(yīng)時(shí)間和確定性行為，使其適用于這些要求苛刻的應(yīng)用。

小 結(jié)
RISC-V仍然有需要補(bǔ)強(qiáng)的地方，比如生態(tài)碎片化、缺少標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)的產(chǎn)品和軟件兼容問(wèn)題。但是RISC-V對(duì)于我國(guó)有著非常大的意義，正如倪光南院士在近期的行業(yè)活動(dòng)中提到，RISC-V發(fā)布到現(xiàn)在十多年的時(shí)間，走過(guò)了過(guò)去其他芯片可能需要幾十年的時(shí)間取得的成就，RISC-V的累計(jì)出貨量中50%來(lái)自于中國(guó)。當(dāng)前，我國(guó)正在大力發(fā)展汽車(chē)電子和AI應(yīng)用，RISC-V可以抓住這些機(jī)遇加速發(fā)展，本文通過(guò)對(duì)比表明RISC-V是比較現(xiàn)實(shí)的技術(shù)選擇之一。

審核編輯 黃宇