ARM與RISC-V：精簡(jiǎn)指令集兄弟之爭(zhēng)

作為嵌入式生態(tài)和移動(dòng)端芯片的武林盟主，ARM公司自1990年成立以來(lái)，一直保持低調(diào)。然而最近，ARM因?yàn)榕cRISC-V的糾紛讓這家IP巨頭成為焦點(diǎn)。

事情得從6月份說(shuō)起，ARM在6月底建立了RISC-BASICS.COM的網(wǎng)站，以“設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片之前需要考慮的五件事”為主題從成本、生態(tài)系統(tǒng)、碎片化風(fēng)險(xiǎn)、安全性和設(shè)計(jì)保證五個(gè)方面說(shuō)明RISC-V 在這些方面的弊端。7月9日，RISC-V也建立了ARM.BASICS.COM的網(wǎng)站，在ARM列出的五個(gè)問(wèn)題上增加社區(qū)支持，“以設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片之前需要考慮的六件事”為主題對(duì)ARM進(jìn)行了回應(yīng)。

這一事件迅速成為各大科技論壇和社區(qū)的熱門(mén)討論內(nèi)容，一時(shí)間，ARM與RISC-V，都被推上風(fēng)口浪尖。

7月10日，也就是在RISC-V回應(yīng)網(wǎng)站上線的第二天，ARM關(guān)閉了RISC-BASICS.COM的網(wǎng)站，并聲明了原因：

“我們最初建立網(wǎng)頁(yè)的目的是列出圍繞RISC-V商業(yè)化產(chǎn)品需要考慮的關(guān)鍵因素，旨在為激烈的行業(yè)辯論提供信息。遺憾的是，結(jié)果與我們的初衷不同，這個(gè)頁(yè)面與ARM的協(xié)作文化不一致，所以我們已經(jīng)將其刪除。事實(shí)上，我們的許多員工也不喜歡這個(gè)網(wǎng)頁(yè)，立即刪除這個(gè)網(wǎng)頁(yè)是因?yàn)槲覀兘^不希望給人一種攻擊開(kāi)源的印象，因?yàn)槲覀円彩窃S多不同開(kāi)源社區(qū)的支持者。”

雖然ARM 關(guān)閉了網(wǎng)站，但業(yè)界有關(guān)ARM與RISC-V的討論卻沒(méi)有減少。

ARM與RISC-V：精簡(jiǎn)指令集兄弟之爭(zhēng)

ARM與RISC-V一樣同屬于精簡(jiǎn)指令集。ARM是RISC微處理器的代表作之一，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中被廣泛使用，其最大的特點(diǎn)是低功耗。當(dāng)下全球市場(chǎng)上大部分企業(yè)都是選擇了基于ARM的芯片架構(gòu)，可謂無(wú)處不在。

而RISC-V是2010年加州大學(xué)伯克利分校工程師開(kāi)發(fā)的開(kāi)源指令集架構(gòu)，通過(guò)將核心指令集以及其他關(guān)鍵IP開(kāi)源，能夠很大程度上改變半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)生態(tài)。RISC-V由RISC-V基金會(huì)管理，隨著包括西部數(shù)據(jù)、Nvidia、谷歌等硅谷巨頭加入RISC-V基金會(huì)，免費(fèi)的、開(kāi)源的RISC-V正在吸引越來(lái)越多的科技公司。

RISC的發(fā)展勢(shì)頭讓ARM感受到了壓力，根據(jù)IPnest的調(diào)研結(jié)論，ARM在2017年的IP授權(quán)收入下滑了6.8%。什么原因？IPnest解釋了兩個(gè)可能，一是因?yàn)楸卉涖y收購(gòu)之后導(dǎo)致財(cái)務(wù)報(bào)表的改變，另一個(gè)是重要的原因是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的增加，即近年來(lái)相當(dāng)火熱的RISC-V。

目前ARM占據(jù)了以移動(dòng)設(shè)備為代表的處理器IP的絕大部分市場(chǎng)，而RISC-V則是后起之秀。那么， RISC-V到底憑借什么來(lái)挑戰(zhàn)ARM的全球霸權(quán)地位？

RISC-V最大優(yōu)勢(shì)：開(kāi)源

RISC-V的開(kāi)源模式是其最大的優(yōu)勢(shì)。RISC-V將指令集完全開(kāi)源，這就使RISC-V不像ARM指令集那樣需要付費(fèi)授權(quán)才能使用。任何公司和個(gè)人都可以自由使用、修改與定制的模式將會(huì)帶來(lái)很大的成本優(yōu)勢(shì)，另外這樣的開(kāi)源舉措會(huì)大大降低指令集修改和定制的進(jìn)入門(mén)檻，使更多人有機(jī)會(huì)探索并定制個(gè)性化指令集。

RISC-V支持芯片設(shè)計(jì)公司在核心架構(gòu)之上添加額外功能。這使得它們可以根據(jù)自己的目標(biāo)來(lái)定制芯片。相比之下，ARM指令集不支持這樣的修改。

成千上萬(wàn)的開(kāi)發(fā)者正在開(kāi)發(fā)RISC-V開(kāi)源標(biāo)準(zhǔn)的各個(gè)部分，包括添加與物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和信息安全相關(guān)的新功能。

憑借開(kāi)源的優(yōu)勢(shì)，RISC-V在技術(shù)上確實(shí)能夠制衡ARM。然而，在嵌入式IP市場(chǎng)，靠技術(shù)和開(kāi)源就一定能夠稱霸武林嗎？答案是否定的。

ARM生態(tài)完勝RISC-V

對(duì)于僅僅有8年歷史的RISC-V來(lái)說(shuō)，生態(tài)是它最大的短板。目前RISC-V社區(qū)還處于起步階段，更別說(shuō)建立完整的生態(tài)了，因?yàn)樯鷳B(tài)的建設(shè)需要發(fā)展，更需要時(shí)間。而ARM憑借IP設(shè)計(jì)師這一角色，早已打造了成熟的生態(tài)圈。就中國(guó)而言，ARM就擁有超過(guò)100多家合作伙伴，華為、飛騰、華芯通都購(gòu)買(mǎi)了ARM指令集授權(quán)，用于開(kāi)發(fā)服務(wù)器CPU。其他包括開(kāi)發(fā)多媒體平臺(tái)的中興微電子；開(kāi)發(fā)平板電腦芯片的全志科技、瑞芯微電子；還有開(kāi)發(fā)手機(jī)芯片的海思麒麟、小米松果、展訊通信、大唐聯(lián)芯等。去年，ARM還發(fā)起了人工智能聯(lián)盟，目前已有超過(guò)120家企業(yè)加入。

RISC-V基金會(huì)，雖然在全球也有100多家知名企業(yè)加入，如高通、英偉達(dá)、三星、華為海思、聯(lián)發(fā)科、谷歌、IBM等，但比起ARM ,實(shí)在是小巫見(jiàn)大巫。特別是在中國(guó)，除了華為、中興兩大企業(yè)外，只有部分中小型企業(yè)與創(chuàng)客群體，遠(yuǎn)遠(yuǎn)還沒(méi)有達(dá)到ARM 的龐大規(guī)模。

而在中國(guó)，ARM 的生態(tài)圈還在加速擴(kuò)張，今年的5月份，ARM在中國(guó)成立合資公司，中國(guó)資本占比達(dá)51%，這被外界看成是ARM堅(jiān)持在中國(guó)的本土化，并宣示其將持續(xù)成為中國(guó)芯發(fā)展中堅(jiān)力量的決心。

值得一提是，打造ARM生態(tài)圈中的重要一環(huán)——ARM教育計(jì)劃從2014年開(kāi)始啟動(dòng)以來(lái)，為促進(jìn)ARM生態(tài)技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研合作，完善ARM的生態(tài)體系起到了重要作用。

ARM教育計(jì)劃分為三個(gè)階段，一是基于ARM技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行核心課程的開(kāi)放；二是為高校的課程和相關(guān)教育套件進(jìn)行改寫(xiě)以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求；三是探索科技人才教育事業(yè)的發(fā)展，為人才培養(yǎng)提供可持續(xù)發(fā)展模式。

ARM中國(guó)教育生態(tài)部總監(jiān)陳煒博士說(shuō)，“ARM教育計(jì)劃的目的是鼓勵(lì)將 ARM 的產(chǎn)品和技術(shù)用作教育實(shí)驗(yàn)和學(xué)校課程的基礎(chǔ)，為學(xué)校教師和學(xué)生提供更多有針對(duì)性的服務(wù)和培訓(xùn)，并為ARM與老師、老師與老師間的溝通提供更多的平臺(tái)和機(jī)會(huì)；參與高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，為高校提供新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，配備技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)、培訓(xùn)；增加學(xué)員互動(dòng)，共同舉辦或協(xié)助舉辦周期性的設(shè)計(jì)大賽，舉辦新ARM技術(shù)、行業(yè)發(fā)展前景宣講活動(dòng)等。除此之外還包括在線教育，產(chǎn)品授權(quán)，課程建設(shè)等內(nèi)容?！?/p>

“通過(guò)合作，達(dá)到為高校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)提供更好的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的平臺(tái)和技術(shù)服務(wù)，為年輕的IC人才就業(yè)提供更好的實(shí)踐基礎(chǔ)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的目的?！?/p>

陳煒表示，雖然ARM不生產(chǎn)和銷(xiāo)售半導(dǎo)體芯片，但ARM一直在推廣的是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的理念，其中基于ARM產(chǎn)品的通用開(kāi)發(fā)性方面，一直是ARM極力打造的高校推廣的重點(diǎn)。ARM對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的重視程度逐年提高，這也讓ARM的教育計(jì)劃承擔(dān)了更多培育未來(lái)行業(yè)人才的責(zé)任。

以上可以看出，ARM一直在推動(dòng)ARM架構(gòu)在中國(guó)的落地生根的布局，ARM在建立自己完整的生態(tài)體系上的用心良苦，這是RISC-V目前無(wú)法做到的。

傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)與新興市場(chǎng)

ARM占據(jù)全球移動(dòng)通訊領(lǐng)域90%的市場(chǎng)，另外，ARM還涉及企業(yè)基礎(chǔ)架構(gòu)以及嵌入式智能兩大領(lǐng)域。ARM在這些方面擁有絕對(duì)的霸主地位。

相比起ARM的產(chǎn)業(yè)，RISC-V暫時(shí)還不具備與之抗衡的能力。RISC-V急需找到另外一些用武之地，在新興產(chǎn)業(yè)和新的競(jìng)爭(zhēng)格局中建立自己的生態(tài)圈和產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

幾乎可以肯定的是，在ARM的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域——移動(dòng)端，即智能手機(jī)領(lǐng)域，RISC-V基本沒(méi)有機(jī)會(huì)，因?yàn)橹悄苁謾C(jī)經(jīng)過(guò)十年迭代后不太會(huì)徹底改變處理器內(nèi)核了，這也和目前Windows經(jīng)過(guò)二十多年風(fēng)雨仍然是PC市場(chǎng)操作系統(tǒng)龍頭老大一樣。

但是，在新興的領(lǐng)域，RISC-V和ARM雙方都處于同一起跑線上，而RISC-V憑著指令集的開(kāi)源等特性很有可能成為ARM強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，或者至少能夠占據(jù)可觀的市場(chǎng)份額。目前這樣的新興市場(chǎng)主要是物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)有長(zhǎng)尾化的特性，擁有眾多細(xì)分市場(chǎng)，同時(shí)對(duì)于功耗有很高的要求，因此對(duì)于可以針對(duì)不同應(yīng)用靈活修改指令集和芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)的RISC-V有優(yōu)勢(shì)，相比之下使用ARM往往只能做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，很難實(shí)現(xiàn)差異化。

此外，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)對(duì)于成本更為看重，RISC-V免費(fèi)授權(quán)的特點(diǎn)對(duì)于芯片廠商也很重要。在RISC-V基金會(huì)名單中，我們可以看到高通、聯(lián)發(fā)科這樣重點(diǎn)布局物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)。而在目前很火的AI芯片市場(chǎng)，ARM和RISC-V則尚看不出明顯的優(yōu)劣。這是因?yàn)樵诟咝阅蹵I芯片中無(wú)論是使用ARM還是RISC-V的核，主要都是作為控制器來(lái)使用；另一方面AI芯片的利潤(rùn)空間往往較大，RISC-V免費(fèi)的特質(zhì)對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，并不是特別大的優(yōu)勢(shì)。

最后

目前來(lái)看，RISC-V在技術(shù)上確實(shí)能夠制衡ARM，不過(guò)現(xiàn)在的這個(gè)時(shí)代，僅僅憑技術(shù)打天下是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。僅有8年歷史的RISC-V挑戰(zhàn)ARM還不是一個(gè)等級(jí)，有很大的難度。但物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展給了RISC-V難得的機(jī)會(huì)。面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)快速成長(zhǎng)，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大爆發(fā)的產(chǎn)業(yè)變革時(shí)期，開(kāi)源的RIC-V架構(gòu)帶來(lái)更低成本的芯片，必定會(huì)吸引一部分對(duì)成本敏感的IOT企業(yè)，其更好的靈活性也會(huì)帶來(lái)定制化芯片的可能。

而對(duì)于ARM來(lái)說(shuō) ，作為一個(gè)完整生態(tài)體系跟標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)導(dǎo)者，一直號(hào)稱靠生態(tài)賺錢(qián)，未來(lái)最大的可能還是靠生態(tài)來(lái)對(duì)抗包括RISC-V在內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。同時(shí)ARM的技術(shù)也在改進(jìn)，據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)觀察報(bào)道，ARM中國(guó)CEO吳雄昂目前在與Mentor Graphics全球副總裁彭啟煌深入交談中表示：“將來(lái)的計(jì)算是多樣的、復(fù)雜的，ARM的經(jīng)營(yíng)模式是授權(quán)模式。在保證軟件兼容性的前提下，我們的可配置性能讓每個(gè)廠商可以根據(jù)自己的想法設(shè)計(jì)出想要的東西。”

這說(shuō)明ARM已經(jīng)意識(shí)到競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵點(diǎn)在哪里，并努力想去改善自家的技術(shù)，吸引更多科技企業(yè)的加入。而未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)芯片技術(shù)路線該怎么選，現(xiàn)在還沒(méi)有明確答案。但是，無(wú)論選擇哪一條，生態(tài)的建設(shè)都是放在重中之重的地位上。

ARM和RISC-V，一個(gè)老牌武林霸主，一個(gè)年輕技術(shù)新貴，在新的科技浪潮和產(chǎn)業(yè)革命面前，他們的角逐，值得想象。