哪里有压迫,哪里就有反抗。
作为移动 SoC 芯片指令集架构的霸主、IDC 和 PC 芯片架构的核心玩家,Arm 正面临呼啸而至的如潮寒流。
有消息称,Arm 最大的客户高通,与包括 NXP(恩智浦)在内的多家芯片设计公司,组建了一家推广 RISC-V 芯片设计架构的新公司。RISC-V 是 Arm 移动芯片架构最大、最强和参与方最多的竞争技术。
目前,这家合资公司还没正式名称,其芯片设计主要的应用方向是汽车应用。未来,也会扩展至移动 SoC 和 IoT 芯片。另外,这家公司在底层基础构建方面,看上去是要引导 RISC-V 技术实现标准化、减少碎片化和推动生态的丰富性。
尽管如此,RISC-V 指令集架构对 Arm 架构的真正威胁,还没完全形成。
反击 Arm 的予取予求
Arm,日本软银集团旗下英国公司,主要业务是研发芯片设计指令集架构——一套控制给定芯片操作方式的基本规则,授权给芯片设计商使用。Arm 架构在移动设备中占据主导地位,同时也在大力拓展 PC 和 IDC 市场并渐次提高市占率。
这种架构广泛被应用于工业控制、移动通信等领域内的多种嵌入式系统设计。截至 2021 年底,Arm 芯片产量超过 2000 亿,成为智能手机市场无可争议的霸主。
Arm 在 1990 年成立时,正是英特尔如日中天的时代。Arm 既无法与英特尔 x86 架构竞争,也不是当时最流行的 MIPS 精简集指令架构的对手。MIPS 在 1990 年代,是最流行的移动芯片架构,还占据了三成服务器芯片市场份额。
2010 年,智能手机开始取代功能机成为电子消费全新的终端潮流。此时 Arm 开始迎来转机,苹果公司从其首代 iPhone 开始,便搭载了用 Arm 架构设计的移动芯片。随着 iPhone 的革命性创新带来的热潮,Arm 也开始走向黄金时代。
在更早的 2008 年,谷歌公司发布基于 Arm 指令集的 Android 操作系统,如同微软的 Windows 系统和英特尔的 x86 架构 CPU 捆绑,称雄 PC 市场 20 多年;安卓也与 Arm 架构做了类似的捆绑。同年,Arm 芯片总出货量超过 100 亿颗。
安卓系统的开放性,吸引了全球除苹果之外的几乎所有手机终端商,因此也成为包括高通、联发科、海思和三星在内的最重要的芯片设计商,共同采用 Arm 指令集架构以设计其移动 SoC 芯片。全球超过 90% 的智能终端(手机、IoT 和平板)的芯片,都用这种架构设计。
此后,随着 Arm 统治力增强,采用其指令集架构授权的下游芯片设计商,深受 Arm 越来越强烈的 “予取予求” 风格之苦,这增加了其成本和供应链风险。
在此过程中,高通曾以自研指令集架构来对抗 “躺着赚钱” 的 Arm。高通在骁龙 810 之前,用了自研的 Krait 架构,特点是功耗低,性能强,但当移动市场升级至 64 位后,这套自研架构的性能就比不上 Arm 公版架构了。高通曾想改进自家架构的性能,但这种努力没有成功。
2021 年,高通又做了新的努力:耗资 14 亿美元收购芯片初创公司 Nuvia,用以提供其移动端、笔电和汽车智舱/驾芯片。
Nuvia 的三位创始人,都有在苹果、Arm 或 AMD、ATI 公司从事芯片、CPU 和 SoC 架构主设计师的经验,主要产品是移动主芯片,并以 Arm 的 V9 指令集架构作为兼容目标。
此时,Arm 提出异议。鉴于两者之间的利益纠葛较为复杂,简单来说,Arm 在 2022 年 8 月对高通和 Nuvia 提起诉讼,原因是 Nuvia 有可能推动高通自研芯片架构的进展,而这种进展是建立在 Nuvia 持有 Arm 架构授权的基础上,而限制高通自研芯片架构一直是 Arm 的目的。
目前,高通是采用 Arm 芯片设计架构 IP 最重要也是最大的客户。但是,继高通与 Arm 对薄公堂之后,近期高通更联合 NXP、Nordic Semiconductor ASA、Robert Bosch GmbH 和 Infineon Technologies AG 公司,成立一家新公司,目的是推广用于芯片设计的开源 RISC-V 指令集架构。
RSIC-V 指令集架构,相对于封闭、费用高昂的 Arm 架构和英特尔的 x86,这是一种开源(开放源代码)架构,IP 可免费使用,这意味着芯片设计工程师有更多机会验证设计细节并识别错误。
因此,RSIC-V 架构在移动芯片设计领域成为 Arm 最大的技术竞对。
RISC-V 架构的潜力和不足
从这个角度上看,作为 Arm 最大客户高通,很有推动 Arm 架构最强竞对技术的推广动力。此次高通与四家芯片设计商的联合,正是这种动力的显性表现。
高通表示,与其他行业参与者携手合作,通过开发下一代硬件,以推动 RISC-V 生态系统的扩展,这是一件好事。高通坚信, RISC-V 的开源指令集将增加创新,并有潜力改变行业。
就像 Nuvia,拓展汽车智舱/智驾芯片市场也是主要目标,高通参与的这家新公司,研发目标产品,首选汽车应用。未来将这种应用再推向移动和 IoT 芯片。
高通最近更宣称,从 2019 年推出骁龙 865 开始,高通就在其芯片中集成了 RISC-V 内核。这说明高通想提高其自主性的努力,从 2019 年就已经开始。
不知是巧合还是有其他因素,2019 年也是中国大规模采用 RSIV-C 架构的第一年。到 2022 年,在中国市场,用 RSIV-C 架构设计的芯片,出货量超过了 50 亿颗。
这家高通参与的联合公司,预计将成为单一来源,以实现产品之间的兼容性、提供参考架构并建立广泛使用的标准。
在 2022 年年底于美国举办的 RISC-V 峰会上,高通产品管理总监 Manju Varma 表示,RISC-V 是专有 Arm 指令集架构的新兴替代品,有机会实现比微控制器更高的价值。
目前,高通在 PC、移动设备、可穿戴设备、联网汽车以及增强现实和虚拟现实耳机的 SoC 中使用 RISC-V 微控制器。
这些微控制器在后台执行低级工作,比如管理硬件。截至 2022 年 12 月,高通已交付超过 6.5 亿个 RISC-V 内核,这让让 RISC-V ISA 成为高通核心技术之一,高通也以此成为 RISC-V 架构大规模落地的领导者之一。
Varma 表示,“RISC-V 可从低端微控制器一直扩展到高性能计算,以及介于两者之间的任何东西,它确实可以提高整个行业的效率”。Varma 认为,借助 RISC-V,有机会定义具有一流性能、一流能效和增值功能的芯片设计。
但是 RISC-V 的生态过于简陋,而开放性和免费使用 IP,也让这个生态存在众多碎片,这是高通希望成立这个新的联合公司要致力于解决的主要问题。
最后,标准化与 RISC-V 指令集架构兼容的软件安全堆栈至关重要。Varma 说,“通过关注工具、库和语言,我们确实可以加速 RISC-V 软件的采用”。
值得一提的是,2022 年,高通也是投资 SiFive Inc.公司 1.75 亿美元的成员之一。在更早的 2019 年,高通旗下 Qualcomm Ventures 也早早投资了 SiFive。这家公司也在设计基于 RISC-V 架构的芯片。
2010 年后,众多美国芯片设计巨头共同成就了 Arm 如今的市场地位。现在,高通坚持走向 Arm 竞对技术阵营,并试图提升 RSIC-V 生态丰富性、去碎片化,以及统一架构标准,动摇了 Arm 的地基。