RISC-V再加速 半導體巨頭聯(lián)手布局
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在高通首席執行官（CEO）克里斯蒂亞諾·阿蒙（Cristiano Amon）的領(lǐng)導下，高通將與恩智浦、北歐半導體公司（Nordic Semiconductor）、英飛凌以及博世聯(lián)合成立一家新公司，旨在推廣用于芯片設計的開(kāi)源RISC-V架構，通過(guò)開(kāi)發(fā)下一代硬件來(lái)推動(dòng)RISC-V生態(tài)系統的擴展。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202308/449713.htm據了解，新公司將設在德國，同時(shí)考慮到恩智浦和英飛凌將參與投資，該公司應該是先專(zhuān)注于汽車(chē)芯片領(lǐng)域，最終擴展到移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。
恩智浦執行副總裁兼首席技術(shù)官Lars Reger表示，該合資公司將努力“開(kāi)創(chuàng )完全認證的基于RISC-V的IP和架構，最初將用于汽車(chē)行業(yè)”；英飛凌汽車(chē)部門(mén)總裁Peter Schiefer則表示，“隨著(zhù)汽車(chē)成為軟件定義的汽車(chē)，整個(gè)行業(yè)普遍需要標準化和生態(tài)系統兼容性?！?/span>
· ARM起訴高通侵權
2021年1月，高通斥資14億美元收購了芯片初創(chuàng )公司Nuvia，計劃通過(guò)Nuvia提振新業(yè)務(wù)，重啟服務(wù)器以及PC市場(chǎng)的布局計劃。
2022年8月，ARM宣布向高通和Nuvia發(fā)起訴訟，指控他們違反與ARM簽訂的授權許可協(xié)議，要求高通銷(xiāo)毀基于Nuvia與ARM授權協(xié)議開(kāi)發(fā)的設計。ARM表示未經(jīng)許可它授予Nuvia的許可證不能轉讓給Nuvia新母公司高通并由其使用。
· 高通對ARM提起反訴
2022年10月份，高通對ARM提起反訴，認為它并未違反ARM的許可合同，ARM指控其違反許可合同并侵犯商標權并無(wú)合法依據。面對ARM的指控，高通認為ARM真實(shí)意圖是利用毫無(wú)根據的訴訟作為籌碼，迫使高通重新談判雙方長(cháng)期以來(lái)的許可協(xié)議的財務(wù)條款。
該訴訟的審判定于2024年9月23日開(kāi)始。值得說(shuō)明的是，ARM公司旗下的ARM IP授權是分等級的，用公版CPU授權以及自研CPU架構的收費標準不同，這才是高通與ARM之間互相起訴的關(guān)鍵。
ARM壟斷弊端逐漸顯現
當前，移動(dòng)芯片市場(chǎng)的性能之爭愈演愈烈，然而不論高通、英偉達，還是三星、蘋(píng)果，實(shí)際上都是基于A(yíng)RM架構開(kāi)發(fā)的。目前為止，ARM已經(jīng)占據了智能手機芯片領(lǐng)域95%以上的市場(chǎng)份額，包括平板電腦等，ARM實(shí)際上已經(jīng)完全控制了整個(gè)移動(dòng)芯片領(lǐng)域。
但是，ARM多重收費加重芯片設計廠(chǎng)成本負擔：芯片設計廠(chǎng)商從ARM的“架構庫”里挑選合適的IP核，需先向ARM支付一筆數十到數百萬(wàn)美元的許可費（Licensing Fee）才能得到授權，開(kāi)始設計芯片；每次流片，都需向ARM支付一筆費用；芯片實(shí)現量產(chǎn)后，還要根據芯片的銷(xiāo)售額繳納1-2%的版稅（Royalty）；還對部分客戶(hù)征收合作費（Access Fee）或年費（Annual Fee）。此外，ARM依托市場(chǎng)壟斷地位，持續提升授權費的定價(jià)。
ARM平均每顆芯片的版稅收入已連續4年提升（單位：美分）
不僅如此，ARM還要求半導體廠(chǎng)商不得采用公版架構之外的任何配置，像是NPU、ISP等負責智能手機各項重要功能的核心都只能按照ARM提供的部分進(jìn)行設置。為了避免過(guò)度依賴(lài)ARM架構及提升對ARM公司的話(huà)語(yǔ)權，芯片巨頭正傾斜大量研究資源專(zhuān)注于RISC-V架構。
此前高通曾透露，從2019年推出驍龍865開(kāi)始，高通就在其芯片中集成了RISC-V內核，在后臺執行低級工作，比如管理硬件。截至2022年12月，高通已交付超過(guò)6.5億個(gè)RISC-V內核。此外，高通還曾暗示可能會(huì )在包括其流行的驍龍智能手機芯片在內的產(chǎn)品中，采用RISC-V架構而非ARM架構。
什么是RISC-V架構
RISC-V是由美國加州伯克利大學(xué)于2010年研發(fā)的、基于精簡(jiǎn)指令集計算原理建立的開(kāi)放指令集，指令集是指存儲在CPU內部，引導CPU進(jìn)行運算，介于軟件和底層硬件之間的一套程序指令合集。
2023年1月，谷歌宣布將致力于安卓系統全面適配RISC-V。RISC-V作為目前最受歡迎的開(kāi)源指令集架構，其核心是允許任何公司基于開(kāi)源指令集開(kāi)發(fā)各類(lèi)定制芯片 —— 基礎的ISA和IP核開(kāi)源免費，并且從底層設計上模塊化、允許自定義拓展，使得芯片設計廠(chǎng)商擁有更高的研發(fā)自由度，同時(shí)前期投入成本較低，降低小型和新興公司的進(jìn)入壁壘。
RISC-V的設計使得它非常容易在不同的平臺上移植，因為ISA的設計是相對簡(jiǎn)單和透明的，而且遵循了統一的規范和接口標準，使得軟件和硬件之間的互操作性更好。除了開(kāi)放性、靈活性和可擴展性之外，RISC-V還具有高性能和低功耗的優(yōu)勢。
另一方面，與誕生于上世紀70-80年代的x86、ARM架構相比，RISC-V作為新生的指令集架構，不需要考慮向后的兼容性。熟悉體系結構的工程師僅需幾天便可通讀全文，學(xué)習門(mén)檻更低、易于上手，縮短了處理器及編譯器的研發(fā)周期。
值得注意的是，由于RISC-V采用模塊化的設計理念，芯片設計企業(yè)可以在底層指令集的基礎上，按需要自行開(kāi)發(fā)指令集拓展模塊或形成微架構，并可以收費授權其他企業(yè)使用。因此，RISC-V不是單純的全部開(kāi)源，而是給生態(tài)參與者留出了獲益的空間，有助于激勵更多企業(yè)和開(kāi)發(fā)者參與生態(tài)建設。一旦生態(tài)得到完善，對于任何一家芯片設計廠(chǎng)而言，采用RISC-V架構的成本必然低于A(yíng)RM。
截止至2022年7月，RISC-V架構芯片的出貨量已經(jīng)突破了百億顆，并預計在2025年將突破800億顆。RISC-V架構的開(kāi)放性和成本效益的優(yōu)勢使其在CPU市場(chǎng)上成為ARM的強大競爭對手，隨著(zhù)生態(tài)系統的成熟，行業(yè)必將見(jiàn)證一場(chǎng)重大變革。
不過(guò)，RISC-V架構短時(shí)間想要超越x86架構以及ARM架構仍有相當大難度：x86架構擁有長(cháng)達40年歷史積淀，不管是PC還是服務(wù)器以及相關(guān)軟件帶動(dòng)的應用服務(wù)市場(chǎng)已經(jīng)相當龐大；而ARM架構在移動(dòng)市場(chǎng)的應用規模也難以被取代。
RISC-V未來(lái)面臨的挑戰
雖然RISC-V現在的討論熱度很高，但在技術(shù)成熟度上仍處于發(fā)展早期，整個(gè)生態(tài)實(shí)際仍在建設初期。從業(yè)內反饋來(lái)看，實(shí)踐中出現多種問(wèn)題，例如基礎架構不支持I/O的虛擬化，需要另行開(kāi)發(fā)支持這一功能的IP核；容易出現尋址模式錯誤等。RISC-V架構目前的覆蓋場(chǎng)景有限，各類(lèi)IP核還需要不斷擴充，所需要的基礎開(kāi)發(fā)平臺、軟件工具也在完善中，這些一定程度上阻礙了下游芯片的推廣，影響了RISC-V芯片的市場(chǎng)競爭力，所以相對來(lái)說(shuō)其只在中低端應用市場(chǎng)有一定競爭力。
RISC-V高性能應用領(lǐng)域的芯片若要實(shí)現落地，還面臨一些亟待解決的問(wèn)題：需要構建一套數學(xué)計算庫，以保證計算精度、計算效率與源代碼級安全可控。另外，整體軟件生態(tài)也是必要條件，需要底層框架、操作系統、中間件、關(guān)鍵庫、應用軟件全方位適配，RISC-V目前大多是用在相對封閉的應用場(chǎng)景，軟件需求相對簡(jiǎn)單和固定，芯片原廠(chǎng)就能實(shí)現70%的軟件。而未來(lái)走向開(kāi)放應用場(chǎng)景，軟件需求會(huì )呈指數級增長(cháng)，例如各種操作系統的移植，中間件和庫函數的優(yōu)化，以及各種開(kāi)發(fā)框架的適配等，每一個(gè)技術(shù)點(diǎn)都是巨大的工程。
RISC-V生態(tài)的“碎片化”是由其開(kāi)放性和免費使用IP的特點(diǎn)所決定的，也正是高通聯(lián)合其他四家公司成立新公司要致力解決的主要問(wèn)題。RISC-V技術(shù)工作組已經(jīng)在提供一些新的機制，比如通過(guò)配置（Profile）機制確保ISA被很好地定義并具有合理的配置，來(lái)規范軟件生態(tài)，保證了最低限度的ISA統一性，從而使生態(tài)不會(huì )過(guò)于碎片化。
碎片化也算是在差異化或者創(chuàng )新過(guò)程中的一部分，并不存在系統性缺陷，且更加開(kāi)放的標準，往往會(huì )更具生命力。RISC-V標準定義了自定義ISA應該存在的位置，而這種差異化或創(chuàng )新可能會(huì )成為未來(lái)RISC-V ISA標準和配置的特性。
芯片架構真正的興起都是伴隨著(zhù)一代計算平臺的崛起，就如PC之于x86，智能手機之于A(yíng)RM。雖然RISC-V在低功耗領(lǐng)域已經(jīng)可以和ARM平分秋風(fēng)，但對于RISC-V能否在最重要的移動(dòng)、PC和服務(wù)器市場(chǎng)挑戰主流的ARM和x86架構，外界始終存在質(zhì)疑。
架構遷移并非易事，系統和芯片之外最難的就是開(kāi)發(fā)和應用生態(tài)的遷移，最近成功的例子就是蘋(píng)果Mac從x86轉向ARM，蘋(píng)果M系列芯片在PC市場(chǎng)的成功，過(guò)去x86壟斷的局面已然被打破。
就像ARM此前普遍不被看好能夠在性能上與x86一戰一樣，基于精簡(jiǎn)指令集開(kāi)發(fā)的RISC-V在高性能上也備受質(zhì)疑。從架構上來(lái)看，ARM與RISC-V終有一戰，它們起源于同宗，應用領(lǐng)域也大體相同，但幸運的是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)讓它有了發(fā)展的潛力。
一旦安卓實(shí)現向RISC-V的遷移，谷歌、高通都能打破ARM的制肘，RISC-V也能乘風(fēng)而上。我們無(wú)法預知RISC-V、ARM和x86勝負幾何，卻已經(jīng)感受到了這場(chǎng)戰爭的序幕已經(jīng)徐徐拉開(kāi)。
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