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      RISC-V再加速 半導體巨頭聯手布局

      作者:陳玲麗時間:2023-08-17來源:電子產品世界收藏

      首席執行官(CEO)克里斯蒂亞諾·阿蒙(Cristiano Amon)的領導下,將與、北歐公司(Nordic Semiconductor)、以及博世聯合成立一家新公司,旨在推廣用于設計的,通過開發下一代硬件來推動生態系統的擴展。

      本文引用地址:http://www.connhp.com/article/202308/449713.htm

      據了解,新公司將設在德國,同時考慮到將參與投資,該公司應該是先專注于汽車領域,最終擴展到移動和物聯網領域。

      執行副總裁兼首席技術官Lars Reger表示,該合資公司將努力“開創完全認證的基于的IP和,最初將用于汽車行業”;汽車部門總裁Peter Schiefer則表示,“隨著汽車成為軟件定義的汽車,整個行業普遍需要標準化和生態系統兼容性?!?/span>

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      對簿公堂

      · 起訴高通侵權

      2021年1月,高通斥資14億美元收購了初創公司Nuvia,計劃通過Nuvia提振新業務,重啟服務器以及PC市場的布局計劃。

      2022年8月,宣布向高通和Nuvia發起訴訟,指控他們違反與ARM簽訂的授權許可協議,要求高通銷毀基于Nuvia與ARM授權協議開發的設計。ARM表示未經許可它授予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合法依據。面對ARM的指控,高通認為ARM真實意圖是利用毫無根據的訴訟作為籌碼,迫使高通重新談判雙方長期以來的許可協議的財務條款。

      該訴訟的審判定于2024年9月23日開始。值得說明的是,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的收費標準不同,這才是高通與ARM之間互相起訴的關鍵。

      ARM壟斷弊端逐漸顯現

      當前,移動芯片市場的性能之爭愈演愈烈,然而不論高通、英偉達,還是三星、蘋果,實際上都是基于ARM架構開發的。目前為止,ARM已經占據了智能手機芯片領域95%以上的市場份額,包括平板電腦等,ARM實際上已經完全控制了整個移動芯片領域。

      但是,ARM多重收費加重芯片設計廠成本負擔:芯片設計廠商從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美元的許可費(Licensing Fee)才能得到授權,開始設計芯片;每次流片,都需向ARM支付一筆費用;芯片實現量產后,還要根據芯片的銷售額繳納1-2%的版稅(Royalty);還對部分客戶征收合作費(Access Fee)或年費(Annual Fee)。此外,ARM依托市場壟斷地位,持續提升授權費的定價。

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      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還要求廠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提供的部分進行設置。為了避免過度依賴ARM架構及提升對ARM公司的話語權,芯片巨頭正傾斜大量研究資源專注于RISC-V架構。

      此前高通曾透露,從2019年推出驍龍865開始,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6.5億個RISC-V內核。此外,高通還曾暗示可能會在包括其流行的驍龍智能手機芯片在內的產品中,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于2010年研發的、基于精簡指令集計算原理建立的開放指令集,指令集是指存儲在CPU內部,引導CPU進行運算,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指令集架構,其核心是允許任何公司基于指令集開發各類定制芯片 —— 基礎的ISA和IP核開源免費,并且從底層設計上模塊化、允許自定義拓展,使得芯片設計廠商擁有更高的研發自由度,同時前期投入成本較低,降低小型和新興公司的進入壁壘。

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      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,學習門檻更低、易于上手,縮短了處理器及編譯器的研發周期。

      值得注意的是,由于RISC-V采用模塊化的設計理念,芯片設計企業可以在底層指令集的基礎上,按需要自行開發指令集拓展模塊或形成微架構,并可以收費授權其他企業使用。因此,RISC-V不是單純的全部開源,而是給生態參與者留出了獲益的空間,有助于激勵更多企業和開發者參與生態建設。一旦生態得到完善,對于任何一家芯片設計廠而言,采用RISC-V架構的成本必然低于ARM。 

      截止至2022年7月,RISC-V架構芯片的出貨量已經突破了百億顆,并預計在2025年將突破800億顆。RISC-V架構的開放性和成本效益的優勢使其在CPU市場上成為ARM的強大競爭對手,隨著生態系統的成熟,行業必將見證一場重大變革。

      不過,RISC-V架構短時間想要超越x86架構以及ARM架構仍有相當大難度:x86架構擁有長達40年歷史積淀,不管是PC還是服務器以及相關軟件帶動的應用服務市場已經相當龐大;而ARM架構在移動市場的應用規模也難以被取代。

      RISC-V未來面臨的挑戰

      雖然RISC-V現在的討論熱度很高,但在技術成熟度上仍處于發展早期,整個生態實際仍在建設初期。從業內反饋來看,實踐中出現多種問題,例如基礎架構不支持I/O的虛擬化,需要另行開發支持這一功能的IP核;容易出現尋址模式錯誤等。RISC-V架構目前的覆蓋場景有限,各類IP核還需要不斷擴充,所需要的基礎開發平臺、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芯片的市場競爭力,所以相對來說其只在中低端應用市場有一定競爭力。

      RISC-V高性能應用領域的芯片若要實現落地,還面臨一些亟待解決的問題:需要構建一套數學計算庫,以保證計算精度、計算效率與源代碼級安全可控。另外,整體軟件生態也是必要條件,需要底層框架、操作系統、中間件、關鍵庫、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景,軟件需求相對簡單和固定,芯片原廠就能實現70%的軟件。而未來走向開放應用場景,軟件需求會呈指數級增長,例如各種操作系統的移植,中間件和庫函數的優化,以及各種開發框架的適配等,每一個技術點都是巨大的工程。

      RISC-V生態的“碎片化”是由其開放性和免費使用IP的特點所決定的,也正是高通聯合其他四家公司成立新公司要致力解決的主要問題。RISC-V技術工作組已經在提供一些新的機制,比如通過配置(Profile)機制確保ISA被很好地定義并具有合理的配置,來規范軟件生態,保證了最低限度的ISA統一性,從而使生態不會過于碎片化。

      碎片化也算是在差異化或者創新過程中的一部分,并不存在系統性缺陷,且更加開放的標準,往往會更具生命力。RISC-V標準定義了自定義ISA應該存在的位置,而這種差異化或創新可能會成為未來RISC-V ISA標準和配置的特性。

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      芯片架構真正的興起都是伴隨著一代計算平臺的崛起,就如PC之于x86,智能手機之于ARM。雖然RISC-V在低功耗領域已經可以和ARM平分秋風,但對于RISC-V能否在最重要的移動、PC和服務器市場挑戰主流的ARM和x86架構,外界始終存在質疑。

      架構遷移并非易事,系統和芯片之外最難的就是開發和應用生態的遷移,最近成功的例子就是蘋果Mac從x86轉向ARM,蘋果M系列芯片在PC市場的成功,過去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,基于精簡指令集開發的RISC-V在高性能上也備受質疑。從架構上來看,ARM與RISC-V終有一戰,它們起源于同宗,應用領域也大體相同,但幸運的是物聯網時代到來讓它有了發展的潛力。

      一旦安卓實現向RISC-V的遷移,谷歌、高通都能打破ARM的制肘,RISC-V也能乘風而上。我們無法預知RISC-V、ARM和x86勝負幾何,卻已經感受到了這場戰爭的序幕已經徐徐拉開。



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