ARM與RISC-V 戰(zhàn)爭即將開始

新興的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）行業(yè)是產(chǎn)品和服務(wù)相互補(bǔ)充的集合體，其可實(shí)現(xiàn)多個行業(yè)的效率和成本優(yōu)化。雖然它沒有垂直定向的價值鏈，但其橫跨了多個行業(yè)和市場，如工業(yè)自動化、汽車、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等等，在這些行業(yè)中的用例也非常多樣化。在應(yīng)用程序的前端也就是終端節(jié)點(diǎn)或傳感器，它們監(jiān)視環(huán)境條件并將數(shù)據(jù)傳遞到鏈中。這些終端節(jié)點(diǎn)將分散在各個行業(yè)中。設(shè)計處理器的架構(gòu)基本上是arm等主流獨(dú)占市場，RISC-V的份額非常少，因此在正常情況下，市場很少去分析相關(guān)領(lǐng)域概況。但由于華為事件不斷延燒之下，中美貿(mào)易戰(zhàn)和全球國際環(huán)境大變革已經(jīng)開始，科技屆已經(jīng)開始重新審視這兩者的關(guān)系了。

定制處理器的崛起

記得很早之前有過討論：未來處理器的戰(zhàn)爭，COTS（商用現(xiàn)成品或技術(shù)）處理器不適合構(gòu)建這些終端節(jié)點(diǎn)，因為后者是特定于應(yīng)用程序的。而公司一般傾向于定制處理器，因為它可以提供僅組裝所需部件的靈活性。這些部件包括模擬傳感器，DSP或?qū)Ｓ蠭P等。此外，定制處理器可以顯著降低BoM成本和芯片尺寸，從而最大限度地降低功耗。它還有有助于公司將其產(chǎn)品與競爭對手的產(chǎn)品區(qū)分開來?？偟膩碚f，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的低入門成本和普遍性將鼓勵許多初創(chuàng)公司和小公司為冷門應(yīng)用程序構(gòu)建產(chǎn)品。另外，通過定制處理器，這些公司也可以進(jìn)一步優(yōu)化成本。

錯誤的摩爾法則

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的激增除了可以給定制處理器帶來巨大推動之外，另一個影響因素是摩爾定律的可疑存在。五十多年來，摩爾定律一直都是一種自我應(yīng)驗的預(yù)言。無論市場是否需要高性能處理器，半導(dǎo)體公司都在努力使這項法則成為事實(shí)。所以，始終都有創(chuàng)新者和早期采用者迫切希望使用基于領(lǐng)先流程節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品。然而，大眾市場需要時間才能對準(zhǔn)這些新產(chǎn)品。摩爾法則憑借高性能，低功耗和降低成本來確保技術(shù)發(fā)揮主導(dǎo)作用。

然而，目前這項法則保證的經(jīng)濟(jì)平衡正在失敗。 領(lǐng)先的工藝節(jié)點(diǎn)設(shè)計變得復(fù)雜，商業(yè)化的前置時間很長，因此成本的平衡并不能成立。對成本優(yōu)化的追求迫使行業(yè)尋找替代方案，因為縮小的節(jié)點(diǎn)不再具有經(jīng)濟(jì)效益。其實(shí)，定制處理器就是答案，因為它可以顯著降低BoM成本。數(shù)十億個終端節(jié)點(diǎn)不需要領(lǐng)先進(jìn)程節(jié)點(diǎn)，有成熟節(jié)點(diǎn)上的自定義處理器就足夠了。

ARM的對策

ARM是智能手機(jī)處理器市場的壟斷者。 在嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，目前并沒有主導(dǎo)架構(gòu)，ARM已經(jīng)準(zhǔn)備好填補(bǔ)這一空白，因為它擁有強(qiáng)大的CPU和IP，可以提供各種功能，性能和價格選擇。借助獨(dú)特的授權(quán)商業(yè)模式，特別是在Cortex-M0的DesignStart許可，ARM以低成本實(shí)現(xiàn)了定制處理器設(shè)計，風(fēng)險更低。該計劃對初創(chuàng)公司和小公司非常有用，因為他們可以以低許可成本獲得經(jīng)過驗證的架構(gòu)和IP，并與廣泛的IP生態(tài)系統(tǒng)，軟件支持和硅合作伙伴相結(jié)合，可以大大縮短產(chǎn)品推向市場的時間。

那我們?nèi)绾芜M(jìn)一步優(yōu)化定制處理器的成本呢？

RISC-V

開源軟件（OSS）在軟件行業(yè)的民主化中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。OSS中最受歡迎的一個例子是一個Linux操作系統(tǒng)。OSS以較低的應(yīng)用成本實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和差異化。這使得小公司和初創(chuàng)企業(yè)可以基于OSS（如Linux）構(gòu)建產(chǎn)品。大型開發(fā)人員社區(qū)支持軟件開發(fā)，因此不存在供應(yīng)商鎖定或?qū)Ｓ屑夹g(shù)過時的風(fēng)險。社區(qū)的集體努力確保了一個龐大的生態(tài)系統(tǒng)，同時使所有用戶受益。Linux已經(jīng)在嵌入式，PC等各種應(yīng)用程序中獲得了巨大的影響力。隨著越來越多的用戶開始使用Linux，添加了更多功能和實(shí)用程序，網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)也可以得到很好的利用。

RISC-V將開源運(yùn)動擴(kuò)展到CPU ISA。它是一個開源的ISA，免許可證和免版稅。也正是由于RISC-V沒有任何許可，因此ISA可用于構(gòu)建定制處理器，且許可成本為零。RISC-V正在逐步建立一個生態(tài)系統(tǒng)。在2017年嵌入式電子與工業(yè)電腦應(yīng)用展中，RISC-V通過FPGA解決方案，安全I(xiàn)P，調(diào)試基礎(chǔ)設(shè)施等展示了其龐大的生態(tài)系統(tǒng)。

很少有ARM客戶已經(jīng)開始使用RISC-V來設(shè)計自定義處理器。現(xiàn)在，SoC設(shè)計公司可以以較低成本開發(fā)定制處理器，而無需支付許可費(fèi)用。通過一些NRE投資，這些公司可以開發(fā)SoC并在晶圓廠制造。因此，處理器的價格也將低于基于ARM IP的價格。從表面上看，一個理想的候選者很有可能會成為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的主導(dǎo)ISA。憑借著定制處理器和零許可成本，RISC-V就很像是那個勝利者。

它真的那么簡單嗎？

關(guān)于RISC-V “免費(fèi)” 的探討

Linux在數(shù)十億的產(chǎn)品部署方面非常成功。雖然，在將Linux用于商業(yè)產(chǎn)品方面需要相當(dāng)大的努力和專業(yè)知識，但這些好處會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工時。Linux可以提供非常好的靈活性，同時龐大的社區(qū)為操作系統(tǒng)提供了良好的生態(tài)系統(tǒng)，并為周邊設(shè)備、第三方軟件等提供了廣泛的支持。

然而，由于軟件和硬件之間的基本差異，開源概念與芯片設(shè)計還是有很大的差別。 與需要時間和精力來開發(fā)的軟件不同，硬件涉及有形組件，需要有人來付費(fèi)；其次，在測試完硬件、仿真器之后，你還可以多次對軟件進(jìn)行返工。花費(fèi)相當(dāng)少的成本，就可以減少時間和精力。但是，硬件中的錯誤也可能會讓你損失一百萬美元！處理器的多次迭代可以大幅度地降低成本?？偟膩碚f，硬件設(shè)計比軟件開發(fā)更復(fù)雜。

讓我們來考慮一下開源RISC-V的情況。在SoC中，CPU IP只是其中的一部分; 還需要許多其他物理IP和周邊設(shè)備。因此，圍繞CPU IP需要龐大的IP和EDA生態(tài)系統(tǒng)。但你只能在沒有許可憑證的情況下獲得CPU IP；可是周圍的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)消失了。IP供應(yīng)商應(yīng)該看到一個可行的商業(yè)案例，以在其產(chǎn)品組合中添加對RISC-V的支持。假設(shè)有一個強(qiáng)大的社區(qū)支持RISC-V，它提供了構(gòu)建SoC所需的所有IP和工具。但問題仍然是建立自定義SoC的公司是否會冒使用社區(qū)支持的ISA的風(fēng)險？一旦失敗可能導(dǎo)致多個流片，這會增加巨大的成本?？偟膩碚f，設(shè)計SoC很復(fù)雜，需要在實(shí)施、物理設(shè)計、包裝等多個領(lǐng)域具有良好的專業(yè)知識。

使用ARM ISA，上面提到的大多數(shù)問題都得到了緩解。你可以訪問經(jīng)過驗證的IP，強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)（軟件，云服務(wù)，安全解決方案，芯片供應(yīng)商，晶圓廠）和承諾支持，而不是開源ISA提供的社區(qū)支持。這樣就會大大降低設(shè)計復(fù)雜性，不過還是需要一些專業(yè)的SoC設(shè)計來構(gòu)建定制處理器。

誰將構(gòu)建基于RISC-V的SoC？

開源的想法具有擾亂性質(zhì)，因為它為預(yù)算有限的公司提供了一個公平競爭的平臺，可以與大公司競爭。盡管開源ISA的概念具有革命性，但它可能不會對芯片設(shè)計的民主化產(chǎn)生破壞性影響。

在我看來，小型公司和初創(chuàng)公司不太可能在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)で笠恍├鶓?yīng)用，并投入時間，精力和資金來建立基于社區(qū)支持的ISA的定制處理器，因為他們必須驗證整個系統(tǒng)是否符合他們的規(guī)格。相反，使用獲得許可的ISA是一個安全的選擇，因為他們可以獲得經(jīng)過驗證的系統(tǒng)，并輔以強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)。SoC的多個流片可能會增加大量成本。成熟的ISA具有一些初始成本，這是一個很好的起點(diǎn)，但這不是一個自由的成熟ISA。SoC設(shè)計不是他們的核心內(nèi)容，因此聘請多元化的芯片設(shè)計團(tuán)隊可能不是一個務(wù)實(shí)的決定。由于ARM在整個行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，設(shè)計部分可以外包給一些小公司，這些公司專門從事基于ARM的SoC設(shè)計。 EDA工具和晶圓廠成本很高。EDA供應(yīng)商和晶圓廠已經(jīng)支持基于ARM的IP;他們應(yīng)該也看到了增加對RISC-V的支持的經(jīng)濟(jì)效益。在RISC-V達(dá)到臨界大規(guī)模應(yīng)用之前，它就像一個雞與蛋的情況。多宿主增加了任何公司的成本，無論是晶圓廠，EDA供應(yīng)商，設(shè)計公司還是應(yīng)用開發(fā)商。低產(chǎn)量業(yè)務(wù)可以吸引更高的租金。所以在構(gòu)建基于RISC-V的SoC時，必須考慮所有這些成本開銷。

SoC設(shè)計中的市場領(lǐng)導(dǎo)者肯定會開發(fā)基于RISC-V的SoC，因為它可以通過替代ARM來增加購買力。但是，我相信這些公司不會有興趣與需要定制處理器的小批量客戶合作。由于其巨大的開銷，使得銷售數(shù)百萬標(biāo)準(zhǔn)化SoC具有很大的商業(yè)意義。

綜上所述，在我看來，RISC-V在目前的狀態(tài)下，不能顯著破壞半導(dǎo)體市場結(jié)構(gòu)。 與許可實(shí)體相比，開源運(yùn)動的關(guān)鍵優(yōu)勢之一是通過提供足夠好的基礎(chǔ)，最大限度地減少進(jìn)入市場的準(zhǔn)入門檻。盡管RISC-V將以低成本提供構(gòu)建定制SoC的靈活性，但生態(tài)系統(tǒng)尚未準(zhǔn)備好接受它。整個半導(dǎo)體行業(yè)需要同步進(jìn)行才能使RISC-V成功。

結(jié)論

在這種國際大環(huán)境下，相信RISC-V會足夠聰明，可以預(yù)見以上的問題并抓住這個風(fēng)口，而且許多問題本來已經(jīng)在內(nèi)部得到解決。在我看來，RISC-V應(yīng)該專注于一個部分，如物聯(lián)網(wǎng)終端節(jié)點(diǎn)或其他東西，然后為這個細(xì)分市場提供一個引人注目的完整解決方案，以及整體生態(tài)系統(tǒng)，而不是專注于整個物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式行業(yè)。一旦他們在一個細(xì)分市場中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，就更容易傳播到其他細(xì)分市場，因為新用戶有一個很好的案例研究或案例可供選擇。

ARM還需要做什么才能被視為嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者？我對此沒有任何答案，因為從外部角度來看，ARM現(xiàn)在看起來相當(dāng)不錯，具有龐大的安裝基礎(chǔ)，未來也有很好的上升趨勢。不過將DesignStart許可證擴(kuò)展到其他Cortex-M IP將是進(jìn)一步應(yīng)用的不錯選擇。然而，主要的核心應(yīng)該還是OS支持，云服務(wù)，安全性，IP，調(diào)試工具鏈，EDA，硅合作伙伴等強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)。所有這些都在以低成本構(gòu)建基于定制處理器的產(chǎn)品方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

低成本和定制通常是互斥的。任何針對這兩端的ISA都將在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中發(fā)揮主導(dǎo)作用。當(dāng)然，隨著RISC-V基金會成立，已有不少企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)的加入RISC-V 陣營，探尋未來RISC-V 的可行性。目前參與的企業(yè)有IBM、NXP、Western Digita、輝達(dá)、高通、三星、Google、特斯拉、華為、阿里巴巴等200 多家，而中美科技戰(zhàn)也許就是這種模式崛起的催化劑，很多年以后來看，科技史上給這個時刻記下重重的一筆。