華為ARM架構(gòu)“泰山”服務(wù)器真是自主芯片嗎？ - 全文

　　在“十二五”科技創(chuàng)新成就展上，華為展出了其第一臺ARM平臺服務(wù)器“泰山”，并在展板上寫明該服務(wù)器“配備自主研發(fā)的Hi1612 ARM架構(gòu)64位處理器，除存儲單元外均有完整知識產(chǎn)權(quán)……”

　　一時(shí)間國內(nèi)媒體爭相以“華為自主架構(gòu)芯片泰山發(fā)布”或“華為推出自主架構(gòu)服務(wù)器CPU”等為標(biāo)題報(bào)道。然而峰回路轉(zhuǎn)，在6月7日，華為公司出面辟謠，表示“泰山”并非采用自主研發(fā)的微結(jié)構(gòu)，而是ARM Cortex A57，并指出“泰山”為核高基1號專項(xiàng)項(xiàng)目，是用來做互聯(lián)網(wǎng)冷卻儲存的生態(tài)系統(tǒng)驗(yàn)證，而非推廣的CPU和量產(chǎn)型號。

　　媒體之所以報(bào)道有誤，一方面在于部分媒體未經(jīng)充分的信息核實(shí)；另一方面，華為將一款購買ARM公版架構(gòu)的產(chǎn)品表述為“配備自主研發(fā)的Hi1612 ARM架構(gòu)64位處理器，除存儲單元外均有完整知識產(chǎn)權(quán)”，也不準(zhǔn)確，使媒體將這款32核A57芯片與華為自主設(shè)計(jì)的芯片相混淆。

　　那么，為何一款購買ARM公版架構(gòu)的產(chǎn)品能夠成為“自主研發(fā)”，能夠成為“除存儲單元外均有完整知識產(chǎn)權(quán)”，甚至成為核高基1號專項(xiàng)項(xiàng)目？這就要從國內(nèi)就自主研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)和話語權(quán)之爭說起了。

　　自主可控標(biāo)準(zhǔn)之爭

　　近年來，國家對集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展高度重視，在龍芯、申威、飛騰等老牌設(shè)計(jì)單位取得累累碩果的同時(shí)，又成立了擁有1200億元人民幣的集成電路大基金扶持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，先后與IBM、VIA、高通、AMD合資/合作成立兆芯、宏芯、華芯通等公司，并大力扶持展訊、海思、聯(lián)芯等ARM陣營IC設(shè)計(jì)公司茁壯成長。

　　不過，在國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司茁壯成長的大環(huán)境下，也存在一些隱憂——一些IC設(shè)計(jì)公司嚴(yán)重依賴國外技術(shù)，近乎于成為境外公司的馬甲；一些公司不具備造血能力，基本依賴政府經(jīng)費(fèi)生存；國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司分屬X86、ARM、MIPS、Alhpa、POWER陣營，各搞一套軟件生態(tài)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，導(dǎo)致資源浪費(fèi)、重復(fù)建設(shè)。而且更加不可思議的是，各家公司（即便是那些馬甲公司）都認(rèn)為自己符合“自主可控”、“安全可信”、“自主知識產(chǎn)權(quán)”的標(biāo)準(zhǔn)。

　　具體來說，某些公司將VIA、IBM的技術(shù)穿個(gè)馬甲，就認(rèn)為是“自主知識產(chǎn)權(quán)”，并申請核高基項(xiàng)目，從政府拿經(jīng)費(fèi)；再比如說展訊的所謂“自主可控、安全可信”的芯片“椒圖”，其實(shí)是購買ARM IP核授權(quán)的產(chǎn)物，其CPU部分為8核ARM Cortex A53。由于芯片的安全性、性能、功耗很大程度上都取決于微結(jié)構(gòu)的性能，如果無法開發(fā)出比ARM還要好的產(chǎn)品，用實(shí)踐證明自己的設(shè)計(jì)能力，那么購買ARM的微結(jié)構(gòu)能否和“自主可控”、“安全可信”劃等號是要打一個(gè)問號的。

　　而本次華為的做法和展訊類似，同樣是購買ARM的Cortex A57做集成，然后宣傳“自主研發(fā)”和“除存儲單元外均有完整知識產(chǎn)權(quán)”，本質(zhì)上也是將買IP做集成認(rèn)定為“自主研發(fā)”，其產(chǎn)品也被界定為“除存儲單元外均有完整知識產(chǎn)權(quán)”。

　　這些形形色色的“自主可控”、“自主知識產(chǎn)權(quán)”的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，表面上看是話語權(quán)之爭，其實(shí)質(zhì)都是利益之爭——正是因?yàn)閷①徺IVIA的技術(shù)穿馬甲認(rèn)定為“自主可控”，兆芯才能獲得核高基1號專項(xiàng)重點(diǎn)扶持，2015年又從政府獲得海量資金，還在國家重點(diǎn)系統(tǒng)和工程中推廣應(yīng)用——根據(jù)科技部官網(wǎng)的文章《核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品科技重大專項(xiàng)交流材料》顯示：采用ZX-C的聯(lián)想II代整機(jī)應(yīng)客戶要求于2015年底正式交付5800套產(chǎn)品，并將在軍隊(duì)和政府保密系統(tǒng)中進(jìn)行上千套規(guī)模的試點(diǎn)應(yīng)用。

　　正是將購買ARM的微結(jié)構(gòu)做集成認(rèn)定為“自主可控”，展訊才能將“椒圖”打上“自主可控”、“安全可信”的標(biāo)簽，進(jìn)而獲得國家扶持——采用“椒圖”的所謂“安全手機(jī)”定價(jià)4000元左右，并與央企單位達(dá)成供貨意向，而且后續(xù)還將面向國家眾多涉及安全的行業(yè)領(lǐng)域、政企市場全面推廣。而華為本次關(guān)于“泰山”展板的描述亦是如此，筆者猜測，華為此舉，一方面是可能是宣傳文稿忙中出錯(cuò)，畢竟在發(fā)布的公告上，華為已經(jīng)聲明是A57；另一方面也可能是為了獲取國家和政府的支持。

　　中國芯三條發(fā)展路線

　　由于自主技術(shù)越多，那么與現(xiàn)有的技術(shù)體系（Wintel、AA）兼容性就越差，市場化難度就越大；反之，購買/使用國外技術(shù)越多，和現(xiàn)有的技術(shù)體系兼容性就越好，市場化也就越容易。筆者根據(jù)自主可控程度高低和市場化運(yùn)營的難易，將國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司劃分為3條涇渭分明的技術(shù)路線：

　　獨(dú)立自主路線的龍芯、申威。

　　由于技術(shù)獨(dú)立自主，和國外主導(dǎo)的技術(shù)體系不兼容，必須另起爐灶——必須自主擴(kuò)展指令集，比如龍芯的loongISA；自主設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu)，比如龍芯的GS464E；自主開發(fā)編譯器，比如龍芯的LCC和申威的SWCC；自主開發(fā)操作系統(tǒng)，比如龍芯的loongnix和申威的睿思操作系統(tǒng)；

　　自主構(gòu)建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和軟件生態(tài)……這是一項(xiàng)非常龐大而復(fù)雜的工作，資金需求量大、研發(fā)周期長、技術(shù)門檻高，因此市場化難度非常大。

　　半自主模式的飛騰。

　　飛騰購買了ARM指令集授權(quán)，表面上看起來和自主路線的龍芯購買MIPS永久授權(quán)差不多，但從發(fā)展權(quán)和利潤上看，還是有不小的區(qū)別，而且這個(gè)區(qū)別還相當(dāng)?shù)年P(guān)鍵——除了要向ARM繳納巨額專利費(fèi)之外，在發(fā)展上受制于人。下圖為龍芯3A2000和飛騰1500A在自主可控方面的對比。

　　飛騰只能是ARM賣什么，你用什么，在生態(tài)上也只能跟隨ARM。即便飛騰設(shè)計(jì)了自己的微結(jié)構(gòu)，也不能像龍芯那樣對外授權(quán)。

　　在安全上，若微結(jié)構(gòu)自主設(shè)計(jì)，則能保障產(chǎn)品安全可控，比如飛騰自主研發(fā)的64核ARM V8指令集的服務(wù)器芯片“火星”。但如果像飛騰1500A那樣購買ARM Cortex A57，則和海思麒麟、展訊一樣依賴境外技術(shù)。因此，筆者將飛騰的模式稱為半自主。

　　依賴于境外技術(shù)的兆芯、宏芯、海思麒麟、展訊。

　　兆芯的ZX-A就是VIA NANO的馬甲；宏芯的CP1就是IBM Power8的馬甲；海思麒麟和展訊在技術(shù)上也是高度依賴ARM……單單就CPU而言，本質(zhì)上是IBM、ARM、VIA公司在華代理人。因此，很難和“自主可控、安全可信”劃等號。

　　上述公司最大的優(yōu)勢也是在技術(shù)上可以依賴境外公司，以海思麒麟、展訊為例，可以購買ARM的指令集授權(quán)；或購買ARM Cortex A53/A57/A72等微結(jié)構(gòu)，依賴于國外開源GCC編譯器；依賴于安卓操作系統(tǒng)及其軟件生態(tài)……海思麒麟、展訊依附于“ARM+安卓”技術(shù)體系，就不必像龍芯、申威那樣事事皆需自主研發(fā)，可以大幅技術(shù)門檻低，市場化難度也低，能賺快錢。

　　誠然，華為自主微結(jié)構(gòu)也正在研發(fā)中，不過在還沒有產(chǎn)品或者公布模擬器測試成績前，海思麒麟依然歸屬于依賴境外技術(shù)這一檔。

　　ARM技術(shù)路線很難符合自主可控標(biāo)準(zhǔn)

　　筆者認(rèn)為，真正的自主可控和自主知識產(chǎn)權(quán)，必須能夠做到信息安全不受制于人，產(chǎn)業(yè)發(fā)展不受制于人。因此，采用國外技術(shù)穿馬甲的做法，無法真正做到信息安全不受制于人，顯然是不符合自主可控要求的。

　　而購買ARM的IP核做集成的的模式能否符合自主可控的標(biāo)準(zhǔn)呢？表面上看，CPU或SOC是自主研發(fā)的，但因?yàn)槲⒔Y(jié)構(gòu)（CPU核）是從ARM手里購買的，不被國內(nèi)企業(yè)掌握，因此在安全和后門問題上，必然得不到根本保障——微結(jié)構(gòu)決定了CPU的性能、功耗、安全性等要素，而日常我們所說的雙核、四核、八核CPU芯片，其實(shí)是將2、4、8個(gè)微結(jié)構(gòu)（CPU核）的接口互聯(lián)并集成到一片硅片上。

　　正因此，由于都是購買ARM設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)，所以基于ARM結(jié)構(gòu)的國產(chǎn)芯片的性能、功耗、安全性都由ARM決定，中國ARM陣營IC設(shè)計(jì)公司在性能、功耗、安全性根本不具備話語權(quán)，能夠做主的，僅僅是把這些ARM微結(jié)構(gòu)組合成雙核、四核、還是八核的CPU芯片，以及在后端設(shè)計(jì)方面，在ARM留有的冗余范圍內(nèi)，將主頻定得高一點(diǎn)還是低一點(diǎn)。

　　另外，即便是授權(quán)等級更高的指令集授權(quán)，ARM也是給出了很多限制，國內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司是很難憑借有限的授權(quán)走出自己的路，并最終單飛——華為、飛騰能購買ARM指令集授權(quán)，但買到的僅僅是ARM64位指令授權(quán)，并沒有買到ARM32位指令集授權(quán)。由于ARM 32位指令系統(tǒng)的CPU芯片在移動互聯(lián)網(wǎng)世界占據(jù)了90%以上的市場份額，以及ARM32位和64位指令集不兼容（MIPS32/64是能兼容的），ARM向飛騰、華為推銷64位指令授權(quán)，本質(zhì)上是找代理人跑馬圈地，推廣ARM 64位指令集，擴(kuò)大市場份額，防止重蹈Intel當(dāng)年IA-64指令的覆轍。

　　而且華為和飛騰購買的指令集的使用范圍也是有限制的，只能用于服務(wù)器領(lǐng)域，因?yàn)锳RM推銷ARM64指令的時(shí)候，原本的意圖就是讓華為、飛騰在中國大陸幫助ARM開拓服務(wù)器市場，自帶干糧、自擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)為ARM打江山、搶地盤。更要命的是，ARM的指令集授權(quán)非常昂貴，每5年的授權(quán)根據(jù)不同的授權(quán)等級，費(fèi)用高昂——恰恰是如此高昂的授權(quán)費(fèi)致使U.C. Berkeley等幾個(gè)大學(xué)推出RISC-V指令集，Google、惠普、Oracle、西部數(shù)據(jù)等公司成立RISC-V基金會的原因（RISC-V指令集是一個(gè)沒有專利問題和沒有歷史包袱的全新指令集，并且以BSD許可證發(fā)布。任何公司都可以在自己的產(chǎn)品中免費(fèi)使用，而修改也無需再開源）。

　　另外，ARM嚴(yán)格禁止修改、擴(kuò)展指令集，即便飛騰冒著侵犯知識產(chǎn)權(quán)去修改，也是無法得到AA體系中軟件商的支持，等于是指令集無效擴(kuò)展。這使飛騰不具備ARM指令集擴(kuò)展的權(quán)力，導(dǎo)致在利潤上受制于人——購買ARM指令集授權(quán)不僅價(jià)格昂貴，而且授權(quán)期限僅僅5年，還被限定使用范圍，最關(guān)鍵的是“買無止境”——指令集到期接著買，指令集更新還得買……

　　說了這么多，那么國產(chǎn)ARM芯片到底是否屬于自主知識產(chǎn)權(quán)呢？如果真如華為、展訊等公司宣傳的——國產(chǎn)ARM芯片擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，但這就會帶來一個(gè)悖論：既然是自主知識產(chǎn)權(quán)，那又何必每年向ARM繳納巨額專利費(fèi)呢？既然是自主知識產(chǎn)權(quán)，為何不能自由選擇發(fā)展方向，自主修改指令集，自主開發(fā)用于手機(jī)、PC、超算的微結(jié)構(gòu)？既然是自主知識產(chǎn)權(quán)，為何不能像龍芯那樣對外授權(quán)IP呢……

　　結(jié)語

　　中國CPU發(fā)展現(xiàn)狀是各類馬甲CPU公司既能獲得國外技術(shù)支持，又能獲得政府巨額經(jīng)費(fèi)，而國外公司根本不會傳授真本事，結(jié)果造成了其在技術(shù)上沒能形成自己的能力，在商業(yè)上發(fā)展不順，只能依靠政府輸血過活。

　　ARM陣營IC設(shè)計(jì)公司則在ARM的庇護(hù)下，在商業(yè)上實(shí)現(xiàn)了盈利，但卻因ARM而興旺，一旦ARM給點(diǎn)顏色，比如收緊技術(shù)授權(quán)，很可能就會被重創(chuàng)——軟弱性和妥協(xié)性自誕生之日起一脈相承，無法實(shí)現(xiàn)信息安全和產(chǎn)業(yè)發(fā)展不受制于人的宏偉目標(biāo)。

　　而龍芯、申威則獨(dú)立自主、自力更生，以將Wintel徹底趕出中國為目標(biāo)，因此最為革命，也是實(shí)現(xiàn)信息安全和產(chǎn)業(yè)發(fā)展不受制于人的唯一人選，但國家的扶持卻最為有限。例如，逼迫龍芯只能去商業(yè)市場謀生存，并最終實(shí)現(xiàn)自收自支，自負(fù)盈虧。