《電子技術(shù)應(yīng)用》
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國(guó)內(nèi)ARM陣營(yíng)IC設(shè)計(jì)公司會(huì)不會(huì)處處受制于人

2016-04-08

  到底什么才是自主可控的國(guó)產(chǎn)芯片,必須要有一個(gè)明確的認(rèn)定,。目前主流的在ARM技術(shù)授權(quán)的基礎(chǔ)上搞國(guó)產(chǎn)芯片開發(fā)的方式,,顯然值得商榷,。

  近年來,,在國(guó)家大力扶持集成電路產(chǎn)業(yè)的背景下,,國(guó)內(nèi)從事高性能CPU設(shè)計(jì)的單位或公司數(shù)量不斷壯大,。

  但美中不足的是,,幾乎所有單位都認(rèn)為自己的產(chǎn)品和技術(shù)路線符合自主可控標(biāo)準(zhǔn),。

  比如飛騰在和中國(guó)電子合作后,將購(gòu)買自ARM的Cortex A57產(chǎn)品打上自主可控標(biāo)簽進(jìn)軍信息安全市場(chǎng);展訊把購(gòu)買自ARM的Cortex A53和Mali的T720MP2集成得到的椒圖芯片打上了自主可控,、安全可信的標(biāo)簽,,搭載椒圖芯片的“安全手機(jī)”與央企單位達(dá)成供貨意向,后續(xù)還將面向國(guó)家眾多涉及安全的行業(yè)領(lǐng)域,、政企市場(chǎng)全面推廣,。

  而這些芯片技術(shù)架構(gòu)的來源,都是ARM,。

  ARM是誰ARM是英國(guó)的芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)提供商,。全世界超過95%的智能手機(jī)和平板電腦,都采用ARM的芯片技術(shù)結(jié)構(gòu),。

  雖然國(guó)內(nèi)一些芯片公司,,以自主可控旗號(hào)獲得國(guó)家項(xiàng)目和經(jīng)費(fèi),并打進(jìn)黨政軍市場(chǎng),,但實(shí)際上這些基于ARM技術(shù)授權(quán)的自主可控芯片,,距離真正的自主可控,仍有差距,。

  檢驗(yàn)是否自主可控,,有一條基本的標(biāo)準(zhǔn)——信息安全不受制于人,產(chǎn)業(yè)發(fā)展不受制于人。這就必須做到知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主可控,、能力水平自主可控,、發(fā)展自主可控、供應(yīng)鏈自主可控,、具備“國(guó)產(chǎn)”資質(zhì)、利潤(rùn)不受制于人,。

  而這6個(gè)方面,,恰恰是ARM陣營(yíng)IC(集成電路)設(shè)計(jì)公司需要奮力彌補(bǔ)的。

  知識(shí)產(chǎn)權(quán)受制于人

  國(guó)內(nèi)ARM陣營(yíng)的IC設(shè)計(jì)公司購(gòu)買的IP核授權(quán)并非永久性授權(quán),,其授權(quán)具有諸多限制性和期限性,。

  目前,ARM在國(guó)內(nèi)不開放ARM 32位的指令集授權(quán)(事實(shí)上,,基于ARM 32位指令系統(tǒng)的CPU芯片在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)世界占據(jù)了90%以上的份額,,因此ARM 為了獲得更多利益,也不會(huì)將32位指令集授權(quán)客戶了),。

  而在服務(wù)器領(lǐng)域,,由于迫切需要攻打競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手英特爾的地盤,ARM目前對(duì)國(guó)內(nèi)少數(shù)廠商開放了64位ARM V8服務(wù)器授權(quán),,且存在有效期,。

  可以想象,未來ARM一旦在服務(wù)器市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟,,對(duì)國(guó)內(nèi)廠商的服務(wù)器授權(quán)態(tài)度恐怕也將是另一番情景,。

  知識(shí)產(chǎn)權(quán)受制于人隱含著巨大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)——英特爾于2006年取消對(duì)威盛VIA的前端總線授權(quán),就對(duì)威盛公司造成了幾乎毀滅性的打擊;而最近制裁中興的事件中,,一旦制裁被認(rèn)真執(zhí)行,,美國(guó)和美國(guó)控制的ARM企業(yè)不再授權(quán)(ARM雖然是英國(guó)公司,但主要的研發(fā)中心在美國(guó)),,那就會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)ARM陣營(yíng)的IC設(shè)計(jì)公司造成巨大的沖擊,。

  能力水平受制于人

  CPU和操作系統(tǒng)一樣,都是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程,,即便獲得國(guó)外公司提供的全部源代碼,,但如果沒有設(shè)計(jì)文檔和吸收消化能力,也是很難吃透的,。

  如同操作系統(tǒng)一樣,,微軟早就號(hào)稱把所有Windows源代碼交給了中國(guó)政府審查備案,但即便如此,,中國(guó)還尚未掌握對(duì)Windows全部代碼的解讀吸收能力,,更何況ARM。

  熟悉IC設(shè)計(jì)的開發(fā)者應(yīng)該都知道,一個(gè)IP設(shè)計(jì)公司在對(duì)第三方提供其設(shè)計(jì)好的IP時(shí),,即便是較開放的軟核授權(quán),,也不會(huì)做到所有代碼可讀可修改,而是包裝了好多模塊,,其中有些可以配置,、有些可以修改,而在大部分模塊內(nèi)部都不可能進(jìn)行隨意修改,。

  除非能夠完全不依賴于ARM提供的公版核心,,從零開始就自己設(shè)計(jì)研發(fā),這方面比如國(guó)內(nèi)幾家老牌CPU廠商龍芯,、申威等,,從頭開始就采用自主開發(fā)微結(jié)構(gòu)的做法,雖然在性能和兼容性方面走了一些彎路,,但不存在能力水平不可控的問題,。

  如果長(zhǎng)期購(gòu)買ARM IP核授權(quán),而不自主設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu),,就會(huì)導(dǎo)致缺乏工程實(shí)踐能力,。畢竟實(shí)踐出真知,沒有獨(dú)立完成微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),,必然導(dǎo)致不具備獨(dú)立開發(fā)微結(jié)構(gòu)的能力,。

  而這也是中國(guó)近年來ARM芯片的年出貨量超過10億片,但沒有一片芯片的微結(jié)構(gòu)是國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)的根源!

  安全受制于人

  由于ARM微結(jié)構(gòu)不被國(guó)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(gòu)買ARM設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu),,所以基于ARM結(jié)構(gòu)的國(guó)產(chǎn)芯片的性能、功耗,、安全性都由ARM決定,,中國(guó)ARM陣營(yíng)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)還是第一點(diǎn),。

  發(fā)展權(quán)受制于人

  指令集是存在于CPU內(nèi)的程序,它用一些代碼表達(dá)讀,、寫等操作,讓計(jì)算機(jī)做各種運(yùn)算的一套命令標(biāo)準(zhǔn),,是芯片的重要組成部分,。

  在技術(shù)上,重新設(shè)計(jì)一套指令集的難度近乎于零,。美國(guó)也一度禁止將單獨(dú)的指令集申請(qǐng)為專利,,只有當(dāng)指令集與實(shí)現(xiàn)方法相結(jié)合的時(shí)候才被允許申請(qǐng)專利。

  但是指令集對(duì)IC設(shè)計(jì)的影響是不可忽視的,。比如,,當(dāng)年ARM“半殘疾式”的指令集就根本不可能設(shè)計(jì)出高性能芯片,隨著近年來ARM更新指令集,,以及購(gòu)買了MIPS 498條指令集授權(quán)后,,才使其能在高性能芯片領(lǐng)域一展拳腳。

  單純的指令集本身價(jià)值非常有限,,真正有價(jià)值的是圍繞指令集構(gòu)建的軟件生態(tài),、指令集的實(shí)現(xiàn)方法和自由擴(kuò)展指令集的權(quán)力。

  舉例來說,,華為購(gòu)買ARM指令集授權(quán),,但是不具備自主擴(kuò)展指令集的權(quán)力,只能局限在ARM所構(gòu)建的生態(tài)以及游戲規(guī)則里生存,。

  這種做法的好處是,,能夠獲得ARM產(chǎn)業(yè)生態(tài)長(zhǎng)期的支持,但問題也很明顯,,無法進(jìn)行更大程度的自主生態(tài)的建設(shè),。

  與之形成鮮明對(duì)比的是中國(guó)的龍芯。龍芯在獲得了MIPS公司的永久授權(quán)后開始自主擴(kuò)展指令集——loongISA有1907條,,源自MIPS的有527條,,其余指令都是龍芯自主擴(kuò)展的,。

  由于自建生態(tài),龍芯在軟件層面就需要自行投入更多的力量進(jìn)行優(yōu)化支持,。但長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,,好處很明顯——能夠真正引領(lǐng)自身產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展,甚至主導(dǎo)開源社區(qū)的發(fā)展權(quán),。

  而購(gòu)買ARM指令集授權(quán)只能是ARM賣什么,,你用什么。

  利潤(rùn)受制于人

  由于在ARM體系中,,“每個(gè)環(huán)節(jié)做什么”,、“有多少利潤(rùn)”在AA(ARM芯片+安卓系統(tǒng))體系中已經(jīng)形成潛規(guī)則,國(guó)內(nèi)ARM陣營(yíng)廠商基本淪為AA體系的“馬仔”,。

  如果是購(gòu)買ARM指令集授權(quán),,不僅價(jià)格成本昂貴,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;每次以什么價(jià)格授權(quán),,ARM說了算;如果是購(gòu)買IP核授權(quán),,除了一筆不菲的授權(quán)費(fèi)外,每生產(chǎn)一片芯片還需繳納專利費(fèi),。

  這也是為什么中國(guó)ARM芯片年出貨量超過10億片,,但產(chǎn)業(yè)依舊不賺錢的原因。

  反觀在ARM陣營(yíng)里真正混得好的,,諸如高通,、蘋果、三星,、華為等公司,,很多都不是或不完全依賴于在市場(chǎng)上直接出售芯片賺錢。

  高通在2014年憑借專利業(yè)務(wù)獲得利潤(rùn)66億美元,,芯片業(yè)務(wù)賺取利潤(rùn)38億美元,,近60%營(yíng)業(yè)利益來自于技術(shù)授權(quán)費(fèi),總利潤(rùn)將近一半源自中國(guó)市場(chǎng),。

  高通芯片業(yè)務(wù)38億美元的利潤(rùn)更多的是依賴于市場(chǎng)份額巨大的因素,,但利潤(rùn)的主要來源是高通稅、專利授權(quán)費(fèi)等方面的盈利,。而2015年被中國(guó)國(guó)家發(fā)改委反壟斷后,,新版專利授權(quán)協(xié)議給了大陸手機(jī)廠商更大的自由度,談判難度大幅提升,,直接導(dǎo)致至今依然有不少大陸手機(jī)廠商尚未與高通簽約,,專利費(fèi)懸空未繳,,高通2015年3季度凈利潤(rùn)銳減44%。

  蘋果,、華為都采用垂直整合模式,,自家的手機(jī)芯片不外賣,自產(chǎn)自銷過日子,,芯片價(jià)格內(nèi)部定價(jià),,依靠自家手機(jī)的高溢價(jià)獲得利潤(rùn)為芯片業(yè)務(wù)留足利潤(rùn)空間。

  三星也是如此,,除了出售給某國(guó)產(chǎn)手機(jī)少量芯片外,,基本上都是依靠垂直整合模式自產(chǎn)自銷,依靠自家手機(jī)的高溢價(jià)為芯片部門預(yù)留利潤(rùn),,而非在市場(chǎng)上直接出售芯片,。

  供應(yīng)鏈?zhǔn)苤朴谌?/p>

  國(guó)內(nèi)ARM陣營(yíng)IC設(shè)計(jì)公司在供應(yīng)鏈上嚴(yán)重依賴境外公司。比如,,華為海思麒麟910等相關(guān)芯片全部依賴臺(tái)積電工藝;華為16納米制程16核ARM公版微結(jié)構(gòu)服務(wù)器芯片也依賴臺(tái)積電工藝;飛騰1500A也依賴境外工藝,。

  與此形成鮮明對(duì)比的是,龍芯3A2000和3B2000雖可以采用境內(nèi)工藝流片,。但龍芯目前在國(guó)內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)的現(xiàn)狀也有目共睹。

  ARM獲得“自主可控”身份意味著什么?

  隨著國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全和自主可控等規(guī)劃和戰(zhàn)略的出臺(tái),,國(guó)內(nèi)的IT自主廠商也終于迎來了蓬勃發(fā)展的春天,。

  而在中國(guó)希望重新制定IT產(chǎn)業(yè)游戲規(guī)則的時(shí)候,國(guó)外的IT企業(yè)開始模仿類似ARM所采取的“開放授權(quán)”的障眼法,,紛紛通過技術(shù)授權(quán)及合資策略成立本土化公司,,企圖穿上國(guó)產(chǎn)“自主可控”的合法化馬甲。

  比如,,目前IBM通過OpenPower聯(lián)盟授權(quán)在國(guó)內(nèi)成立了中晟宏芯CPU企業(yè);微軟推出中國(guó)政府專用版本的windows10,,并在中國(guó)成立合資公司進(jìn)行銷售;IBM的informix數(shù)據(jù)庫也已通過開放授權(quán)方式代理給了國(guó)內(nèi)幾家數(shù)據(jù)庫廠商。

  亂花漸入迷人眼,。CPU,、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等產(chǎn)品作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性產(chǎn)品,,其自主可控的重要性不言而喻,。

  但從目前情況看,如采用ARM技術(shù)授權(quán)的廠商在國(guó)內(nèi)儼然已被貼上了自主可控的標(biāo)簽,,堂而皇之地進(jìn)軍黨政軍市場(chǎng),。

  如果國(guó)家沒有對(duì)自主可控身份的清晰認(rèn)定,那么接下來,,ARM芯片就可能變身國(guó)產(chǎn)自主CPU,、微軟Windows10就可能變身國(guó)產(chǎn)自主操作系統(tǒng),、IBM informix就可能變身國(guó)產(chǎn)自主數(shù)據(jù)庫。


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