下面我們不妨從根源出發(fā),來(lái)比較分析一下,看看哪條路線(xiàn)最適合、有利于中國(guó)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。
幾十年來(lái),ARM公司一直是芯片架構(gòu)開(kāi)發(fā)的領(lǐng)軍者,專(zhuān)注于ARM指令集架構(gòu)和處理器內(nèi)核設(shè)計(jì)。這家成立于1990年,總部位于英國(guó)劍橋的企業(yè)在2016年9月被日本電信巨頭軟銀(Softbank)收購(gòu)。ARM的商業(yè)模式很獨(dú)特,它自身不向市場(chǎng)出售成品芯片,而是將其研發(fā)的指令集架構(gòu)和處理器IP內(nèi)核技術(shù)授權(quán)給芯片設(shè)計(jì)公司使用,并收取一次性的許可費(fèi)和按芯片銷(xiāo)售量計(jì)算的版稅。2021年,全球范圍內(nèi)使用ARM技術(shù)的芯片出貨量已高達(dá)292億顆,公司營(yíng)收27億美元。
ARM的授權(quán)許可主要有兩種:架構(gòu)許可協(xié)議(Architecture License Agreement,ALA)和技術(shù)許可協(xié)議(Technology License Agreement,TLA)。其中ALA允許客戶(hù)基于ARM的指令集架構(gòu)來(lái)自行定制設(shè)計(jì)處理器IP核,比如蘋(píng)果的芯片;TLA允許客戶(hù)直接購(gòu)買(mǎi)ARM設(shè)計(jì)好的IP核來(lái)用,并可在上面做少量修改,如高通的驍龍系列芯片。相比較,TLA收費(fèi)要比ALA高。
目前,已有超過(guò)100家公司與ARM簽訂了許可協(xié)議,包括高通、三星、蘋(píng)果、華為、飛騰、聯(lián)發(fā)科等。
ARM的這一商業(yè)模式可以幫助眾多芯片設(shè)計(jì)公司降低技術(shù)門(mén)檻,縮短研發(fā)周期,快速上市高性能CPU,并共享ARM的生態(tài)。比如2019年華為推出的麒麟990系列手機(jī)芯片就是基于ARM 在2018年發(fā)布的Cortex-A76核,前后相差僅一年左右的時(shí)間。而如果要從零自己開(kāi)始迭代開(kāi)發(fā)一款A(yù)76級(jí)別的CPU核,預(yù)計(jì)要8-10年時(shí)間。
因此,對(duì)于國(guó)內(nèi)做ARM芯片的企業(yè)而言,只要能夠買(mǎi)到ARM最新的IP核,再把后端設(shè)計(jì)委托給臺(tái)灣世芯這類(lèi)企業(yè),然后找臺(tái)積電等晶圓廠(chǎng)代工,就能在技術(shù)儲(chǔ)備不足的情況下,短平快地開(kāi)發(fā)出一款A(yù)RM CPU。據(jù)媒體報(bào)道,臺(tái)灣世芯公司就曾為飛騰PC與服務(wù)器CPU產(chǎn)品提供ASIC設(shè)計(jì)服務(wù),2020年飛騰為世芯貢獻(xiàn)了約39%的營(yíng)業(yè)收入。
目前,在國(guó)內(nèi)的PC和服務(wù)器領(lǐng)域,國(guó)產(chǎn)ARM CPU主要有三類(lèi)玩家:自產(chǎn)自用型、政策紅利型和純商業(yè)型。
第一類(lèi)以阿里倚天710為代表,與國(guó)外蘋(píng)果、亞馬遜、谷歌等企業(yè)的做法類(lèi)似,自研ARM芯片主要是為了滿(mǎn)足自身業(yè)務(wù)需求,不直接對(duì)外公開(kāi)銷(xiāo)售。
第二類(lèi)是政策紅利型,以華為、飛騰為代表,通過(guò)將ARM芯片包裝成自主CPU并設(shè)法拿到信創(chuàng)牌照,以黨政國(guó)企事業(yè)單位為主打市場(chǎng)。
第三類(lèi)是純商業(yè)型的IC設(shè)計(jì)公司,如成立于2021年的初創(chuàng)企業(yè)啟靈芯,試圖在商用市場(chǎng)上用ARM CPU來(lái)替代x86芯片。
對(duì)于上述后兩類(lèi)國(guó)產(chǎn)ARM芯片而言,近兩年的發(fā)展正陷入越來(lái)越大的困境。一方面在商用市場(chǎng)上,過(guò)去十年來(lái),ARM服務(wù)器CPU一直不慍不火,曾一度染指這一品類(lèi)的AMD、高通等大廠(chǎng)都已相繼退出,凱為/美滿(mǎn)電子在堅(jiān)持了一陣后也開(kāi)始裁員,國(guó)內(nèi)的華芯通更是直接關(guān)門(mén)大吉,就在今年8月,成立不到一年的初創(chuàng)企業(yè)啟靈芯也宣告停止運(yùn)營(yíng)。
另一方面,在政策引導(dǎo)性比較強(qiáng)的信創(chuàng)市場(chǎng),業(yè)界對(duì)于華為、飛騰等國(guó)產(chǎn)ARM芯片的自主性的質(zhì)疑也越來(lái)越大。特別是受美國(guó)禁令影響導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)遲遲拿不到AMR最新架構(gòu)授權(quán),俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)后英國(guó)直接制裁俄羅斯ARM芯片企業(yè),ARM公司起訴高通侵犯其知識(shí)產(chǎn)權(quán)等一系列事件的發(fā)生,使得華為等國(guó)產(chǎn)ARM芯片能否實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新,能否持續(xù)發(fā)展下去,都成了一個(gè)又一個(gè)的大問(wèn)號(hào)。
(一)中國(guó)芯片企業(yè)至今沒(méi)拿到Armv9的最新許可
這樣一款如此重要的里程碑式架構(gòu)技術(shù),由于受美國(guó)禁令的影響,國(guó)內(nèi)ARM芯片公司能否順利買(mǎi)到、何時(shí)能買(mǎi)到、以多大代價(jià)買(mǎi)到Armv9架構(gòu)授權(quán),卻仍是未知數(shù)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露,Armv9已發(fā)布一年多時(shí)間,至今還沒(méi)有一家中國(guó)企業(yè)拿到授權(quán)許可。
設(shè)想一下,如果華為等遲遲不能獲取Armv9授權(quán),只能在Armv8這樣一個(gè)十年前的老舊版本上做芯片,勢(shì)必會(huì)影響國(guó)產(chǎn)ARM芯片的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,前期的巨大投資成本也無(wú)法通過(guò)產(chǎn)品迭代升級(jí)來(lái)分?jǐn)偂>退闳A為有能力Armv8上自行實(shí)現(xiàn)一些Armv9的新指令或功能,如果沒(méi)有事先得到ARM的同意,也勢(shì)必會(huì)造成侵權(quán)。
退一萬(wàn)步講,即便華為這次僥幸花費(fèi)巨資買(mǎi)到了Armv9授權(quán),可又如何保證在日趨復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)下,未來(lái)能一直買(mǎi)到v10、v11、v12…的授權(quán)。從這個(gè)意義上講,在信創(chuàng)領(lǐng)域,華為等ARM芯片所標(biāo)榜的“自主性”已很難站住腳,“核心技術(shù)是要不來(lái)、買(mǎi)不來(lái)、討不來(lái)的”已經(jīng)成為廣泛共識(shí)。
(二)英國(guó)制裁俄羅斯ARM芯片企業(yè)的警示
今年5月,由于俄烏戰(zhàn)爭(zhēng),英國(guó)政府禁止俄羅斯企業(yè)獲取ARM架構(gòu)授權(quán),將俄兩大處理器開(kāi)發(fā)商貝加爾電子(Baikal Electronics)和MCST列入制裁名單,除凍結(jié)其資產(chǎn)外,還禁止ARM公司對(duì)俄羅斯提供技術(shù)服務(wù)。其中,貝加爾電子之前是基于MIPS指令集進(jìn)行芯片設(shè)計(jì),近幾年來(lái)已全面轉(zhuǎn)向ARM架構(gòu)。
ARM斷供已直接導(dǎo)致該公司正在開(kāi)發(fā)的Baikal-M2、Baikal-L、Baikal-S2系列處理器被迫中止。俄羅斯媒體評(píng)論說(shuō),該公司將不得不更換新的處理器架構(gòu)或者轉(zhuǎn)向RISC-V等開(kāi)源架構(gòu),而這預(yù)計(jì)需要至少兩到三年的時(shí)間,以及高達(dá)10億盧布的研發(fā)支出。
作為一家總部在英國(guó)的日本財(cái)團(tuán)控股企業(yè),ARM公司不得不聽(tīng)令于英國(guó)政府,對(duì)俄羅斯芯片企業(yè)進(jìn)行斷供,這不能不讓中國(guó)人警醒——特別是考慮到當(dāng)前我國(guó)諸多關(guān)系國(guó)計(jì)民生的核心場(chǎng)景都已經(jīng)大量安裝使用了華為鯤鵬等國(guó)產(chǎn)ARM芯片。
(三)ARM公司對(duì)許可授予和終止有非常大的自由裁量權(quán)
如果說(shuō)英國(guó)制裁俄企是基于國(guó)際地緣政治,那么ARM起訴高通則是因?yàn)槌嗦懵愕纳虡I(yè)利益。
2019年9月,ARM公司曾向芯片設(shè)計(jì)公司Nuvia授予了ALA和TLA許可。2021年1月,高通宣布以14億美元收購(gòu)Nuvia,這意味著收購(gòu)?fù)瓿珊蟾咄▽⒏鶕?jù)ALA許可為Nuvia開(kāi)發(fā)的CPU向ARM支付版稅,而不是按照TLA支付較高的費(fèi)用,這引起了ARM的極大不滿(mǎn)。
2022年2月,ARM致函Nuvia和高通,宣布終止對(duì)Nuvia的授權(quán)許可。8月底,ARM以高通違約導(dǎo)致ARM遭受無(wú)法彌補(bǔ)的巨大損失為由,在美國(guó)特拉華州的地區(qū)法院提起訴訟,主張Nuvia在芯片設(shè)計(jì)中使用ARM的專(zhuān)利設(shè)計(jì),這些設(shè)計(jì)在未經(jīng)許可的情況下不得轉(zhuǎn)讓給高通使用。
為了獲得ARM的同意,高通必須:(I) 將Nuvia的許可證中高得多的專(zhuān)利費(fèi)并入高通現(xiàn)有的許可證中;(ii) 限制高通員工參與高通定制 CPU 設(shè)計(jì)的能力,因此任何有權(quán)訪(fǎng)問(wèn)ARM機(jī)密信息的個(gè)人至少要等三年才能參與高通的“任何架構(gòu) CPU 設(shè)計(jì)”;(iii)討論并決定與該 CPU 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)讓相關(guān)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)讓費(fèi);(iv)為實(shí)施知識(shí)產(chǎn)權(quán)和軟件工具簽訂單獨(dú)的許可證,這將包括另一筆未披露的“設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)讓費(fèi)”。
根據(jù)高通公開(kāi)的訴訟材料,高通從2025年起將無(wú)法繼續(xù)提供ARM架構(gòu)的芯片,因?yàn)槠銩RM許可證協(xié)議將在2024年終止。上述例子表明,ARM對(duì)授權(quán)的授予和終止有著非常大的自由裁量權(quán),對(duì)于NUVIA這樣的小公司,ARM可以單方面直接終止與其許可,對(duì)于高通這樣的大企業(yè),ARM也能在授權(quán)到期后以直接斷供進(jìn)行相要挾,以獲取更大的商業(yè)利益。
誰(shuí)敢保證,華為、飛騰等 國(guó)產(chǎn)ARM芯片企業(yè)在與ARM公司打交道過(guò)程中,日后不會(huì)面臨與高通類(lèi)似的“陷阱”或糾紛?
(四)ARM的新規(guī)則將剝奪芯片企業(yè)自主發(fā)展權(quán)
據(jù)SemiAnalysis報(bào)道,高通最新的訴訟文件還顯示,ARM可能會(huì)改變其授權(quán)模式,更改IP條款,2024年后基于ARM公版CPU的SoC,不可以使用外部GPU、NPU或ISP。換言之,從2025年開(kāi)始,如果還想使用ARM公版CPU的話(huà),那就必須搭配使用ARM的公版GPU、NPU以及ISP。
這一做法對(duì)于各大使用ARM公版CPU的設(shè)計(jì)公司來(lái)說(shuō),無(wú)疑是一個(gè)巨大打擊,它將嚴(yán)重扼殺IC公司的自主設(shè)計(jì)能力,使這些公司自主開(kāi)發(fā)的GPU、NPU、ISP等模塊失去搭載平臺(tái)而被市場(chǎng)淘汰。消息一出,立馬引發(fā)軒然大波,其中以高通、三星、聯(lián)發(fā)科反應(yīng)尤甚。
(五)ARM不允許芯片廠(chǎng)商私自擴(kuò)展指令集
歷史上,MIPS生態(tài)的衰亡,有一個(gè)很重要的原因是生態(tài)割裂——不同的CPU、不同的主板,操作系統(tǒng)和軟件都可能不通用,導(dǎo)致每家公司要做自己的生態(tài)積累,無(wú)法形成合力。
為了避免重蹈MIPS的覆轍,ARM在向其他公司授權(quán)指令集架構(gòu)和IP時(shí),不允許其它公司修改和擴(kuò)展其指令集,以確保應(yīng)用軟件的統(tǒng)一兼容性,僅有部分嵌入式CPU的IP允許通過(guò)掛載dsp等形式擴(kuò)展功能。因此,這一舉措使得華為等國(guó)內(nèi)ARM廠(chǎng)商無(wú)法主動(dòng)基于ARM擴(kuò)展自己的指令,并形成獨(dú)立自主的軟件生態(tài)體系。
(六)ARM能對(duì)整機(jī)廠(chǎng)商進(jìn)行“長(zhǎng)臂管轄”
根據(jù)高通對(duì)ARM的反訴材料,ARM還在試圖繞過(guò)高通,對(duì)采用高通芯片的OEM整機(jī)廠(chǎng)商進(jìn)行施壓,相關(guān)舉措包括:要求OEM廠(chǎng)商接受ARM的新直接許可,并根據(jù)產(chǎn)品銷(xiāo)售情況支付專(zhuān)利費(fèi),否則從2025年開(kāi)始無(wú)法獲得ARM兼容的芯片。
這一點(diǎn)對(duì)中國(guó)ARM CPU和整機(jī)企業(yè)的警示在于:ARM不僅可以終止芯片架構(gòu)或IP授權(quán),也可以改變其商業(yè)模式,即繞過(guò)芯片廠(chǎng)商直接施壓終端廠(chǎng)商,脅迫終端廠(chǎng)商不得使用特定品牌的ARM CPU。
可見(jiàn),盡管華為、飛騰已經(jīng)將ARM芯片包裝成自研國(guó)產(chǎn)芯片打入信創(chuàng)市場(chǎng),但最近這兩年的一系列事實(shí)情況證明,基于ARM授權(quán)模式來(lái)發(fā)展國(guó)產(chǎn)芯片,必定會(huì)受制于人,根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)自主可控。國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)ARM技術(shù)發(fā)展和商業(yè)模式不可能有話(huà)語(yǔ)權(quán),無(wú)法掌握底層的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),只能被動(dòng)地跟隨,只知道今天能做,卻不知道明天還能不能做。
走ARM路線(xiàn),不可能幫助中國(guó)構(gòu)建起自主可控的信息技術(shù)體系,在復(fù)雜多變的國(guó)際形勢(shì)下,還會(huì)帶來(lái)巨大的產(chǎn)業(yè)安全隱患,包括:被隨意中止授權(quán),被斷供新版本架構(gòu)或IP,被禁止擴(kuò)展自定義指令集或陷入法律訴訟,終端設(shè)備廠(chǎng)商被斷供打壓等等。
國(guó)產(chǎn)ARM芯片陷入的尷尬困境使得國(guó)內(nèi)一些有識(shí)之士開(kāi)始尋找新的出路。譬如在倪光南院士呼吁下,國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始聚焦開(kāi)源指令集RISC-V。在阿里、中科院計(jì)算所等機(jī)構(gòu)的努力之下,我們?cè)赗ISC-V架構(gòu)芯片領(lǐng)域已取得了進(jìn)展并且掌握了理事會(huì)的話(huà)語(yǔ)權(quán)。
但是,目前RISC-V雖然概念火熱,但商業(yè)模式還尚未清晰,在PC和服務(wù)器CPU領(lǐng)域離真正的產(chǎn)業(yè)落地應(yīng)用還較遠(yuǎn)。更重要的是,無(wú)論如何,RISC-V只是一個(gè)依靠開(kāi)源合約約束的指令集,在美政國(guó)政府的法令面前極度脆弱。一旦美國(guó)政府發(fā)難,很難說(shuō)能否獨(dú)善其身。
與ARM授權(quán)模式和RISC-V開(kāi)源模式都不同,龍芯選擇了一條徹底的完全自主的新路,即從自主指令集做起,逐步構(gòu)建起完全獨(dú)立自主的信息技術(shù)體系。
其實(shí)在2021年之前,龍芯也和其他CPU一樣,兼容國(guó)外的指令集架構(gòu),即基于MIPS架構(gòu)設(shè)計(jì)CPU,后來(lái)又以MIPS為基礎(chǔ)擴(kuò)展出了LoongISA架構(gòu)。
但到2019年,胡偉武意識(shí)到這終究不是長(zhǎng)久之計(jì),在其領(lǐng)導(dǎo)下,龍芯毅然決然地拋棄了MIPS架構(gòu),開(kāi)始設(shè)計(jì)完全自主的新指令集。2021年4月,龍芯正式發(fā)布自主指令系統(tǒng)架構(gòu)LoongArch,中文稱(chēng)“龍架構(gòu)”。
在龍芯中科董事長(zhǎng)胡偉武看來(lái),不論是x86、ARM、RISC-V,還是龍芯此前采用的MISP,都是外國(guó)的指令集架構(gòu),特別是在美國(guó)對(duì)華貿(mào)易戰(zhàn)、科技戰(zhàn)背景之下,都存在著不可控的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是對(duì)于自主可控要求更高的信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō),如果采用基于國(guó)外指令集架構(gòu)的CPU,將難以改變核心技術(shù)受制于人的局面。
他曾談到,“指令系統(tǒng)、基礎(chǔ)工業(yè)(工藝材料和設(shè)備)是信息產(chǎn)業(yè)的兩個(gè)最重要基石。基于國(guó)外指令系統(tǒng)的信息產(chǎn)業(yè)支撐不了中華民族偉大復(fù)興。我們中國(guó)人也可以用國(guó)外的指令系統(tǒng)做產(chǎn)品,但是我們不能指望用國(guó)外的指令系統(tǒng)來(lái)做自己的生態(tài)。做跟班是可以的,想超越是不行的。我們需要克服奴才心態(tài),做自己的指令系統(tǒng)。”
就在11月16日的信息技術(shù)自主創(chuàng)新高峰論壇上,胡偉武發(fā)表《龍架構(gòu)軟件生態(tài)建設(shè)》主題演講。他談到,今天龍芯CPU已經(jīng)成為了自主性最強(qiáng)的國(guó)產(chǎn)芯片,而且經(jīng)過(guò)20多年的自主研發(fā),也已經(jīng)完成CPU性能上的“補(bǔ)課”,龍芯3A5000在相同工藝下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單核性能最高。
在接下來(lái)的2-3年里,龍芯要把自主研發(fā)的優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為性?xún)r(jià)比和軟件生態(tài)優(yōu)勢(shì),在開(kāi)放市場(chǎng)上與ARM、X86芯片展開(kāi)性?xún)r(jià)比競(jìng)爭(zhēng),目標(biāo)是在2025年基本建成LoongArch軟件生態(tài)體系。