要做到真正的芯片自主，我們?nèi)绾嗡Φ鬉RM？

近年來，在國家大力扶持集成電路產(chǎn)業(yè)的背景下，國內(nèi)從事高性能 CPU 設(shè)計的單位或公司數(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)。

比如飛騰在和中國電子合作后，將購買自 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;展訊把購買自 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)還將面向國家眾多涉及安全的行業(yè)領(lǐng)域、政企市場全面推廣。

而這些芯片技術(shù)架構(gòu)的來源，都是 ARM。

ARM 是誰?ARM 是英國的芯片知識產(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)。

雖然國內(nèi)一些芯片公司，以自主可控旗號獲得國家項目和經(jīng)費(fèi)，并打進(jìn)黨政軍市場，但實際上這些基于 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“國產(chǎn)”資質(zhì)、利潤不受制于人。

而這 6 個方面，恰恰是 ARM 陣營 IC(集成電路)設(shè)計公司需要奮力彌補(bǔ)的。

1. 知識產(chǎn)權(quán)受制于人

國內(nèi) ARM 陣營的 IC 設(shè)計公司購買的 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 在國內(nèi)不開放 ARM 32 位的指令集授權(quán)(事實上，基于 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%以上的份額，因此 ARM 為了獲得更多利益，也不會將 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爭對手英特爾的地盤，ARM 目前對國內(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)器市場站穩(wěn)腳跟，對國內(nèi)廠商的服務(wù)器授權(quán)態(tài)度恐怕也將是另一番情景。

知識產(chǎn)權(quán)受制于人隱含著巨大的技術(shù)風(fēng)險——英特爾于 2006 年取消對威盛 VIA 的前端總線授權(quán)，就對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，美國和美國控制的 ARM 企業(yè)不再授權(quán)(ARM 雖然是英國公司，但主要的研發(fā)中心在美國)，那就會對國內(nèi) ARM 陣營的 IC 設(shè)計公司造成巨大的沖擊。

2. 能力水平受制于人

CPU 和操作系統(tǒng)一樣，都是一項非常復(fù)雜的工程，即便獲得國外公司提供的全部源代碼，但如果沒有設(shè)計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，微軟早就號稱把所有 Windows 源代碼交給了中國政府審查備案，但即便如此，中國還尚未掌握對 Windows 全部代碼的解讀吸收能力，更何況 ARM。

熟悉 IC 設(shè)計的開發(fā)者應(yīng)該都知道，一個 IP 設(shè)計公司在對第三方提供其設(shè)計好的 IP 時，即便是較開放的軟核授權(quán)，也不會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)計研發(fā)，這方面比如國內(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。

如果長期購買 ARM IP 核授權(quán)，而不自主設(shè)計微結(jié)構(gòu)，就會導(dǎo)致缺乏工程實踐能力。畢竟實踐出真知，沒有獨(dú)立完成微結(jié)構(gòu)的設(shè)計，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)是國內(nèi)自主設(shè)計的根源!

3. 安全受制于人

由于 ARM 微結(jié)構(gòu)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，其實是將 2、4、8 個微結(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)計方面，在 ARM 留有的冗余范圍內(nèi)，將主頻定得高一點還是第一點。

4. 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)計一套指令集的難度近乎于零。美國也一度禁止將單獨(dú)的指令集申請為專利，只有當(dāng)指令集與實現(xiàn)方法相結(jié)合的時候才被允許申請專利。

但是指令集對 IC 設(shè)計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)計出高性能芯片，隨著近年來 ARM 更新指令集，以及購買了 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值非常有限，真正有價值的是圍繞指令集構(gòu)建的軟件生態(tài)、指令集的實現(xiàn)方法和自由擴(kuò)展指令集的權(quán)力。

舉例來說，華為購買 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)。

與之形成鮮明對比的是中國的龍芯。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)。

而購買 ARM 指令集授權(quán)只能是 ARM 賣什么，你用什么。

5. 利潤受制于人

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

如果是購買 ARM 指令集授權(quán)，不僅價格成本昂貴，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;每次以什么價格授權(quán)，ARM 說了算;如果是購買 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 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 66 億美元，芯片業(yè)務(wù)賺取利潤 38 億美元，近 60%營業(yè)利益來自于技術(shù)授權(quán)費(fèi)，總利潤將近一半源自中國市場。

高通芯片業(yè)務(wù) 38 億美元的利潤更多的是依賴于市場份額巨大的因素，但利潤的主要來源是高通稅、專利授權(quán)費(fèi)等方面的盈利。而 2015 年被中國國家發(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，芯片價格內(nèi)部定價，依靠自家手機(jī)的高溢價獲得利潤為芯片業(yè)務(wù)留足利潤空間。

三星也是如此，除了出售給某國產(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)的高溢價為芯片部門預(yù)留利潤，而非在市場上直接出售芯片。

6. 供應(yīng)鏈?zhǔn)苤朴谌?/strong>