九大晶片巨頭的 RISC-V 陰謀:大哥卡對手脖子,二哥要另立門戶

作者 | 發布日期 2022 年 02 月 07 日 8:15 | 分類 IC 設計 , 晶片 Telegram share ! follow us in feedly


晶片業者眼中,RISC-V 無疑是繼 x86 和 Arm 之後,第三大 CPU 指令集陣營。投奔 RISC-V 對有些晶片巨頭而言,無異蘋果和微軟拋夫棄子投入 Android 懷抱;也猶如 Nokia 早早離開「養子 Symbian」和「繼父 Windows」,選擇其他操作系統。

小公司才談對錯,大公司只考慮利益。過去幾十年,晶片巨頭靠 x86 和 Arm 賺得盆滿缽滿,自然形成能左右企業決策的強勢部門和合作夥伴。原有利益鏈捆綁下,企業難轉型,更無法對多年戰略夥伴背信忘義。要推動新模式無論內部阻力或外部壓力都超大。

因此 RISC-V 發展十年來,即便無數專家驗證 RISC-V 的先進性,但巨頭在內外利弊和高昂替換成本面前,或跟風觀望、或猶豫不決、或單刀直入、或淺嚐輒止。但有點無比確定,新陣營稱王時,便是先帝權衡好原有利益衝突、從容布兵 RISC-V 之際,也可能是舊勢力被新秀連根拔起的時刻。

先帝和新秀,誰最有可能成為新革命引領者?利用 RISC-V 省錢和賺錢的路上,還會遇到哪些阻礙?

開源 RISC-V,需要帶頭者

業界有共識:開源 RISC-V 帶來新的商業模式。

傳統上,企業想做積體電路產品,需選擇供應商,供應商與指令集架構、軟體生態深度綁定,一旦做好選擇便難更改。倘若切換使用 RISC-V,開源 RISC-V 沒有深度綁定,因此會有成百上千家供應商任君挑選,且能靈活換成其他供應商。

「從供應鏈安全角度看,RISC-V 開啟完全不一樣的模式。可預測購買晶片的大客戶將逐步轉向 RISC-V。」中國科學院軟體研究所 PLCT 實驗室項目總監吳偉說。不過開源視為 RISC-V 最大優勢時,也逐漸成為 RISC-V 發展高性能 CPU 的阻礙。

RISC-V 中國積極推廣者郭雄飛表示,想做基於 RISC-V 的高性能處理器,必須靠大公司推動。「只有大公司才能不計成本,承擔多年業務虧損持續研發 RISC-V 高性能 CPU。」這意味 RISC-V 帶頭者將會從有多年行動端 CPU、桌面端 CPU 或伺服器 CPU 設計經驗的大公司誕生。

問題在於無法獨享 RISC-V,有誰願意不計成本為 RISC-V 產業貢獻力量?

架構主導者切入,打壓競爭對手的工具

x86 絕對控制者英特爾的 Plan B

對其他架構主導者而言,RISC-V 是打壓競爭對手的工具,也是保證供應鏈安全的提前布局。1978 年英特爾創造 x86 指令集,並擁有絕對控制權,長期占據一半以上 PC 處理器市場和 95% 以上伺服器 CPU 市場。

(Source:shutterstock)

x86 漫長的成長歷程,平均每個月增加約 3 條指令,從最初只有漢堡和飲料的小套餐,到有薯條、冰淇淋、牛排、紅酒等食物種類豐富的大餐,用餐者可找到吃過的任何東西,但每次用餐費用也越貴。x86 維護向下相容的過程不斷擴展,為晶片開發商帶來不少麻煩,同樣也讓英特爾在 PC 和伺服器領域面對 Arm 的威脅,不得不制定 Plan B。

2018 年 5 月,英特爾參與 RISC-V 處理器 IP 廠商 SiFive 的 C 輪融資。

2021 年 6 月,英特爾擬以 20 億美元收購 RISC-V 的消息傳出,最終破局

擁有 20 餘年半導體工作經驗的業者用皮包比喻三種指令集架構,即 x86 好比 LV、愛馬仕等奢侈品牌,Arm 類似輕奢包,RISC-V 為平價包。「英特爾為奢侈品牌,與其和輕奢品牌爭奪市場,不如自己建皮包工廠,賣幾百塊平價包,既能賺錢對自家品牌損害又小。」

皮包工廠是指 2021 年 3 月,英特爾新任 CEO Pat Gelsinger 宣布英特爾 IDM 2.0 戰略轉型,即改變以往 IDM 模式,開放一部分晶圓代工廠為其他公司製造晶片,一來充分利用英特爾閒置產能,二來緩解全球晶片短缺壓力。但同時英特爾又不得不與客戶一起捲入「權力遊戲」──與同類高階晶片爭奪產能時是否會優先給自家?昂貴的 IP 價格是否勸退部分客戶?

擁有優先選擇權的英特爾,也面臨一開始就會失去部分客戶的風險,入局 RISC-V 成為英特爾升級 IDM 2.0 的有效途徑。「英特爾想做代工生意,代工 SoC 最賺錢,SoC 中 CPU 又最賺錢。」業者解釋。台積電最新財報側面印證這點,數據顯示 2021 財年第四季 5 奈米和 7 奈米製程晶圓占營收 50%,智慧手機占總收入 44%,智慧手機要用到如此先進製程晶片的,CPU 首當其衝。

雖然英特爾收購 SiFive 消息只是虛晃一招,但另外業界人士透露,SiFive 公司的原英特爾成員已全部被 Pat Gelsinger 召回,看來英特爾入局 RISC-V 的決心很大。

蘋果、高通以備不時之需

與英特爾主導 x86 指令集架構不同,Arm 雖然主導 Arm 架構升級,但不參與晶片設計和銷售,只做 IP 核心生意。雖然半導體業公認「賣 IP 不賺錢」,但這誕生於體系日益龐大的半導體產業鏈的新型商業模式,一方面保持 Arm 獨立性,推動 Arm 營收穩定增長,另一方面也給其他晶片設計公司公平競爭的機會。

1997 年,Arm 9 問世並進入智慧手機處理器,發展到今天,蘋果和高通幾乎成為 Arm 架構主導者自研 Arm 晶片──蘋果從行動裝置往 PC 端發展且自產自銷,後者自研手機晶片銷售全球終端廠商,幾乎涵蓋每家手機品牌。

蘋果雖然從不對外販售自研晶片,但一直引領 Arm 架構發展,M1 晶片的成功也首次向業界證明依據 Arm 指令集架構設計 PC 處理器的可行性。

(Source:蘋果

有獨立 Arm 當靠山,即便沒有自己的指令集架構,蘋果和高通也無需多慮。但情況 2020 年 9 月甚至更早之前開始改變。

2020 年 9 月,輝達(NVIDIA)宣布擬以 400 億美元收購 Arm,並承諾 Arm 為獨立子公司運行,採用「客戶中立」和「開放許可」模式。Arm 聯合創始人赫爾曼·豪澤(Hermann Hauser)評價,對劍橋、英國和歐洲來說是絕對的災難,輝達將摧毀 Arm 的商業模式,對 500 多家公司有不良影響。

「獨立性是 Arm 安身立命的關鍵,但從軟銀收購 Arm 那一刻起,Arm 的獨立性就消失了。」郭雄飛看來,Arm 的獨立性更早就沒了。

再看高通和蘋果對 RISC-V 的態度。

和英特爾一樣,高通也是 SiFive 的重要投資方,前 CEO Paul Jacobs 和前 CTO Matt Grob 於 2021 年 1 月共同加入某 5G 新創公司,並推出業界首個基於 RISC-V 架構開發且可編程的 5G 平台。2021 年 9 月,蘋果也曝光正在招募 RISC-V 工程師,業界猜測,蘋果可能正在找 Arm 開源架構的替代品。

「蘋果戰略看,想擺脫 Arm 的風險,未來五年甚至更久,沒有比 RISC-V 更好的選擇,其他指令集已經落後,RISC-V 是蘋果最好的選擇。」郭雄飛說。不少業界人士均表示,目前還不能確定蘋果將研究 RISC-V 什麼,但可肯定的是,蘋果一定會做出突破性成績之後,某天突然宣布成果,就像 M1。

有觀點認為,蘋果是在封閉生態發展開源 RISC-V,即便基於 RISC-V 研發行動裝置或 PC 端處理器,也不會對 RISC-V 產業發展有太大推動。「這是大家對蘋果的誤解,蘋果雖然生態不開放,但蘋果在開源軟體領域活躍度非常高,同時也對開源軟體貢獻度有一定要求。」吳偉說。

如果蘋果能在 RISC-V 做出成績,資本市場將受到巨大鼓舞,推動 RISC-V 產業發展。

新入局者主動出擊,增強差異化競爭力

阿里平頭哥的長期主義和眼下難題

入局 RISC-V 的大公司,阿里旗下平頭哥半導體(T-Head)最特別,是中國網路科技企業大廠率先投入晶片的公司,也是全球雲端廠商唯一有公布 RISC-V 技術成果。網路起家的阿里,即便「做晶片」也高調行銷,RISC-V 發展全都公開。

2018 年,阿里巴巴全資收購中天微,與達摩院自研晶片業務整合,成立獨立晶片公司平頭哥。才過短短一年,平頭哥發表第一個 RISC-V 處理器 IP 核玄鐵 910。2021 年 1 月,平頭哥晶片社群上傳影片,首個 RISC-V 版 Android 10 系統順暢運行

2021 年 10 月,平頭哥又開源四款玄鐵處理器 E902、E906、C906 和 C910。平頭哥開源玄鐵 RISC-V 系列擁有 150 多家客戶、500 多個授權數,出貨量達 25 億顆,是應用規模最大的中國產 CPU IP。對平頭哥來說,處理器開源意味損失 IP 核授權收入,但另一方面,開發者能在開源基礎上相容軟硬體,推動 RISC-V 生態發展,推動阿里雲端一體生態。

「目前阿里雲端營收占阿里營收三分之一,雲端伺服器方面,阿里視 AWS 為競爭對手,用 RISC-V 既能降低成本,又能擺脫對 Arm 的依賴,因此平頭哥終極目標可能是做出 RISC-V 伺服器 CPU。」某業界人士表示,「阿里決心很大,RISC-V 峰會時阿里也是金牌贊助商」。

另業界人士認為,阿里伺服器用量很大,換成 Arm 伺服器能節省高額成本,同時與英特爾有更大議價空間,RISC-V 只是生態建設之一,本身無法帶來巨大經濟效益。「RISC-V 生態讓雲端演算、儲存、傳輸與阿里雲無縫銜接,最終導流到雲端。本質上還是網路流量。」

阿里入局 RISC-V 的決心不小,甚至甘願放棄眼前利益,堅持長期主義。不過也有人認為,堅持長期主義的阿里也面臨 RISC-V 公司都會碰到的問題。「RISC-V 市場看起來很熱鬧,但大多數公司宣傳都透支,高估值,低營收。」某 RISC-V 從業者感嘆。

對阿里而言更是如此。「雖然阿里 RISC-V 確實有實力,但阿里行銷也很誇張,移植 Android 時收穫一波關注,真正深耕 RISC-V 的人都不認為這有多難。」某 RISC-V IP 公司銷售總監說。

平頭哥讓首個 RISC-V 版 Android 10 系統順暢運行,是為了證明硬體成熟度和系統能力。但影片只顯示系統只能在有限環境順暢運行,一旦環境改變就無法復刻。RISC-V 業務與 Arm 伺服器業務營收差距也影響阿里高層態度。某業界人士透露,因營收低,阿里平頭哥 RISC-V 團隊被視為雞肋,處於邊緣地帶,不少團隊成員因不受重視離職,另找機會。「其實從這次平頭哥發表會就能感受,7 奈米 Arm 伺服器報導滿天飛,開源四款 RISC-V 處理器又怎樣?」

「半導體市場其實沒那麼多情懷,所有邏輯都是『如何省錢,如何賺錢』,賺短期錢和長期錢。誰賺錢多,誰的聲音就大,如平頭哥,Arm 伺服器團隊聲音大,做 RISC-V 的團隊不賺錢,基本沒聲音,此次開源幾塊開發板,就是為了賺長期錢。」某業界人士感嘆。

輝達、Google 進入 CPU 的機會,三星想有自己的指令集

自研 CPU 這件事,輝達和 Google 是業新兵。2021 年 10 月,Google 宣布首款自研 Tensor 晶片植入 Pixel 6 和 6 Pro 手機,為了增強安全性,內建 Google 自研獨立安全晶片,改用自己設計的 RISC-V 處理器。

2021 年 4 月,GPU 巨頭輝達宣布進軍 CPU,並公布首款資料中心處理器 Grace,CPU 是 Arm 架構,預計 2023 年初上市。身為 RISC-V 基金會戰略會員,輝達 2019 年 VLSI 電路研討會發表採用 RISC-V 指令集開發多晶片模組式的可擴展神經網路加速器論文,後又有招募 RISC-V 工程師消息,顯示對 RISC-V 的關注。

三星也大張旗鼓擁抱 RISC-V。

(Source:shutterstock)

2017 年,三星開始基於 RISC-V 做 RF 射頻通訊晶片測試驗證,第二年推出兩款基於 RISC-V 架構的 RF 射頻晶片,2019 年生產。據公開資料,三星半導體實驗室最初決定採用 RISC-V 處理器為新一代運算架構時,也遭強烈反對,質疑 RISC-V 開源特性,除錯不易,軟體生態發展也不夠成熟。

最終三星半導體實驗室副總裁許俊昊堅持下,三星做出首個 RISC-V 的 5G 基頻晶片系統,讓三星對 RISC-V 的態度也更樂觀堅定。「為了撐起未來 50 年營運成長,企業要有指令集 CPU 研發實力」,許俊昊表達三星入局 RISC-V 目的。

2021 年 4 月,SiFive 宣布和三星 Foundry 擴大合作夥伴關係,加速 AI SoC 開發。郭雄飛認為,對大公司來說,應該有動力創造更具差異化和競爭力的產品,選擇 RISC-V 是一條路。不過目前無論一邊計劃收購 Arm 一邊入局 RISC-V 的輝達,還是自研 SoC 的 Google,或希望擁有自己指令集的三星,高性能 CPU 都不是主要業務而是業務拓展,並不關乎生死存亡。

RISC-V 生態尚未完全成熟的情況下,這些大公司要推動 RISC-V 必定得投入更多財力和人力,因此傾向淺嚐即止。

被制裁者渴望「逆風翻盤」,華為、中興卻沒有成績?

比起架構主導者和新入局者,對 RISC-V 更感興奮的是曾被制裁的大公司。RISC-V 基金會有三種等級會員,並以繳納會費多少從高到低排序。

高級會員理事會每年繳交 25 萬美元會費,高階技術指導委員會每年繳交 10 萬美元會費;戰略會員據法人實體僱用規模最高繳交 3.5 萬美元會費;普通會員主要是大學和非營利組織,不需繳年費,企業不能加入。

RISC-V 基金會高級會員清單,華為、中興赫然在列,不過這兩家受中美關係影響「大失血」的公司,似乎在 RISC-V 領域十分低調。華為鮮少公布 RISC-V 領域的成績,只去年 12 月推出 RISC-V 的電視 CPU 晶片。「雖然華為受制裁,但入局 RISC-V 這件事,華為沒有某些網路公司想得清楚。」業界人士透露。

2018 年,何庭波曾與 David Patterson 短暫會面,何庭波向 David 表達是否主力研發 RISC-V 的猶豫,David 告訴何庭波:「英特爾做 Itanium 處理器投資 100 億美元,如果你想成為這種公司,就必須要有同等投入,你不投資,競爭對手也會投。」不過也有業界人士認為,華為是堅定的 RISC-V 支持者,只是較低調。

「RISC-V 基金會各技術工作組聯席名單,不少華為員工都有擔任技術工作組主席或聯席主席,華為在英國、新加坡、俄羅斯都有團隊在做 RISC-V 相關技術,晶片、軟體、標準都有跟進。」某業界人士透露。

中興更神祕,從未有過訊息見報,只有一次中興通訊在某投資者平台對網友「公司是否有研究 RISC-V 架構 CPU 晶片」問題時,模糊回答中興對未來有成長性的技術都有廣泛研究,促進產業生態健康發展。

長期利益是開源原動力

晶片大神 Jim Keller 受訪時表示,辯論指令集是件悲哀的事。指令集為硬體和軟體溝通的橋梁,沒有好壞之分,而溝通需軟硬體生態都夠成熟,才能讓效益最大化。大公司選擇指令集時,指令集本身不是問題,只是追求最大利益時不得不選擇,付出成本和代價時才形成指令集架構優劣之爭。

大概所謂 RISC-V 領域帶領者,是本質與開源貢獻精神無關,而是精心推演後,自認為能節省最多成本、賺取最多利益,且著眼長期利益的那位。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:Created by freepik

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