ARM新規(guī)，芯片行業(yè)震動丨X86、ARM、RISC-V和MIPS對比匯總

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2022-11-07 16:32:50 774

近日ARM推出了一則新規(guī)則，內(nèi)容是“2024年后，基于Arm架構(gòu)的SOC中不再允許使用外部GPU、NPU或ISP“。

換言之，從2025年開始，如果還想使用ARM公版CPU的話，那就必須搭配使用ARM公版GPU、NPU以及ISP。

ARM是半導體行業(yè)真正的上游巨頭，全球絕大部分半導體廠商用的都是其推出的公版架構(gòu)，所以新規(guī)則一經(jīng)發(fā)布，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。

高通、三星、聯(lián)發(fā)科作為半導體巨頭，其CPU全部使用的是來自ARM公版架構(gòu)，但高通與三星都沒有用ARM GPU公版架構(gòu)，高通GPU用的是Adreno，三星GPU架構(gòu)來自于AMD，聯(lián)發(fā)科雖然CPU與GPU均用的是ARM公版架構(gòu)，但NPU用的不是。

現(xiàn)在新規(guī)出爐，ARM強行“捆綁銷售“，要么CPU、GPU、NPU、ISP等一整套全部使用公版架構(gòu)，要么全部都不要用。

留給高通和三星的選擇是，要么放棄ARM CPU公版架構(gòu)，自研或轉(zhuǎn)用其他，要么放棄成熟、好評如潮的Adreno/AMD去選擇ARM GPU公版架構(gòu)。

留給聯(lián)發(fā)科的選擇是，要么放棄現(xiàn)有的性能先進的NPU，放棄ARM CPU/GPU公版架構(gòu)，要么選擇ARM CPU/GPU公版架構(gòu)，放棄現(xiàn)有NPU。

除高通、三星、聯(lián)發(fā)科外，華為麒麟芯片用的也是來自ARM的公版架構(gòu)，不過華為現(xiàn)在受制裁，ARM處于斷供狀態(tài)，再加上華為未被制裁前就斥巨資買斷了ARM某些公版架構(gòu)的使用權(quán)，所以現(xiàn)階段ARM新規(guī)現(xiàn)階段對華為沒啥影響。

事件起因

2022年8月底，ARM在美國特拉華州的地區(qū)法院起訴高通，指控高通公司未經(jīng)許可使用ARM的知識產(chǎn)權(quán)。此案源于高通2021年收購NUVIA公司，NUVIA公司是一家從事ARM CPU開發(fā)的初創(chuàng)公司，被高通收購后，ARM要求高通公司銷毀根據(jù)NUVIA與ARM的許可協(xié)議開發(fā)的設(shè)計，或重新與ARM簽訂授權(quán)協(xié)議。ARM還表示，經(jīng)過兩個月的談判，高通依舊未獲ARM許可，高通在未經(jīng)許可的情況下，還將NUVIA的定制CPU設(shè)計植入自家芯片產(chǎn)線。

10月26日，高通對ARM發(fā)起反訴，主張自己并未違反ARM的許可合同，NUVIA設(shè)計的CPU是收購案（高通收購NUVIA）的一部分。

就事件本身來說，ARM希望與高通重新談判，以獲取更高的許可收入。只不過從高通提供的訴訟材料來看，ARM的諸多做法頗為霸道，讓高通非常難受，這種做法很容易引發(fā)連鎖反應(yīng)，特別是會增加ARM主要合作伙伴對ARM的不信任感。有鑒于ARM的業(yè)務(wù)高度集中，大約五分之一的客戶擁有其80%左右的稅版，一旦幾大巨頭轉(zhuǎn)向RISC-V，ARM恐難以承受。

ARM與高通之間的恩怨情仇

時間往回撥20年，ARM還只在嵌入式領(lǐng)域深耕，高性能CPU是X86的天下，ARM能夠崛起關(guān)鍵是搭上了手機行業(yè)崛起的順風車。就這趟順風車而言，2G時代，諾基亞和德州儀器是ARM的貴人。

3G時代之后，高通、蘋果、三星、華為、聯(lián)發(fā)科是助力ARM稱霸智能手機市場的最大功臣。正是蘋果在和高通、聯(lián)發(fā)科等公司在IOS和安卓手機上的強勢地位，使ARM CPU可以借助智能手機平臺快速迭代，由此進入發(fā)展快車道。加上各類嵌入式應(yīng)用，ARM芯片產(chǎn)量已經(jīng)超2000億片，穩(wěn)居智能手機市場霸主地位。

雖然高通、華為對ARM的成長有很大促進作用，但當利益矛盾沖突時，并不影響ARM卸磨殺驢。此前，ARM就宣布遵守美國禁令對華為進行制裁，加上臺積電也遵守美國禁令，使華為在設(shè)計和制造兩個環(huán)節(jié)被卡脖子，導致麒麟芯片“絕版”。本次ARM起訴高通，根源也是利益沖突。

ARM與高通的矛盾就源于此，主要有兩個矛盾。

一是授權(quán)費率談不攏。鑒于高通有更優(yōu)惠的條款，ARM希望忽略高通的授權(quán)許可和費率，并試圖強制高通為NUVIA的產(chǎn)品支付更高的授權(quán)費。高通則認為其與ARM的授權(quán)協(xié)議可以覆蓋NUVIA的產(chǎn)品，也就是按照高通與ARM的授權(quán)費率去支付NUVIA的授權(quán)費用。

二是NUVIA產(chǎn)品的歸屬。ARM表示，依據(jù)ARM與NUVIA的協(xié)議，NUVIA的授權(quán)僅針對NUVIA本身，而不是針對高通，且2022年2月1日，ARM終止了NUVIA的許可協(xié)議，ARM要求NUVIA和高通銷毀所有ARM機密信息，并在2022年4月1日前證明遵守了ARM的要求。

ARM還認為，高通在收購了NUVIA后，如果想要獲得NUVIA的設(shè)計或權(quán)利，應(yīng)該重新向ARM購買授權(quán)許可，將任何NUVIA設(shè)計、權(quán)利或許可轉(zhuǎn)讓給高通都需要ARM事先同意。高通則辯稱，獲取NUVIA設(shè)計和權(quán)利不需要ARM同意，因為ARM不擁有從NUVIA轉(zhuǎn)移到高通的IP的任何權(quán)利。

ARM起訴高通的根源是現(xiàn)有商業(yè)模式無法讓資本滿意

ARM訴高通主要是希望與高通重新談判，以獲取更高的許可收入。日本軟銀以310億美元收購了英國ARM，即便不計算利息，收回投資需要88年。日本軟銀曾經(jīng)宣稱ARM公司將繼續(xù)保持原有的管理體制，其商業(yè)模式不會受日本軟銀鉗制。但投資人是趨利的，日本軟銀也急需從ARM身上攫取利潤，因此就有了ARM之后一系列資本運作。

先是成立ARM China，然后試圖讓ARM China上市，只不過未能成功。再是試圖把ARM出售給英偉達，只是天不隨人愿，英偉達對ARM的收購以失敗告終。最后是試圖讓ARM IPO，為了順利IPO，ARM還空降高管，把執(zhí)掌ARM China的吳雄昂踢出局。就目前來看，ARM的一系列資本運作并沒有為投資人帶來直接的、可觀的回報。

在資本運作屢次碰壁的同時，ARM的成本支出大幅增加，先后開辟了數(shù)據(jù)中心和汽車電子、人工智能等市場，但并未從這些新開辟市場獲得多少回報，主要營收還是源自嵌入式和手機這塊基本盤。開辟新市場的副作用是人力和研發(fā)支出逐年上漲，從2015年到2020年，員工人數(shù)翻了一番，調(diào)整后的EBITDA從高于總支出變?yōu)閹缀鯙樨摚@就使ARM現(xiàn)有的商業(yè)模式無法讓投資人滿意了，必須要調(diào)整授權(quán)方式和授權(quán)費率，向ARM陣營IC設(shè)計公司收取更多的錢。正是因此，當高通在收購NUVIA后，ARM借機起訴高通，要求高通按照ARM與NUVIA協(xié)商的費率支付授權(quán)費。

必須說明的是，高通收購NUVIA后，將在智能手機、筆記本電腦和汽車電子等領(lǐng)域推廣NUVIA設(shè)計的IP，這對ARM無疑是壞消息。

ARM的授權(quán)模式有兩種，一種是TLA，另一種是ALA。TLA授權(quán)就是直接購買ARM的IP，可對其進行修改，比如高通此前的Kryo架構(gòu)，ALA授權(quán)則是IC設(shè)計公司可以基于ARM指令集開發(fā)IP和CPU，比如蘋果。高通用于智能手機的驍龍系列芯片是TLA授權(quán)，高通的Centriq服務(wù)器則是ALA授權(quán)。NUVIA公司則具有服務(wù)器方面的TLA與ALA授權(quán)。

由于各個公司的議價能力不同，ARM與客戶協(xié)商了不同條款，且不得披露許可費用和費率。一般來說，TLA授權(quán)模式，ARM獲利更高，ALA授權(quán)模式下，ARM獲利較少。在ARM32時代，絕大部分廠商都是TLA授權(quán)模式，在ARM64時代，由于ARM32與ARM64不兼容，為了避免當年英特爾同時維護X86和安騰兩套指令集的悲劇，基于盡快推廣ARM64和侵蝕X86服務(wù)器市場的初衷，ARM對ALA授權(quán)模式（64位）有所放寬。

過去，高通曾經(jīng)試圖自主設(shè)計CPU核，但高通自主設(shè)計的核心市場表現(xiàn)不如ARM公版CPU核，且使用公版核心可以大縮短研發(fā)周期快速迭代SoC，多代Kryo基于ARM公版做修改。按照高通的公開表態(tài)，計劃將NUVIA設(shè)計的核心用在智能手機、筆記本電腦和汽車電子領(lǐng)域，這將直接與ARM開展競爭，降低ARM的盈利能力。

據(jù)StrategyAnalytics的分析師SravanKundojjala估計，高通公司每年銷售3.5億—4億個芯片組，其中每一個使用ARM內(nèi)核的芯片組平均要付給ARM大約80美分，如果高通公司用Nuvia設(shè)計的內(nèi)核取代ARM的內(nèi)核，可能會節(jié)省40%—50%的專利費用，高通用NUVIA設(shè)計的內(nèi)核替換ARM的內(nèi)核，利好高通，但利空ARM。

過去，有觀點認為，ARM不會殺雞取卵，不考慮制裁因素，中國CPU走ARM路線是靠譜和安全的。那么這次ARM起訴高通則是因為赤裸裸的商業(yè)利益。

當ARM隨著智能手機的崛起欣欣向榮之際，ARM與高通等公司的矛盾可以被行業(yè)的高增長所隱藏。當智能手機市場逐年萎縮，新開辟的數(shù)據(jù)中心、人工智能、汽車電子又沒有產(chǎn)生足夠大的回報，且ARM的基本盤正在被RISC-V蠶食的時候，ARM就暴露出其猙獰的面容。即便是強如高通，也要被ARM以技術(shù)授權(quán)相要挾。

就這場訴訟的結(jié)果而言，有鑒于歐美大公司之間的知識產(chǎn)權(quán)訴訟往往以“和稀泥”的方式結(jié)局，鐵流推測ARM和高通會就授權(quán)費用重新達成協(xié)議。

根據(jù)高通提交的訴訟材料，ARM下一步會直接向終端設(shè)備制造商收取專利授權(quán)費用。簡言之，如果高通這里談不妥，ARM直接把目標鎖定到終端設(shè)備商上向設(shè)備商收取專利授權(quán)費，若終端設(shè)備商不接受新條款，就無法再合法使用任何基于ARM架構(gòu)的芯片。

這對于中國ARM CPU公司而言，又是一道殺手锏。誠然，一直有觀點認為購買ARM授權(quán)就能萬事大吉，高枕無憂，但從ARM的手段來看，它不僅可以終止授權(quán)，還可以直接打擊終端廠商，以訴訟手段逼迫終端廠商禁止搭載特定品牌的ARM CPU。在當下這種國際大環(huán)境下，一旦這類糾紛被政治化，上美國的制裁清單是分分鐘的事，晉華就是前車之鑒，這對于聯(lián)想、浪潮、榮耀、OPPO、VIVO、小米等有較高市場份額的整機廠而言，無異于晴天霹靂。

因此，所謂的ARM CPU授權(quán)無法卡脖子就是偽命題——一些人一廂情愿的認為ARM CPU只是制造被卡，ARM授權(quán)不會被卡。然而，ARM與高通的訴訟顯示，ARM可以直接瞄準主機廠，即便中國ARM CPU公司即便有流片渠道能夠制造芯片，也會面臨沒有主機廠敢用，沒有搭載平臺的困境。一些人鼓吹“ARM授權(quán)不卡脖子，只是制造卡脖子”，這種觀點純粹是自欺欺人。要是ARM授權(quán)真不卡脖子，高通完全可以無視ARM，壓根沒必要陷入冗長的訴訟糾紛。

對于ARM這些舉措，鐵流認為這是短期驅(qū)利下的自毀長城之舉。其實，國際大公司類似的做法并不少，比如當年如日中天的AT&T為了短期利益多次拆分上市，最終AT&T被分出去的小公司收購，朗訊和貝爾實驗室在幾輪操作后被玩殘。本次ARM起訴高通顯然是為了讓投資人滿意而改變原有的收費標準。高通成為被告后，三星、聯(lián)發(fā)科等公司難免兔死狐悲，從結(jié)果上看，利好RISC-V，利空整個ARM陣營。

X86、ARM、RISC-V和MIPS對比匯總

目前市場上主流的芯片架構(gòu)有 X86、ARM、RISC-V和MIPS四種：

1、X86架構(gòu)

X86是微處理器執(zhí)行的計算機語言指令集，指一個Intel通用計算機系列的標準編號縮寫，也標識一套通用的計算機指令集合。1978年6月8日，Intel 發(fā)布了新款16位微處理器 8086，也同時開創(chuàng)了一個新時代：X86架構(gòu)誕生了。

X86指令集是美國Intel公司為其*塊16位CPU（i8086）專門開發(fā)的，美國IBM公司1981年推出的**臺PC機中的CPU–i8088（i8086簡化版）使用的也是X86指令。

隨著CPU技術(shù)的不斷發(fā)展，Intel陸續(xù)研制出更新型的i80386、i80486直到今天的 Pentium 4系列，但為了保證電腦能繼續(xù)運行以往開發(fā)的各類應(yīng)用程序以保護和繼承豐富的軟件資源，所以Intel公司所生產(chǎn)的所有CPU仍然繼續(xù)使用X86指令集。

2、ARM架構(gòu)

ARM架構(gòu)是一個32位精簡指令集處理器架構(gòu)，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。由于節(jié)能的特點，ARM處理器非常適用于移動通訊領(lǐng)域，符合其主要設(shè)計目標為低耗電的特性。

如今，ARM家族占了所有32位嵌入式處理器75%的比例，使它成為占全*最多數(shù)的32位架構(gòu)之一。ARM處理器可以在很多消費性電子產(chǎn)品上看到，從可攜式裝置到電腦外設(shè)甚至在導彈的彈載計算機等軍用設(shè)施中都有它的存在。

ARM和X86架構(gòu)最顯著的差別是使用的指令集不同。

3、RISC-V架構(gòu)

RISC-V 架構(gòu)是基于精簡指令集計算（RISC）原理建立的開放指令集架構(gòu)（ISA），RISC-V是在指令集不斷發(fā)展和成熟的基礎(chǔ)上建立的全新指令。RISC-V 指令集完全開源，設(shè)計簡單，易于移植Unix系統(tǒng)，模塊化設(shè)計，完整工具鏈，同時有大量的開源實現(xiàn)和流片案例，得到很多芯片公司的認可。

RISC-V 架構(gòu)的起步相對較晚，但發(fā)展很快。它可以根據(jù)具體場景選擇適合指令集的指令集架構(gòu)。基于RISC-V 指令集架構(gòu)可以設(shè)計服務(wù)器CPU，家用電器CPU，工控CPU和用在比指頭小的傳感器中的CPU。

4、MIPS架構(gòu)

MIPS架構(gòu)是一種采取精簡指令集（RISC）的處理器架構(gòu)，1981年出現(xiàn)，由MIPS科技公司開發(fā)并授權(quán)，它是基于一種固定長度的定期編碼指令集，并采用導入/存儲（Load/Store）數(shù)據(jù)模型。經(jīng)改進，這種架構(gòu)可支持*語言的優(yōu)化執(zhí)行。其算術(shù)和邏輯運算采用三個操作數(shù)的形式，允許編譯器優(yōu)化復雜的表達式。

如今基于該架構(gòu)的芯片廣泛被使用在許多電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、個人娛樂裝置與商業(yè)裝置上。最早的MIPS架構(gòu)是32位，最新的版本已經(jīng)變成64位。

沒有所謂的“*芯片架構(gòu)”

每一種架構(gòu)都有自己的優(yōu)勢和不足，天下并沒有所謂的“*芯片架構(gòu)”。

ARM架構(gòu)和X86架構(gòu)是市場份額最大的兩大架構(gòu)，它們有著各自的特點和市場。

目前在移動領(lǐng)域上ARM架構(gòu)占主流，X86架構(gòu)也占有一定的市場份額。X86架構(gòu)由于其封閉性，相對于ARM架構(gòu)成本更高，但有著更高的性能、更快的速度和兼容性。英特爾近幾年也在逐步的布局移動市場，如其推出的X86架構(gòu)凌動系列處理器，在速度、視頻體驗、兼容性等方面表現(xiàn)優(yōu)異。

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