近年來,在國家大力扶持集成電路產業(yè)的背景下,國內從事高性能 CPU 設計的單位或公司數(shù)量不斷壯大。
但美中不足的是,幾乎所有單位都認為自己的產品和技術路線符合自主可控標準。
比如飛騰在和中國電子合作后,將購買自 ARM 的 Cortex A57 產品打上自主可控標簽進軍信息安全市場;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、安全可信的標簽,搭載椒圖芯片的“安全手機”與央企單位達成供貨意向,后續(xù)還將面向國家眾多涉及安全的行業(yè)領域、政企市場全面推廣。
而這些芯片技術架構的來源,都是 ARM。
ARM 是誰?ARM 是英國的芯片知識產權(IP)提供商。全世界超過 95%的智能手機和平板電腦,都采用 ARM 的芯片技術結構。
雖然國內一些芯片公司,以自主可控旗號獲得國家項目和經費,并打進黨政軍市場,但實際上這些基于 ARM 技術授權的自主可控芯片,距離真正的自主可控,仍有差距。
檢驗是否自主可控,有一條基本的標準——信息安全不受制于人,產業(yè)發(fā)展不受制于人。這就必須做到知識產權自主可控、能力水平自主可控、發(fā)展自主可控、供應鏈自主可控、具備“國產”資質、利潤不受制于人。
而這 6 個方面,恰恰是 ARM 陣營 IC(集成電路)設計公司需要奮力彌補的。
1. 知識產權受制于人
國內 ARM 陣營的 IC 設計公司購買的 IP 核授權并非永久性授權,其授權具有諸多限制性和期限性。
目前,ARM 在國內不開放 ARM 32 位的指令集授權(事實上,基于 ARM 32 位指令系統(tǒng)的 CPU 芯片在移動互聯(lián)網世界占據(jù)了 90%以上的份額,因此 ARM 為了獲得更多利益,也不會將 32 位指令集授權客戶了)。
而在服務器領域,由于迫切需要攻打競爭對手英特爾的地盤,ARM 目前對國內少數(shù)廠商開放了 64 位 ARM V8 服務器授權,且存在有效期。
可以想象,未來 ARM 一旦在服務器市場站穩(wěn)腳跟,對國內廠商的服務器授權態(tài)度恐怕也將是另一番情景。
知識產權受制于人隱含著巨大的技術風險——英特爾于 2006 年取消對威盛 VIA 的前端總線授權,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,一旦制裁被認真執(zhí)行,美國和美國控制的 ARM 企業(yè)不再授權(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 ARM 陣營的 IC 設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 設計的開發(fā)者應該都知道,一個 IP 設計公司在對第三方提供其設計好的 IP 時,即便是較開放的軟核授權,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,而在大部分模塊內部都不可能進行隨意修改。
除非能夠完全不依賴于 ARM 提供的公版核心,從零開始就自己設計研發(fā),這方面比如國內幾家老牌 CPU 廠商龍芯、申威等,從頭開始就采用自主開發(fā)微結構的做法,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,而不自主設計微結構,就會導致缺乏工程實踐能力。畢竟實踐出真知,沒有獨立完成微結構的設計,必然導致不具備獨立開發(fā)微結構的能力。
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構是國內自主設計的根源!
3. 安全受制于人
由于 ARM 微結構不被國內企業(yè)掌握,因此在安全和后門問題上,必然得不到根本保障。
微結構決定了 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 個微結構(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 設計的微結構,所以基于 ARM 結構的國產芯片的性能、功耗、安全性都由 ARM 決定,中國 ARM 陣營 IC 設計公司在性能、功耗、安全性根本不具備話語權,能夠做主的,僅僅是把這些 ARM 微結構組合成雙核、四核、還是八核的 CPU 芯片,以及在后端設計方面,在 ARM 留有的冗余范圍內,將主頻定得高一點還是第一點。
4. 發(fā)展權受制于人
指令集是存在于 CPU 內的程序,它用一些代碼表達讀、寫等操作,讓計算機做各種運算的一套命令標準,是芯片的重要組成部分。
在技術上,重新設計一套指令集的難度近乎于零。美國也一度禁止將單獨的指令集申請為專利,只有當指令集與實現(xiàn)方法相結合的時候才被允許申請專利。
但是指令集對 IC 設計的影響是不可忽視的。比如,當年 ARM“半殘疾式”的指令集就根本不可能設計出高性能芯片,隨著近年來 ARM 更新指令集,以及購買了 MIPS 498 條指令集授權后,才使其能在高性能芯片領域一展拳腳。
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建的軟件生態(tài)、指令集的實現(xiàn)方法和自由擴展指令集的權力。
舉例來說,華為購買 ARM 指令集授權,但是不具備自主擴展指令集的權力,只能局限在 ARM 所構建的生態(tài)以及游戲規(guī)則里生存。
這種做法的好處是,能夠獲得 ARM 產業(yè)生態(tài)長期的支持,但問題也很明顯,無法進行更大程度的自主生態(tài)的建設。
與之形成鮮明對比的是中國的龍芯。龍芯在獲得了 MIPS 公司的永久授權后開始自主擴展指令集——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行優(yōu)化支持。但長遠來看,好處很明顯——能夠真正引領自身產業(yè)生態(tài)的發(fā)展,甚至主導開源社區(qū)的發(fā)展權。
而購買 ARM 指令集授權只能是 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))體系中已經形成潛規(guī)則,國內 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,不僅價格成本昂貴,而且授權期限僅僅 5 年,還被限定使用范圍。最關鍵的是“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,ARM 說了算;如果是購買 IP 核授權,除了一筆不菲的授權費外,每生產一片芯片還需繳納專利費。
這也是為什么中國 ARM 芯片年出貨量超過 10 億片,但產業(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)務獲得利潤 66 億美元,芯片業(yè)務賺取利潤 38 億美元,近 60%營業(yè)利益來自于技術授權費,總利潤將近一半源自中國市場。
高通芯片業(yè)務 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、專利授權費等方面的盈利。而 2015 年被中國國家發(fā)改委反壟斷后,新版專利授權協(xié)議給了大陸手機廠商更大的自由度,談判難度大幅提升,直接導致至今依然有不少大陸手機廠商尚未與高通簽約,專利費懸空未繳,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,自家的手機芯片不外賣,自產自銷過日子,芯片價格內部定價,依靠自家手機的高溢價獲得利潤為芯片業(yè)務留足利潤空間。
三星也是如此,除了出售給某國產手機少量芯片外,基本上都是依靠垂直整合模式自產自銷,依靠自家手機的高溢價為芯片部門預留利潤,而非在市場上直接出售芯片。
6. 供應鏈受制于人
國內 ARM 陣營 IC 設計公司在供應鏈上嚴重依賴境外公司。比如,華為海思麒麟 910 等相關芯片全部依賴臺積電工藝;華為 16 納米制程 16 核 ARM 公版微結構服務器芯片也依賴臺積電工藝;飛騰 1500A 也依賴境外工藝。
與此形成鮮明對比的是,龍芯 3A2000 和 3B2000 雖可以采用境內工藝流片。但龍芯目前在國內消費市場的現(xiàn)狀也有目共睹。
ARM 獲得“自主可控”身份意味著什么?
隨著國內網絡安全和自主可控等規(guī)劃和戰(zhàn)略的出臺,國內的 IT 自主廠商也終于迎來了蓬勃發(fā)展的春天。
而在中國希望重新制定 IT 產業(yè)游戲規(guī)則的時候,國外的 IT 企業(yè)開始模仿類似 ARM 所采取的“開放授權”的障眼法,紛紛通過技術授權及合資策略成立本土化公司,企圖穿上國產“自主可控”的合法化馬甲。
比如,目前 IBM 通過 OpenPower 聯(lián)盟授權在國內成立了中晟宏芯 CPU 企業(yè);微軟推出中國政府專用版本的 windows10,并在中國成立合資公司進行銷售;IBM 的 informix 數(shù)據(jù)庫也已通過開放授權方式代理給了國內幾家數(shù)據(jù)庫廠商。
亂花漸入迷人眼。CPU、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等產品作為信息產業(yè)的基礎性產品,其自主可控的重要性不言而喻。
但從目前情況看,如采用 ARM 技術授權的廠商在國內儼然已被貼上了自主可控的標簽,堂而皇之地進軍黨政軍市場。
如果國家沒有對自主可控身份的清晰認定,那么接下來,ARM 芯片就可能變身國產自主 CPU、微軟 Windows10 就可能變身國產自主操作系統(tǒng)、IBM informix 就可能變身國產自主數(shù)據(jù)庫。