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是说芯语56:RISC-V带动开源, Arm末日将至?

院士
2019-08-29 10:55:10    评分

RISC-V的处理器架构开源并非首创,但其带起的市场影响力的确是前无古人。除了RISC-V在设计之初就以开源为主要手段,而在市场环境的转变之下,更搭上了IoT行业的风潮,一时间便火热起来。


图说:RISC-V掀起开源风潮


目前可定制架构中,Arm几乎统治了整个芯片设计业界,然而其不分架构,逐年调升授权费与版税的作法,在一定程度上让业界感觉被割了韭菜。因此Arm与其客户往往都貌合神离,不少传统使用Arm架构的大户都开始尝试或者向外寻找更多元的方案。而近年来备受关注的RISC-V,就成了热门备选方案。



开放和免费:初心不同,殊途同归


RISC-V的指令集设计与架构定义一开始就是针对开放而设计,虽然生态成熟度因发展时间短还不是很高,但因为指令集与IP成本在芯片成本中的比重越来越大,由自由衍生而来的免费这两个字更让业界趋之若鹜。


RISC-V是个自由架构,芯片设计者可以在合理的规范下自由定制架构设计,但其”免费”概念仍然是相当重要的一环。


以28nm制程研制一款基于Arm的SoC芯片为例来看芯片的成本结构,首先就必须向Arm支付一次性的入门费用,另外IP或指令集架构的授权费用也必须额外收取,以Arm架构而言,指令集架构授权一次可能要上千万美元,反而IP授权要便宜些,可能从数十万到百万美元之间。而在设计阶段所需要使用到的EDA工具,其版权费也要超过百万美元,而内存控制器、PCIe控制器等外围IP费用往往也要高达上百万美元,流片费用则是由芯片面积大小而定,一次流片也需要至少数十万美元。


简单估算,一颗芯片从设计到成品阶段,所需要的资金投入便已经超过上千万美元。另一方面,芯片的研发往往需要数十位工程师,花费数月甚至数年的时间来设计与验证,工资开销又需要上千万元。另外,芯片的设计与制造还有试误成本,并不是所有的设计都能够一次成功,很多时候芯片可能会因为设计瑕疵,而必须多次流片,这些也会叠加在成本之中。


不过这些都是固定成本,也就是设计到量产前的整体成本,后续如果芯片成功量产,芯片就可以再以良率换算总量,并以整体成本除之,就是单一芯片的成本。这类的固定成本会随著芯片产量的增加而逐步递减。


但使用了Arm架构,除了一开始的入门费用与授权费用外,还有一个固定比例的费用会产生,也就是版税的收取。


图说:IoT带动庞大的芯片需求,但传统Arm架构授权成本偏高。


尤其在未来IoT应用概念下,芯片需求量极大,但因为相关终端都是走低价策略,因此芯片成本必须压到极低的程度,但芯片从设计到制造方面,很多成本都可以通过量的分摊来降低,但指令集授权或IP的版税却都是跟着芯片收取一定比重,芯片制造越多,所需负担的成本也越大,这也让未来IoT的发展蒙上阴影:在产品真正普及之前,就必须负担极高的成本风险。


对芯片设计业者而言,可以被后来的需求分摊的成本其实都是可以接受的,但随着芯片出货收取的固定比例版税就让芯片设计业者很不乐意了,诚然这种收费方式在软件IP或者其他类型的版权商品中见怪不怪,但是芯片本身就很难赚钱,尤其在中国市场,这种过去依靠补贴养起来的IC设计生态,业者的毛利率一般都要低于全球其他竞争者,版税成本一叠加上去,毛利率就更难看了,而这也是开源架构除了自有以外,另一个吸引中国IC设计产业界的重要因素。



MIPS和Power Architecture加入开放战局


MIPS过去也曾风靡一时,在包括超级计算或者是移动计算领域中占有一席之地,其采用的营利方式与Arm大同小异,也同样式通过授权费用与版税费用营利。


图说:MIPS也加入开源行列,与RISC-V重叠性不小。


但随著Arm架构在移动计算的崛起,并逐步扩及到通信基础建设、MCU市场以及高级计算领域中,形成的生态越来越强大,MIPS过去在架构更新速度缓慢,跟不上市场需求的情况下,其生存空间也就越来越小,后来也落得出售的局面,甚至连许多核心专利都被Arm收入囊中。


目前MIPS在中国仍有不少采用的案例,在嵌入式领域主要有珠海炬力、北京君正和北京神州龙芯等。珠海炬力主要生产具有蓝牙及WIFI射频功能的多媒体SoC芯片,在消费类电子具有较大的市场份额。北京君正采用自主设计的xburst低功耗MIPS嵌入式处理器核,在电纸书、指纹锁以及智能硬件领域获得广泛应用。


神州龙芯采用自主设计的MIPS嵌入式处理器核,在IoT领域有广泛应用。在高性能桌面及服务器领域有龙芯中科技术有限公司,主要研发生产龙芯2号单核处理器系列以及龙芯3号多核处理器系列,产品应用于桌面办公、服务器、工业控制、网络安全以及物联网等。


但这些公司并不足以支撑MIPS架构的持续运转,为了有效扩大生态,MIPS也就效法RISC-V,对指令集进行了开源。


2018年6月,Wave Computing收购了MIPS公司,12月17日宣布MIPS将在2019年第一季度发布最新的core R6时开源,此举旨在加速MIPS指令集架构的普及。MIPS开放计划将允许参与者自由访问“最新版本的32位和64位MIPS ISA - 无需许可或使用费”,用户还将获得MIPS拥有的数百项专利。


对市场而言,这是一件早该做的事,部份采用MIPS架构的客户也表示,如果MIPS早几年这么做,现在就没有RISC-V的生存空间了。


毕竟MIPS发展历史悠久,在产业界也有许多成熟的设计与应用案......


阅读原文:


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关键词: RISC-V     开源     是说芯语    

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