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为什么RISC-V架构撼动不了arm架构?Flexible Access了解下

发布时间:2020-07-10 发布时间:
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在以智能手机、平板等设备为代表的移动芯片市场中,arm公司是全球最主要的IP供应商。伴随行业发展,全球半导体及芯片产业增长的动力逐渐转向了物联网、自动驾驶汽车、5G、机器人、工业控制等新兴领域。加之,中小芯片创业公司如雨后春笋般地建立起来,新兴科技得以更广泛地应用,在某种程度上对传统芯片设计产业造成了冲击。arm公司显然知道芯片行业正在发生怎样的变化,以及由此对自身的商业运营可能带来什么样的影响。因此,在2019年7月,arm便面向客户推出了更具弹性的授权模式——Flexible Access

arm推出Flexible Access模式,至少有两方面的考量。一方面,arm为了吸引更多的芯片设计客户采用自己的芯片IP设计,进而好让自己在物联网领域中的地位得以提升。另一方面,arm可能有更重要的目的,让全球物联网领域的中小型芯片设计企业在RISC-V开源架构外,也能获得类似的解决方案——arm的IP生态体系(庞大且成熟的IP生态)。由此,arm便能在物联网等新兴领域抗衡RISC-V开源架构。

  1,Flexible Access模式与传统授权模式比较,存在两大主要差异

arm公司推出的Flexible Access模式,与自身的传统芯片IP授权模式比较,主要在两个方面有很大的改变。第一,是收取前期芯片IP授权费用的时间点,向后延到业者开发出自有系统单芯片(SoC)、准备投入送交制造(tapet)以及晶圆制造前。第二,是提供客户的授权芯片IP比较有限,高端或全新芯片IP仍必须遵循传统授权模式才能取得。

按照此前Arm的标准授权模式,客户若要取得arm的特定芯片IP及相关工具与支持,就必须先支付授权费用后才能取得,等到客户以此芯片IP开发出自有SoC并交由晶圆制造、出货后,每销售一颗SoC芯片还必须支付给Arm相关的专利授权费用。

按这样的授权模式,那么客户就必须承担风险,在还没确定从Arm所取得的特定核心或芯片IP是否适合用于自有芯片设计,就必须先向arm支付高额的授权费用,才能投入后续尝试、实验阶段。即使客户最终没有以这些IP开发出自有芯片产品,该授权费用还是要先付给arm公司。对许多中小型芯片开发新创企业来说,明显是相对大且风险高的负担。

基于Flexible Access模式,客户将只需支付相对较少的费用给arm,就能获得arm的IP架构和工具集,再自行投入实验、尝试、评估,视哪个IP最适合于投入自有芯片设计,再以此设计自有SoC芯片。等到准备投入晶圆制造,送交制造以及生产阶段前,才需要支付授权费用给Arm公司。按照Flexible Access模式,arm对一款SoC送交制造所收取的费用,是一年7.5万美元,或是一年收取20万美元,但可不限次数送交制造。

与arm此前的标准授权模式动辄数百万美元的授权费用相比,这样的收费价格显然大为下降。等到客户把SoC芯片送交制造并开始出货后,arm才再向客户收取专利授权费用。如此,等于省去客户前期从arm取得芯片IP或核心所必须先承担的大量资金投入负担,以及买来后最终却可能不用的风险。所以,Flexible Access授权模式算得上是arm在商业模式中的一大变革。并且,这也是arm在听取了数百家大小型客户的心声及生产策略后,才决定进行大幅调整的。

与arm的标准授权模式不同的是,Flexible Access模式主要面向低成本的大众化市场,仅包含arm过去两年内推出且占比75%的芯片IP及核心可以授权给客户。产品范围涵盖中端Cortex-A系列核心、Cortex-R及Cortex-M系列核心,以及部分Mali绘图芯片GPU核心、连网核心IP、系统控制器IP、安全核心IP等等,甚至还有为台积电22 ULL制程节点开发的物体IP;但不包含高端Cortex-A系列移动设备处理器核心、服务器芯片核心。

Flexible Access模式所提供的Cortex-A系列最高端核心为2012年的Cortex-A53,接着依次是A35、A34、A32、A7和A5;Cortex-R系列分别有R52、R8以及R5;Cortex-M系列则为从MO到M33的微控制器核心;GPU则开放Mali-G31和Mali-G52;以及TrustZone与CryptoCell安全芯片IP等。

总的来说,Flexible Access模式让客户能自行开发中端等级SoC片上系统,或可将部分通用运算核心整合到自有专用神经网络加速器、专用特殊应用集成电路ASIC上,因为物联网应用所需芯片运算能力无需达到高端智能手机处理器等级。

  2,抗衡RISC-V开源架构,以抢占物联网等新兴市场

不少人士都认为,arm公司之所以推出Flexible Access模式,是为了抗衡RISC-V架构在新兴物联网领域给自身带来的挑战。因为RISC-V免费近用且开源的模式,确实对投入物联网等领域的中小客户有很大的好处,让新创业者无需支付前期授权费用,就能开发自有芯片原型样式。况且,RISC-V甚至让谷歌、西部数据、英伟达等大厂产生了兴趣。

RISC-V的核心即一组开源规格,由SiFive公司推出,主要定义如何写出能应用RISC-V处理器的软件,实际中央处理器CPU和SoC的执行则留给外部想要设计自有CPU或SoC的芯片厂商们,且多数蓝图在商用和开源授权,都可公开取得。

业者能够以RISC-V核心和SoC的verilog或chisel等代码,在无需支付前期成本下投入自行芯片设计评估。只有等到业者以RISC-V架构设计的芯片准备投入晶圆制造端,才需付清授权费用,或是支付用于完成芯片设计的其他IP所需费用。

  

据此,也可以看出arm为何要推出Flexible Access模式。比如,RISC-V的32位、64位、128位指令集架构,就与arm的64位Armv8类似,然RISC-V却不用支付前期成本就可取得架构。SiFive所推出最强大的Linux驱动64位RISC-V核心,号称效能堪比Arm的Cortex-A50系列,Cortex-A50也是Flexible Accessü模式提供可近用的最高等级核心。SiFive也有开卖自有RISC-V CPU,把采用Cortex架构的CPU视为竟争对手。SiFive也让采用RISC-V核心的客户,可取得SiFive超过100个授权。全球前10大芯片制造商中,就有6家为RISC-V客户。

在新兴物联网应用领域,SiFive与其他业者在持续改善RISC-V核心,并尽最大努力完善该技术的生态体系。arm如今推出Flexible Access模式,在很大程度上也算是跟进RISC-V架构开源模式。未来随着RISC-V领域扩大核心应用范围至更多的CPU端,预计arm在Flexible Access授权模式中也可能向客户开放更多的核心及IP。

对arm来说,RISC-V架构其实撼动不了自己当前在全球移动设备处理器芯片领域中的霸主地位,因为智能手机产业高度依赖生态体系,而arm的芯片IP生态系统已相当完善。过去强如英特尔的x86架构曾经努力寻找突破,结果都无法抢入该市场,更不用说RISC-V架构。

而如今物联网时代,由于物联网应用领域相当分散,且芯片IP生态体系对物联网领域的芯片开发没有很大的迫切性,因而开源RISC-V在物联网领域找到了竞争的突破点。arm推出Flexible Access模式,则很有可能是RISC-V对arm在新兴领域逐渐产生威胁所必然导致的产物。


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