X86、ARM、RISC-V三大主流架構(gòu)市場現(xiàn)狀

三大主流架構(gòu)一直處在輿論的風口浪尖。目前x86架構(gòu)掌控著全球的高性能計算領(lǐng)域，ARM則是主導了移動計算，新興的RISC-V已經(jīng)成為第三大芯片架構(gòu)，此前出貨量剛剛超過100億，但是其發(fā)展速度更快，預計在2025年就能實現(xiàn)600億出貨量。

半導體產(chǎn)業(yè)縱橫記者在2023 IIC Shanghai現(xiàn)場采訪到了提供RISC-V內(nèi)核的SiFive公司，他們表示最近幾年，中國對RISC-V的興趣越來越大，這刺激了該架構(gòu)的普及，到2025年，將有超過600億個 RISC-V 內(nèi)核集成到物理IC中。此前，SiFive首席執(zhí)行官兼董事長Patrick Little也表示，當前客戶對公司的市場需求格外強烈?！癛ISC-V將爭奪所有未來計算平臺的核心。作為RISC-V的創(chuàng)始人和市場領(lǐng)導者，我們有責任引領(lǐng)這個生態(tài)系統(tǒng)向前發(fā)展，并為客戶提供Arm和其他公司的先進計算替代方案。”

當今市場，三家架構(gòu)戰(zhàn)火紛飛的如何？

01

X86被替代？

今年1月，英特爾披露的數(shù)據(jù)顯示，2022財年，其實現(xiàn)收入631億美元，同比下降20%；凈利潤80億美元，同比下降60%。其中，2022年第四季度虧損6.61億美元，且預計虧損還將延續(xù)至今年第一季度。多位分析師認為，英特爾發(fā)力移動端太晚，加上早期生態(tài)管理策略過于封閉，新領(lǐng)域創(chuàng)新不足，其包括ARM架構(gòu)在內(nèi)的移動芯片架構(gòu)后發(fā)劣勢明顯，即便是在X86芯片架構(gòu)這個“自留地”，也遭受AMD壓制。同時蘋果這個移動芯片設(shè)計龍頭已經(jīng)開始蠶食 X86 架構(gòu)和服務(wù)器市場。

1978年，隨著英特爾發(fā)布了8086處理，全球進入x86架構(gòu)時代，早在上個世紀90年代我國臺灣省的威盛公司，也就是HTC董事長王雪紅所創(chuàng)立的企業(yè)，拿到了x86架構(gòu)的授權(quán)，也推出了x86系列的芯片，而且命名為“中國芯”，然而由于諸多原因，威盛公司X86芯片最終被市場淘汰了。而內(nèi)地在2010年之前，尚沒有一家公司拿到x86架構(gòu)的授權(quán)。

但是，從2013年起，國內(nèi)市場出現(xiàn)了變化，尤其是兆芯和海光的出現(xiàn)，讓國內(nèi)電腦用戶看到了國產(chǎn)X86芯片的曙光。

從2013年，上海兆芯就進入X86處理器研發(fā)，但是從官網(wǎng)公布的資料來看，最新的PC以及服務(wù)器的芯片，還是在2019年發(fā)布的，分別是開先KX-6000和開勝KH-3000，這兩款芯片都是16納米工藝，其中最強兆芯KX-U6780A的單核性能只相當于i5-7400的44%。

根據(jù)消息顯示，2022年1月份上海兆芯提前預報了會在今年各發(fā)布一款服務(wù)器芯片和桌面處理器芯片，按照之前公布的路線顯示，應(yīng)該會是全新CPU 微架構(gòu)的KX-7000系列，有可能采用的就是7納米的制程工藝，而且根據(jù)公司透露，目標是達到AMD同期的水平。

與此同時，ARM架構(gòu)也開始興起，蘋果電腦也轉(zhuǎn)向了以ARM架構(gòu)，而且微軟也宣布支持ARM架構(gòu)，這也就意味著過去wintel生態(tài)將面臨瓦解，X86架構(gòu)也不再是萬金油。

02

ARM架構(gòu)：從0.5還沒到1

根據(jù)指令集（又稱為架構(gòu)或ISA）的不同，CPU分為不同流派。50年間也浮現(xiàn)了諸多指令集，但一些參與者或由盛轉(zhuǎn)衰，逐漸淡出市場，或初出茅廬，尚不能擔重任。目前市場形成以英特爾和AMD為代表的x86指令集占大部分份額、Arm指令集占小部分份額的局面。

2012年，Arm正式推出了自己的第一個64位指令集處理器架構(gòu)ARMv8，希望進入服務(wù)器等新的領(lǐng)域。此后，飛騰很果斷的放棄了SPARC，拿下ARMv8指令集架構(gòu)的授權(quán)，全面轉(zhuǎn)向了Arm陣營。

自蘋果棄用x86，推出M1后，把Arm帶得風生水起。如今，Arm指令集在芯片國產(chǎn)化運動中展現(xiàn)出的潛力，也吸引大量資本進場，比如飛騰。2023年1月，據(jù)飛騰宣布，自 2019 年飛騰啟動軟件兼容性互認證工作以來，截至 2022 年底，超過 3000 款國產(chǎn)軟件產(chǎn)品與飛騰完成兼容性適配認證。構(gòu)建起了國內(nèi)最完善、最龐大的從端到云的信息化建設(shè)全棧生態(tài)體系，這是補齊國產(chǎn)CPU短板，打破“卡脖子”封鎖路上的一大步。

2020年12月，由飛騰嵌入式研發(fā)團隊研制的新一代8核桌面處理器飛騰騰銳D2000正式發(fā)布，集成8個飛騰自主研發(fā)的新一代高性能處理器內(nèi)核FTC663，采用亂序四發(fā)射超標量流水線，兼容64位ARMV8指令集并支持ARM64和ARM32兩種執(zhí)行模式，支持單精度、雙精度浮點運算指令和ASIMD處理指令，支持硬件虛擬化。D2000性能與國際先進水平比肩，安全性進一步提升。飛騰騰銳D2000處理器市場銷量已突破300萬片，是目前信創(chuàng)市場廣受認可的自主桌面CPU。

但如今面臨美國的制裁，如果國內(nèi)廠商無法拿到升級版的ARM架構(gòu)，怎么辦呢？半導體產(chǎn)業(yè)縱橫記者采訪了飛騰工作人員這個問題，她認為ARM最新架構(gòu)v10的提升相對于v9來說不算大，“V9夠用而且我們是永久買斷的，所以現(xiàn)在的環(huán)境對我們來說沒有威脅，我們的產(chǎn)品也進入到了核心領(lǐng)域。”據(jù)介紹，目前最大的信創(chuàng)工程是金稅四期，服務(wù)了2500萬的企業(yè)用戶，2.8億的個人用戶，從x86換成飛騰之后，性能提升了3倍以上。

國產(chǎn)化的系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢是“因地制宜”地做系統(tǒng)級優(yōu)化，芯片、整機、操作系統(tǒng)一起提升，也就是舉國體制的優(yōu)勢。盡管優(yōu)勢很多，但是坦言講，我們的國產(chǎn)化替代也是依舊沒有到“1”。信創(chuàng)設(shè)備3年可能換一批，飛騰的業(yè)務(wù)也作出了相應(yīng)的調(diào)整，開始攻克下沉市場，進入鄉(xiāng)縣。雖然財政壓力比較大，但是今年目前來看Q1比去年好很多，從“推”逐步變?yōu)椤氨徽摇薄?/p>

03

RISC-V：國產(chǎn)新寵兒？

RISC-V作為較新的指令集，技術(shù)上是有一定的優(yōu)勢，但在國內(nèi)如此受關(guān)注，其實最大的原因是這個指令集是開源免費的，基于這套指令集設(shè)計的芯片無論用于科研和商業(yè)均無需給Intel和ARM上稅。目前市面上常見的指令集都是要收費的，例如華為麒麟芯片，就購買了ARM家的指令集。這些有指令集知識產(chǎn)權(quán)的公司均為國外公司，非常不利于我國實現(xiàn)關(guān)鍵芯片的自主可控。目前，國內(nèi)外已經(jīng)有非常多的RISC-V核心RTL代碼，好多是開源的，如果你感興趣可以下載一個研究研究。比較有名幾個例如Rocket Core、Boom Core、LowRISC SoC均提供源代碼。如果用于商用，國內(nèi)外也有許多商業(yè)公司提供穩(wěn)定的RISC-V IP核心。例如國外的SiFive公司、Microsemi公司、國內(nèi)的阿里平頭哥、芯來科技等公司。

RISC-V的出現(xiàn)其實給直接競爭對手ARM帶來了巨大壓力，以至于ARM公司某天突發(fā)奇想，偷偷上線了一個域名為http://riscv-basics.com的網(wǎng)站，專門用來黑RISC-V。而后RISC-V反擊，上線一個域名為http://arm-basics.com的網(wǎng)站，反擊了回去。最后此事以ARM發(fā)言人宣布下線http://riscv-basics.com告終。由此可以看出RISC-V對傳統(tǒng)廠商的沖擊。

3月26日，在北京舉行的第十屆開源操作系統(tǒng)年度技術(shù)會議(OS2ATC)傳來全球首款RISC-V筆記本電腦ROMA正式發(fā)布這一振奮人心的消息。該電腦默認搭載國產(chǎn)操作系統(tǒng)開放麒麟(openKylin)，被視為中國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，同時也是國產(chǎn)操作系統(tǒng)領(lǐng)域具有劃時代意義的事件。

ROMA由RISC-V基金會牽頭，深度數(shù)智開發(fā)、鑒釋科技調(diào)試的全球首款原生RISC-V開發(fā)筆記本電腦，它的誕生意味著openKylin正式面市，接受市場和用戶的檢驗。而參與開發(fā)的三家實體，均來自于openKylin社區(qū)戰(zhàn)略合作伙伴。

RISC-V作為一款開源指令集，被視為是繼x86、ARM架構(gòu)之后，中國芯片產(chǎn)業(yè)的第三條路，為我們構(gòu)筑國家信息安全底座提供了新的選項。很多人認為，RISC-V架構(gòu)可能是中國芯崛起的關(guān)鍵。中國工程院院士倪光南曾指出，RISC-V架構(gòu)應(yīng)該成為國內(nèi)科技企業(yè)的新焦點。

目前我國已經(jīng)越來越重視開源，在2021年十四五規(guī)劃中首次將支持數(shù)字技術(shù)開源發(fā)展寫入國家戰(zhàn)略規(guī)劃之中，這讓我國的開源事業(yè)進入了新階段，今后中國的開源貢獻會不斷增長。

OpenHarmony的開源是中國開源發(fā)展中的重要里程碑，其發(fā)展十分迅猛。據(jù)統(tǒng)計，目前HarmonyOS的華為設(shè)備數(shù)已經(jīng)有3億臺，生態(tài)合作伙伴超過2000家。

OpenEuler是中國業(yè)界優(yōu)秀開源社區(qū)的另一個例子，openEuler面向服務(wù)器操作系統(tǒng)。2019年發(fā)布了openEuler開源項目，目前openEuler開源社區(qū)貢獻者已經(jīng)達到了9396人，全球下載遍及120個國家，1500個城市，55萬的下載量，專業(yè)組達到96個，已經(jīng)成為全球開發(fā)者最關(guān)注的開源項目之一，在openEuler社區(qū)中中國企業(yè)作出了重大貢獻。這充分說明開源是時代的產(chǎn)物，是科學傳播精神的體現(xiàn)。

開源不僅可以更好的推進科技的進步，也是中國加速融入世界創(chuàng)新的有效方式。同樣開源模式已經(jīng)從軟件領(lǐng)域走向了硬件領(lǐng)域。近年來國際上一種新型的開源RISC-V ，為我國掌握芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動權(quán)提供了機遇。它由美國加州大學在2010年發(fā)布，他們創(chuàng)造了一種通用的計算機芯片指令集既降低了進入芯片行業(yè)的門檻，也符合未來萬物互聯(lián)的技術(shù)發(fā)展趨勢。

同時RISC-V采取開源模式，目前已經(jīng)有越來越多的國家、企業(yè)、高校、科研院所擁抱RISC-V架構(gòu)。它對中國發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)同樣有重要意義。

編輯：黃飛