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會被牽著鼻子走嗎?國產芯片研發用國外技術授權


 近年來,在國家大力扶持集成電路產業的背景下,國內從事高性能CPU設計的單位或公司數量不斷壯大。

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ARMCortex 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ARMCortex A53MaliT720MP2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,后續還將面向國家眾多涉及安全的行業領域、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,產業發展不受制于人。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位指令系統的CPU芯片在移動互聯網世界占據了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目前對國內少數廠商開放了64ARM 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腳跟,對國內廠商的服務器授權態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,一旦制裁被認真執行,美國和美國控制的ARM企業不再授權(ARM雖然是英國公司,但主要的研發中心在美國),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,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248個微結構(CPU)的接口互聯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、指令集的實現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所構建的生態以及游戲規則里生存。

這種做法的好處是,能夠獲得ARM產業生態長期的支持,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——loongISA1907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,龍芯在軟件層面就需要自行投入更多的力量進行優化支持。但長遠來看,好處很明顯——能夠真正引領自身產業生態的發展,甚至主導開源社區的發展權。

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,“每個環節做什么”、“有多少利潤”在AA(ARM芯片+安卓系統)體系中已經形成潛規則,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年憑借專利業務獲得利潤66億美元,芯片業務賺取利潤38億美元,近60%營業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年被中國國家發改委反壟斷后,新版專利授權協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20153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16ARM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3A20003B2000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劃和戰略的出臺,國內的IT自主廠商也終于迎來了蓬勃發展的春天。

而在中國希望重新制定IT產業游戲規則的時候,國外的IT企業開始模仿類似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聯盟授權在國內成立了中晟宏芯CPU企業;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;IBMinformix數據庫也已通過開放授權方式代理給了國內幾家數據庫廠商。

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、IBM informix就可能變身國產自主數據庫。

 


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