对于这个消息也在半导体行业中引来了极大的反响,ARM的架构到底有多大的影响力。要知道想要生产芯片,芯片架构是必经之路,而在芯片架构方面,ARM具备了垄断性的优势。
去年一个收购计划,成为了人们热议的话题,英伟达想要以400亿收购ARM,之后有不少的人对于此次的收购事件表示反对,假设英伟达收购了ARM,那么垄断的局面将出现。
我国的工程院士倪光南,硅谷巨头等等都纷纷表示,一定要阻止这次的收购计划。可想而知,ARM在半导体领域中具备了一定的作用。全球有不少的企业都是采用ARM的芯片架构,ARM架构适用的领域非常的广泛,将用户很多的电子产品,比方说笔记本、平板、手机、服务器等等。
ARM因为在这个领域具备了领先的地位,因此一直以来都不缺客户,曾经的华为也是ARM的客户,华为购买了ARM V8架构的永久使用权,而在规则之后,华为也受到了一定的局限。
如今ARM正式宣布了,不仅仅发表了新一代的V9芯片架构,并且还是不含美国技术。这也意味着ARM在出货上并不会受到美国方面的干扰。
在去年的时候,规则已经正式下发了,也让华为面临“缺芯”,虽然目前的库存量还足够支撑华为,但是解决芯片问题势在必行。自研芯片已经成为了未来的发展战略。
要知道芯片从设计到研发需要很多的技术和设备,对于华为来说在芯片领域有一定的建树,比方说华为海思就是一家优秀的芯片设计公司,但是想要实现完全自主研发的,还需要在很多技术上完成突破。
如果说因为受到规则的影响,ARM的架构也无法提供给华为,那么距离华为芯片自主研发的距离将又远了一步。而随着ARM的发声也表示华为海思与ARM的合作性非常大。
对于ARM公司来说,自然是希望自己的产品能够占据庞大的市场份额,这样公司的整体营收才会高。而华为是一家 科技 公司,所占的市场份额也是非常大的,如此大体量的企业,ARM自然也是想要寻求合作的。
正如之前的台积电,华为是台积电的第二大客户,每年都为台积电贡献了不少的营收。而双方的合作也是非常的融洽,而正是因为规则方面的问题,也让台积电失去了第二大客户。
而ARM表示,新一代的芯片架构,不含美国技术,这就说明了,彼此的合作将不会受到约束。 据悉,ARM的新一代的V9芯片架构在性能上有极大的提高,将上涨30%,这也表明了手机芯片的性能之后也将呈现上涨的趋势。
华为迎来了一大喜讯,在芯片架构上将不受约束力。虽然说我们对于芯片未来的规划是完成自主研发,实现国产芯片。但是我国对于芯片的需求量是庞大的,如果说完全依靠自己在技术上取得突破,那么肯定是需要一定的时间。
因此ARM表明,新一代的V9芯片架构不含美国技术对于华为来说是一大喜讯,自主研发芯片又近了一步。当然这不代表,在未来我们将依赖ARM的芯片,从芯片的事情上,人们更清楚认知到核心技术掌握在手上具备多么重要的作用。
如今已经有越来越多的人加入到自研芯片的阵营中去,这对于我国芯片想要实现自研化,将起到了有力的助推。我们也相信完全自主研发并不会太久。
答案是不能的,因为从客观角度来说芯片的发展和提升算是无穷无尽的,现在看似华为的麒麟990或者是即将发布的1020确实很强,但是再过5年,再过10年呢?也是因为如此,所以很多人说华为获得了ARMv8架构的永久使用权限,确实不假,但是客观点来说这只是针对现状,因为后续需要获得更强的性能,就要不断的从ARM那里购买新的架构版权,如果ARM断供,那么华为就只能永久的停留在了ARMv8架构的层面,而不能再去提升。
当然ARM如果架构断供的话,高通,联发科,以及三星,包括苹果等等都是如此,因为他们都是根据ARM架构的基础上进行自研发CPU的,只是说授权的方式不同,华为的授权说实话算不上高级,因为他只是在ARM架构的基础上进行的改刀,当然CPU,GPU方面还是建立在ARM的基础上,而高通和苹果相对来说更强大一些,因为他们的授权方式权限更多,也就是在CPU方面可以进行自研,包括GPU方面,比如高通Adreno系列就是高通自研发的GPU,相比华为的ARMmail系列要更强。
另外我们要知道的是当前CPU的两大架构分别是CISC(复杂指令集)和RISC(精简指令集),其中X86是CISC的代表架构,占领了95%以上的桌面计算机和服务器市场,这个基本上是intel和AMD在用。而Arm作为RISC的一种,在智能手机、可穿戴设备等移动处理器市场占领主要地位,包括内存闪存等等方面有些地方还是使用国外的。
当然ARMV9架构已经发布了,而且华为及ARM方面也多次宣称合作不受影响,华为已经取得了ARMv8指令集(注:ARMv8是ARM公司的最新的32/64位指令集,目前的Cortex-A7x/A5x系列都是基于这个指令集的,未来也会长期使用)的永久授权,在ARMv8指令集上不会有什么影响。而且包括现在的A77,以及A78系列实际还是兼容ARMV8和V9,所以简单一点来说华为ARMV8架构确实不需要去升级。
但是我们要知道随着手机性能的提升,ARM架构版本肯定是需要再次提升,才能满足市场的需求,为此各个厂商还是要去不断的从ARM那里购买新的架构,如果断供的话,现在影响不大,但是后续的影响这是一定的。
回答完毕
数字芯片是半导体行业里市场空间最大,技术壁垒最高的赛道。之前我们分析过的那些尖端设备和材料,主要都是为数字芯片打造的。
目前芯片设计这些赛道里,IGBT和模拟芯片领域都有IDM厂商,但数字芯片很少有做全产业链的,大家专注于自己的环节,分工合作。
这是因为IGBT和模拟芯片虽然技术和资金壁垒也很高,但生命周期长。数字芯片的发展却遵循摩尔定律,不但研发需要大量资金,晶圆代工需要大量资本购买设备,迭代又非常快。
等你把这一代产品全都配置好了,人家下一代产品又出来了,还得接着追,这就是数字芯片最难的地方。
数字芯片的工作原理简单来说就是通过晶体管控制电流的“开”和“关”,来表达数据信息的“1”和“0”,或者逻辑判断的“是”与“非”,所以数字电路也称开关电路或逻辑电路。
其组成主要就是工作在开关状态的晶体管,所以数字芯片的规模大小由其中的晶体管数量决定,摩尔定律说的也是每隔18个月晶体管数量增加一倍,因此晶体管数量对数字芯片性能起决定性作用。
数字芯片包含七种类别,分别是逻辑电路、通用处理器、存储器、单片系统SoC、微控制器MCU、定制电路ASIC和可编程逻辑器件。将来我们会对其中主要类别进行逐个分析。
简单的逻辑电路通常由门电路构成,基本是由与门、或门和非门电路排列组合而成,这些系列的电路也称为组合逻辑电路。
数量庞大的逻辑电路芯片经过不同的排列组合,理论上可以处理非常复杂的控制和运算问题。
但当下的芯片集成度很高,许多自成系统的逻辑电路可以集成在芯片内部,一个芯片就可以实现复杂的功能,也就没人愿意用大量小芯片去实现一个大系统。
所以目前逻辑电路芯片仅用于小型电子产品中,以及在大系统的通用大芯片之间的连接电路上。
通用处理器一般指服务器用和桌面计算用的CPU芯片,也包括GPU、DSP、APU等。
它是规模最大、结构最复杂的一类数字电路芯片,由海量逻辑电路组成,包含了控制、存储、运算、输入输出等完整的数据和信息处理系统,这次我们先分析CPU这一细分领域。
01 什么是CPU
CPU也叫中央处理器,是计算机的运算和控制中心,主要功能是完成计算机指令的执行和数据处理,因此CPU与内部存储器、输入输出设备被认为是计算机三大核心部件。
控制单元是CPU的控制中心,当下达指令时,控制单元负责将存储器中的数据发送至运算单元并将运算后的结果存回存储器中。
运算单元负责执行控制单元的命令,进行算术运算和逻辑运算。
存储单元是CPU中数据暂时存储的位置,其中寄存有待处理或者处理完的数据。寄存器相比内存可以减少CPU访问数据的时间,也可以减少CPU访问内存的次数,有助于提高CPU的工作速度。
按照处理信息的字长,CPU可分为四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等,后续还在不断拓展。
CPU作为集成电路的一部分,现在全球集成电路市场受益于5G、可穿戴设备和云服务等应用领域发展,依旧在稳步增长。
中国是全球最大的集成电路市场,增速也是全球最快,2012-2020年九年间集成电路产业市场规模复合增长率达到1681%。
集成电路进出口市场上,我国存在较大逆差,而且逆差还在拉大,国产化替代空间广阔。
CPU的下游市场涵盖服务器、桌面端、移动 PC端、智能手机以及物联网、人工智能、 汽车 电子、智能穿戴等新兴应用领域。
目前桌面端和移动PC端发展平缓,服务器受益于云化趋势增速较快,智能手机受益于5G换机潮迎来一波周期性机会,行业中长期发展还得看那些新兴领域,但新兴领域并不完全是CPU的增量市场,比如新能源 汽车 。
目前全球新能源 汽车 销量持续增长, 汽车 三化(电动化、智能化、共享化)势不可挡,电子成本占总成本的比率逐步提升,发展空间很大,2021年全球 汽车 芯片市场规模预计可达到440亿美元。
按应用场景划分,车用计算芯片可以划分为智能座舱芯片和自动驾驶芯片、车身控制芯片。
由于单纯一个的CPU已经无法满足智能 汽车 的算力要求,将CPU与GPU、FPGA、ASIC等通用或专用芯片异构融合的SoC方案成了各大AI芯片厂商算力竞争的主赛道。
不仅智能 汽车 ,在物联网和人工智能等领域,传统CPU也出现了不能适应市场要求的情况。
随着物联网设备灵活性要求日益提高,芯片向低功耗、高性能方向发展,MCU和SoC脱颖而出。
人工智能常用的AI芯片通常是针对人工智能算法做了特定加速设计的芯片,如GPU、FPGA、ASIC和神经拟态芯片。
虽然深度学习算法上CPU不如AI芯片,但做大规模推理,CPU比较有优势,再加上CPU优势领域的市场空间广阔,应用场景丰富,国内 科技 企业持续研发国产CPU依然势在必行。
目前CPU主要市场份额仍在海外企业手中。随着国内技术进步,国内CPU也在变得更好用,再加上政策持续加码,国产替代确定性较高。
02 CPU芯片架构
芯片架构也叫指令集架构,简单来说就是芯片的执行流程,不同指令集架构的芯片就是执行步骤的不同。
目前CPU指令集架构主要分为复杂指令集(CISC)和精简指令集(RISC)两大类。
复杂指令集支持的指令更多,每种运算都有自己的完整指令。由于只有少部分指令会反复使用,精简指令集就是对其进行精简,不用每种运算都有完整指令。
复杂指令集更适用于运算复杂的电脑CPU,精简指令集更适用于运算要求较低,功耗也较低的手机CPU。
在这两种指令集基础上又产生了不同的架构,也就是在指令集基础上实现对CPU内的控制单元、运算单元、存储单元等部件的一系列完整设计和安排。
03 X86架构
CISC的架构主要就是X86架构,目前Intel和AMD两家独大。
Intel和Windows组成了“Wintel”联盟,击败了苹果、IBM、摩托罗拉的Power联盟,垄断桌面市场长达20多年。直到目前,服务器、桌面和移动PC主要使用的还是X86架构处理器,Intel依然占据大部分市场。
后来随着AMD第二代Epyc处理器“罗马”问世,AMD服务器CPU市占率在短短两年内从1%增长到了8%。接着第三代Epyc处理器“米兰”发布,其服务器市场份额有望达到15%。
由于AMD服务器芯片性价比较高,又有台积电7nm制程技术加成,越来越多数据中心开始采购AMD的产品。
X86架构之所以覆盖范围这么广,除了起步早、性能高、兼容性好之外,还跟它生态完善有关,目前全球65%以上的软件开发商都为X86提供服务,你想自己设计一个架构,没有生态也就没有人使用。
现在X86架构在中国市场依然广阔,尤其是在服务器领域具有绝对优势,几乎占据全部服务器销量。其他非X86架构的服务器占比很小,主要都是ARM架构。
除了Intel和AMD双寡头以外,国内还有兆芯、海光和MPRC几家X86芯片商。目前X86架构的国产化替代还不太明显,兆芯2019年市占率仅01%。
04 ARM架构
RISC的架构有ARM、MIPS、Power PC、Alpha、RISC–V等。
如今超过90%的智能手机采用ARM架构,MIPS在嵌入式设备中应用广泛,而且随着性能提升,技术层面的融合,RISC架构也在不断向X86的应用领域渗透。
ARM架构由于具有成本低、功耗低、体积小、性能高等特点,非常适用移动通讯领域,在智能手机、调制解调器、车载信息设备、可穿戴设备等领域都占据绝对统治地位。
目前ARM架构是非X86架构中应用最广泛,发展最成熟的架构,市占率达到了432%。
ARM完整产品线包括微控制器、微处理器、圆形处理器、实现软件、单元库、嵌入式内存、高速连接产品、外设以及开发工具。
目前国内外主要ARM厂商有ARM、联发科、高通Qualcomm、苹果、三星电子,飞腾、华为鲲鹏、展讯SPREAD TRUM。
世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核,根据各自不同的应用领域,加入适当的外围电路,从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。
联发科是世界上最大的ARM手机芯片供应商,苹果、三星、高通等行业巨头均在最近几年使用ARM架构,逐步实现基于ARM的全生态链。
截至2021Q1,联发科和高通是最主要的手机CPU供应商,市场份额分别为35%和29%,同比分别增长11%和-2%。
苹果市占率为17%,三星降至9%,华为海思由于受到美国升级制裁的影响,市场份额快速下滑,降至5%。
服务器方面,非X86目前参与者包括华为、飞腾、高通、亚马逊等。
华为鲲鹏服务器是ARM服务器的重要参与者,据华为称,鲲鹏出货量已占据市场50%,未来有望发挥其在移动市场的优势,借力云端协同,抢占服务器市场更多份额。
在桌面PC市场,ARM正逐渐被更多企业应用,2011年微软开始采用ARM的Windows系统,ARM开始进入X86的传统优势领域,如今苹果MacOS、新版Windows等均采用了ARM架构。
此外,ARM在物联网、 汽车 等领域均有很大发展潜质。ARM在公共事业、智慧城市、资产管理等领域均提供了解决方案。
05 MIPS等架构
MIPS、Alpha、Power等架构已经不是市场主流应用,但在特定领域内仍在被使用。
MIPS架构是一种简洁、优化、具有高度扩展性的RISC架构,能够提供最高的每平方毫米性能和当今SoC设计中最低的能耗,已经在移动和嵌入式工业领域销售了近三十年,目前市占率9%。
MIPS多线程CPU已经广泛应用于不同领域,以及许多移动设备的LTE调制解调器中。
国内外主要MIPS芯片商主要有MIPS公司、Ikanos、龙芯中科、北京君正。不过MIPS公司两度易主后,新公司已经转向RISC-V。
龙芯和申威分别获得MIPS及Alpha永久授权发展自主指令集,我国企业成为了该架构应用产品研发和全球生态构建的单一力量,应用的也都是国家非常注重安全的领域。
Power架构在相关市场的占有率也不过1%左右,但在高性能计算领域一直拥有相当重要的地位,其一些技术特性甚至可与Intel一较高下,然而市场参与者基本只有IBM。
06 RISC-V架构
RISC–V是目前业内最被看好,最有机会弯道超车的新架构,具有完全开源、架构简单、易于移植,适用于各种设备、完整工具链, 运行效率高等特点。
这种架构目前接受度逐渐提高,有望成为继X86和ARM架构之后第三大主流指令集架构。
由于RISC-V基金会为非盈利会员制组织,所以RISC-V本身是免费的,自 RISC-V 基金会于 2015 年成立以来,RISC-V 生态系统经历了爆炸式增长,2020年成员增长率达到133%。
物联网的兴起为上游产业链提供新的成长潜力,由于RISC-V具备开源等特性,与物联网更灵活和多样的要求相吻合。
而且自中美贸易战以来,中国企业存在受制于美国不能升级架构的风险,随着RISC-V逐渐被接受,为我国芯片厂商通过RISC-V架构实现独立自主提供可行性。
Semico Research 预测,到 2025 年,市场将消耗 624 亿个 RISC-V CPU 内核,2018-2025 年复合年增长率为 1462%。其中工业领域将以使用超过167亿个内核遥遥领先。
市场研究公司Tractica也预测,RISC- V的IP和软件工具市场在2018年为5200万美元,到2025年时将增长至 11亿美元。
目前RISC-V发展时间较短,尚未一家独大,相关生态还在发展。
短期内ARM架构依然会占据中高端市场,RISC-V主要在一些碎片化的新兴市场展开应用,如物联网的轻终端场景。
这些场景需要低功耗低成本,但是往往程序不用大改、对软件生态的依赖性不高、出货量又很大,符合RISC-V阶段性的发展目标。
RISC-V允许任何厂商设计、制造和销售RISC-V芯片和软件,因此吸引了大批 科技 公司入场。
GreenWaves、IBM、NXP、西部数据、英伟达、高通、三星、谷歌、华为、晶心 科技 、芯源股份、芯来 科技 、阿里平头哥、中天微、Red Hat 与特斯拉等100 多家 科技 公司加入其阵营。
07 国产CPU自主可控程度
国产CPU经历了将近20年的发展,也产生了一批有实力的企业,如前面提到的中科龙芯、天津飞腾、海光信息、上海申威、上海兆芯等。
这其中申威和龙芯自主可控程度最高。上海申威主要从事Alpha架构的研发,它是目前创新可信度最高的国产CPU厂商,基本实现完全自主可控,主供党政办公、军方和超算领域。
其次是飞腾和华为鲲鹏(海思)为代表的ARM架构国产厂商。ARM架构需要有ARM公司授权,主要有三种授权等级:使用层级授权、内核层级授权和架构/指令集层级授权。
其中指令集层级授权等级最高,企业可以对ARM指令集进行改造以实现自行设计处理器,目前海思、飞腾已经获得ARMV8永久授权。
如果他们基于V8授权发展出自己的指令集,其创新可信程度将显著提升,即使未来拿不到V9V10等新架构授权,依然可以维持先进性。
最后是海光和兆芯为代表的X86厂商,仅获得内核层级的授权,未来扩充指令集形成自主可控指令集难度较大。
说到ARM指令集,毫无疑问,该指令集霸占了移动市场的全部份额,目前甚至盯上了X86的市场,包括电脑领域甚至是服务器领域,ARM的优势是低功耗性能,而且成本很低,这是X86无法做到的。目前苹果已经着手开始了ARM芯片对于英特尔X86处理器的替代,但不同于其他ARM芯片,苹果的A系列处理器虽然也是ARM芯片,但是和ARM的关系很小,自研程度很高,不像安卓手机芯片商需要从ARM那里买核心架构授权,所以苹果根本不怕ARM断供。
安卓芯片商的主要几家,高通,华为,联发科,都是采用的ARM公版架构,就连一直采用自研猫鼬核心的三星也决定要放弃自研,用上公版架构,实际上高通之前也有自研核心,但最后发现还是公版最香,其实现在安卓芯片在CPU部分差别都已不大,主要还是GPU和基带方面。
为什么苹果可以不用买ARM的架构核心,而其他芯片商每年都需要从ARM那里购买最新版的架构,比如目前在使用的A77,那么到了明年就是A78了,首先肯定不是因为没有自研的实力,比如三星就是自研,而且跑分还特别高,但跑分没输过,体验没赢过。
其实根本还是生态问题,生态可以认为就是一个统一的标准,华为,高通,联发科,三星,等等其他芯片商都是安卓系统,安卓系统虽然开放的,但却是受限于谷歌的,为了生态的统一性,为了减少开发人员或者各类工程人员的任务量,那么就需要遵循安卓系统的规则。
如果都去搞自研核心的芯片,那么这样一来谷歌安卓就需要做大量的适配工作,针对不同的芯片进行各种优化,而且不光安卓系统,APP应用开发商也是如此,也必须进行各类适配工作,否则很有可能出现BUG,或者是应用兼容问题。
如此一来安卓的碎片化问题会更严重,系统也会越来越臃肿,这显然不利于后续发展,所以安卓系统直接找ARM合作,最新版本的安卓系统适配最新版本的ARM架构,这样一来安卓的适配工作大大降低,只需要针对ARM的官方架构做适配,其他芯片商也只需要用ARM的公版架构,既保证了安卓多元化的特性,同时省了很多不必要的麻烦。
所以苹果就非常好理解了,苹果自始至终是软硬件一体,拥有更多自主权,而且苹果的A系列处理器每年就一款,手机机型数量也很少,在自己的圈子里,自己想怎么优化怎么优化,而安卓芯片商必须看谷歌的态度,因此苹果的ARM处理器才可以不用受限于ARM,自成一派,包括Mac OS从X86迁移到ARM也会非常容易。
目前华为虽然购买了ARM V8指令集的永久授权,但是只要华为还在用安卓系统那么就必须要用ARM的最新的公版架构,否则就会出现很多各种各样的问题,理论上安卓是很开放的,但想要最好的体验,那么ARM公版架构是最好选择,想要不依赖于ARM的公版架构很简单,有了自己的 *** 作系统就可以了。
有了自己的 *** 作系统,并且形成完美的生态,这样一来也就可以反哺硬件,那么此时甚至可以不用依赖于ARM指令集都可以,甚至可以给别的指令集进行优化适配工作,而华为的鸿蒙其实就是这样的布局,当然肯定也有其他公司也在布局,不过对于国内来说,如果想建立这样的生态, *** 作系统只要一个就可以了,指令集也选定一个进行发展就可以了。
同样国内如果形成这样的生态也是非常有利的,毕竟我们国家有着13亿的人口,打造出一个软件生态,同时再指定一个硬件指令集,形成类似于Windows和X86这样的软硬件结盟,那么很多问题都可以迎刃而解,而这个过程的首要就是打造出有生态优势的 *** 作系统,而未来的物联网就是一个难得的机会。
内容来源于网络!
欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出
评论列表(0条)