不可一世的Arm，要遭遇20年來的最大危機

本月傳出一則消息，英國新任首相 Rishi Sunak 再度約談了 Arm CEO Rene Haas 以及母公司軟銀創始人孫正義，討論的核心是英國政府希望 Arm 在倫敦交易所掛牌上市。更早之前，軟銀原計畫將 Arm 打包出售給輝達，但被包括英特爾、高通、Google、微軟在內多家科技巨頭以及各國監管機構齊聲反對，導致這起收購最終破產。

全世界都反對，是因為 Arm 太重要了。

過去十多年，智慧型手機的流行和普及改變了整個科技行業的格局，也催生了最強大的幾家科技公司：蘋果、Google、高通、台積電以及 Arm，它們代表了手機產業最核心的系統、晶片設計及製造、晶片指令集架構。作為生態底層的 Arm，晶片設計離不開，系統和移動應用開發也離不開。

巨頭們無法接受作為 Arm 公司被任何一家科技巨頭收入麾下，至少是暫時。

圖/RISC-V 峰會

上個月舉辦的 RISC-V 峰會上，Google正式宣佈 Android 將逐步支援 RISC-V 指令集架構。Android 工程總監 Lars Bergstrom 直接表示，希望把 RISC-V 視為 Android 的一級平台，言下之意就是要扶持 RISC-V，避免將來被 Arm 卡住 Android 生態的「脖子」。

有同樣想法不只是Google。還是那場峰會，高通產品管理總監 Varma 在演講中數次將 Arm 稱作「傳統架構」，並表示 RISC-V 可以從低端微控製器一直擴展到高性能計算。據 SemiAnalysis 報導，蘋果也在將 A 系列晶片的嵌入式核心將全面轉移到 RISC-V 架構。

就像開放原始碼的 Android，2010 年才誕生的 RISC-V 憑藉開放原始碼的優勢還在迅猛發展。而在站穩可嵌入核心和 IoT 等低功耗市場之後，過去幾年 RISC-V 也在積極進入智慧型手機、PC 及伺服器等市場，大有與 x86、Arm 呈三足鼎立之勢。

RISC-V 的崛起是開源架構的勝利

RISC-V 是一個指令集架構，就像智慧型手機晶片普遍採用的 Arm 架構，或是 PC 上常用的 x86 架構。具體來說，RISC-V 與 Arm 更接近一些，兩者都是基於精簡指令集（RISC）原則的指令集架構。

A16 基於 Arm，圖/蘋果

但與 Arm 和 x86 不同，RISC-V 是開放原始碼的。2010 年，加州大學伯克利分校的一個研究團隊想要為項目選擇一個指令集，發現 x86 架構太封閉，ARM 授權費又太昂貴，最終選擇轉向 RISC-IV，並與同校教授大衛·帕特森（電腦先驅，現 RISC-V 國際開源實驗室負責人）一起改良，推出 RISC-V，走完全開放原始碼的模式。

到 2015 年，矽谷各大科技巨頭髮起並成立了 RISC-V 基金會，由其負責營運該架構。此後， RISC-V 架構很快就開始嶄露頭角，並不斷聚集全球科技公司，至今成員包括了Google、華為、IBM、英特爾、中國科學院、高通等大量全球頂級企業和科研院校。

對比 ARM 和 X86，RISC-V 有很多優點，包括能效比更高、開發成本更低，但其最大優勢還是在於完全開源。在相容基本指令集的情況下，任何人和廠商都可以自由地修改和建構符合自身需求的架構，以此來設計製造晶片-這是 Arm 嚴令禁止的。高通要力推 RISC-V，一方面是由於 Arm 高昂的授權費用，另一方面也是 Arm 在架構自主設計上不開放，無法建構面向 PC 的高性能晶片。

高通本想基於 Arm自研高性能 CPU 架構，圖/高通

西部資料在早幾年就宣佈，未來的所有產品中使用開放原始碼的 RISC-V 處理器架構。在 2019 年還發佈了基於 RISC-V 指令集的自研通用架構 SweRV，第三方廠商也可以在自己的晶片設計中使用它。印度政府同樣對 RISC-V 情有獨鍾，大量政府資助的晶片相關項目都在向 RISC-V 傾斜。

國內方面，華為海思在 2021 年推出了一款全新的高畫質電視晶片 Hi373V110，內建海思自研 RISC-V 架構 CPU。再早些時候，華為還推出了 Hi3861 RISC-V 開發板。於此同時，小米生態鏈公司華米也發佈了黃山 2S 可穿戴 AI 晶片，基於 RISC-V 架構自研，首發搭載在第三代 Amazfit 智能手錶上。

黃山 2S，圖/華米

2022 年阿里雲棲大會上，平頭哥也發佈了全新 RISC-V 高能效處理器玄鐵 C908。在此之前，阿里平頭哥從 2018 年推出第一款 RISC-V 架構處理器開始，就以每年一款的速度不斷推進。

圖/阿里

中國工程院院士倪光南認為，在今天主流 CPU 被 x86 和 Arm 架構壟斷的背景下，新興、開放原始碼的 RISC-V 精簡指令集架構為中國晶片業發展提供了機遇。同時他還提議，「我國可適當聚焦 RISC-V 架構發展晶片產業，使我們能抓住快速發展中國晶片產業的機遇，並不受外國壟斷架構的制約。」

得益於指令精簡、模組化、可擴展、開源、免費等一系列優勢，RISC-V 已經在全球範圍內得到了大量晶片設計廠商的青睞。到 2022 年 7 月，RISC-V 國際指出 RISC-V 架構晶片的出貨量已經突破了百億顆，並預計在 2025 年將突破 800 億顆。

ARM 公司也看到了 RISC-V 崛起帶來的嚴重威脅。

ARM 公司甚至創立過一個針對 RISC-V 的網站，列舉了 RISC-V 架構的五大問題，即成本、生態、碎片化、安全性和設計驗證問題。沒過多久該網站就被下線了，也許是行業輿論壓力，也許是 Arm 也覺得自己的行為太幼稚。但無論如何，ARM 公司的重視反而佐證了 RISC-V 快速崛起和對 Arm 地位的威脅。

三分天下，終有一戰

就目前來看，RISC-V 在低功耗領域已經可以和 Arm 平分秋風，但對於 RISC-V 能否在最重要的移動、PC 和伺服器市場挑戰主流的 Arm 和 x86 架構，外界始終存在質疑。一是生態，x86 和 Arm 的真正興起都是伴隨著一代計算平台的崛起，並參與建立起完整而又穩固的生態；二是高性能，就像 Arm 此前普遍不被看好性能上與 x86 一戰，同樣基於精簡指令集開發的 RISC-V 在高性能上也備受質疑。

晶片架構的成功很大程度上與計算平台強相關，就如 x86 之於 PC，Arm 之於智慧型手機。第一款 Arm 處理器發佈於 1985 年 10 月 17 日，但直到 2007 年以後智慧型手機開始流行並普及，Arm 才變成「全世界都離不開」。

圖/Flickr

這也是為什麼Google推動 Android 逐步支援，對於 RISC-V 在手機晶片市場將是關鍵一步。Android 此前就在增加對 RISC-V 支援，但Google官方的表態和明確的路線圖，無疑會加快 Android 支援甚至轉移到 RISC-V 的處理程序。隨著 Android 的逐步支援，已經和 ARM 公司大打出手的高通可能也會順勢推出自主開發的 RISC-V 架構晶片，推動手機晶片市場向 RISC-V。

當然，架構遷移並非易事，系統和晶片之外最難的就是開發和應用生態的遷移，最近的例子就是蘋果 Mac 從 x86 轉向 Arm。不過一旦 Android 實現向 RISC-V 的遷移，Google、高通都能打破 Arm 的制肘，RISC-V 也能借助 Android 手機市場乘風而上。一個只有 Arm 受傷的世界將達成。

另一方面，以 PC 和伺服器為代表的高性能市場也在經歷風雲變幻，蘋果 M 系列晶片在 PC 市場的成功、Arm 在伺服器市場的突破，過去 x86 壟斷的局面已然被打破。

RISC-V 也在悄然加入戰場。

去年，阿里平頭哥還發佈了旗下首個高性能 RISC-V 晶片平台無劍 600，支援 4 核高性能 RISC-V 晶片，主頻最高可達到 2.5GHz。緊接著的 RISC-V 峰會上，晶片初創企業 Ventana Microsystems 發佈了全球首款面向伺服器的 CPU —— Veyron V1，也是迄今為止性能最高的 RISC-V 晶片。

圖/Ventana Micro

Veyron V1 採用先進的 5nm 製程工藝，基於自研高性能 RISC-V 核心，支援亂序執行，主頻高達 3.6GHz，每個叢集最多 16 個核心，多叢集最多可擴展至 192 核，擁有 48MB 共享三級快取，擁有高級側通道攻擊緩解措施、IOMMU 和高級中斷架構（AIA）、支援全面的 RAS 功能、自上而下的軟體性能調整方法，可以滿足資料中心的各種需求。

此外，坐擁 x86 的英特爾也在 2022 年宣佈和巴塞隆納超級電腦中心合作開發基於 RISC-V 的處理器，用於打造 zettascale 超級電腦、AI 應用以及自動駕駛汽車。

中科院計算所研究員包雲崗還透露，矽谷的幾家 RISC-V 初創公司都在朝高性能、甚至是超高性能 RISC-V 處理器進軍。

左一為包雲崗，圖/包雲崗

矽谷之外，晶片業的傳奇人物吉姆·凱勒在離開英特爾不久之後，於 2021 年加入了一家加拿大 AI 晶片初創公司 Tenstorrent。隨後，該公司就宣佈將基於 RISC-V 開發自研架構，以此為基礎開發高性能 AI 晶片，預計可用於各種應用，包括同時需要 AI 和 HPC 能力的下一代超級電腦。

吉姆·凱勒曾經任職於英特爾、DEC、AMD、博通、蘋果、特斯拉等公司，擔任工程副總裁或首席架構師等工作。過去幾十年，他是一手打造蘋果 A 系列晶片的設計師，也是幫助 AMD 翻身的「Zen 之父」，還是特斯拉自動駕駛晶片的締造者。此外，他還是 x86-64 指令集的作者之一。

x86、Arm、RISC-V，凱勒的職業生涯貫穿了整個晶片業主流指令集架構的變遷，他對 RISC-V 的看好自然也包含了對未來主流指令集架構格局的判斷。

可以預見的是，在不遠的未來，RISC-V 與 Arm、x86 之間必有一戰。我們無法預知 RISC-V、Arm 和 x86 勝負幾何，卻已經感受到了這場戰爭的序幕已經徐徐拉開。

題圖來自 PxHere

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