【2020年芯片行業(yè)研究報(bào)告】

CPU 是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，架構(gòu)是 CPU 的基石

美國(guó)太平洋時(shí)間 2020 年 9 月 13 日，美國(guó)圖形處理器和人工智能芯片巨頭英偉達(dá)（NVDA US，無(wú)評(píng)級(jí)）在官網(wǎng)宣布計(jì)劃以總價(jià)為 400 億美元的英偉達(dá)股票和現(xiàn)金從日本的軟銀和 軟銀愿景基金收購(gòu)全球最大處理器內(nèi)核 IP（Intellectual Property）供應(yīng)商 ARM Limited。據(jù) ARM 官網(wǎng)介紹，全球超過(guò) 95%的智能手機(jī)基于 ARM IP 開(kāi)發(fā)，中美貿(mào)易摩擦的時(shí)代背 景下，繼 X86 架構(gòu)被美國(guó)牢牢掌控之后，ARM 架構(gòu)或同時(shí)被美國(guó)公司掌控，引發(fā)市場(chǎng)對(duì) 中國(guó)缺少自主處理器架構(gòu)和芯片產(chǎn)業(yè)鏈安全廣泛關(guān)注。

因此，我們對(duì)處理器發(fā)展史、ARM 公司、ARM 與中國(guó)的合作以及處理器架構(gòu)自主可控發(fā) 展等方面進(jìn)行研究分析，我們認(rèn)為中國(guó)芯片公司和 ARM 在移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代合作中實(shí)現(xiàn)雙贏， 國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)、多媒體領(lǐng)域 SoC 達(dá)到世界領(lǐng)先，高端 32 位 MCU 實(shí)現(xiàn)了突破。未來(lái)智慧 物聯(lián)時(shí)代帶來(lái)極為豐富的應(yīng)用場(chǎng)景和智能設(shè)備需求，基于 ARM 架構(gòu)的國(guó)產(chǎn) MCU、SoC 應(yīng)用有廣闊的發(fā)展空間。同時(shí)，我們認(rèn)為英偉達(dá)收購(gòu) ARM 或?qū)⒅厮苋蛐酒a(chǎn)業(yè)格局， 在中美貿(mào)易摩擦背景下，ARM 架構(gòu)因其技術(shù)和市場(chǎng)地位有成為管制技術(shù)的潛在可能性。我們認(rèn)為這種不確定性或?qū)⒋碳ぶ袊?guó)自主化進(jìn)程提速。RISC-V 架構(gòu)憑借開(kāi)源和開(kāi)放等優(yōu) 點(diǎn)，有望成為中國(guó) AIoT 領(lǐng)域自主可控處理器架構(gòu)的最佳選擇。

X86 架構(gòu)是目前唯一的主流復(fù)雜指令集，壟斷個(gè)人計(jì)算機(jī)和服務(wù)器處理器市場(chǎng)。X86 架構(gòu) 是英特爾公司在 1978 年發(fā)布。在過(guò)去四十多年，x86 家族不斷壯大，從桌面轉(zhuǎn)戰(zhàn)筆記本、 服務(wù)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)。目前，X86 架構(gòu)授權(quán)被英特爾、超微半導(dǎo)體（AMD US，無(wú)評(píng)級(jí)） 和臺(tái)灣威盛三家把持。其中，英特爾和 AMD 的 X86 處理器在桌面電腦和筆記本市場(chǎng)占據(jù) 主導(dǎo)地位。據(jù) 2017 年 IDC 的報(bào)告統(tǒng)計(jì)，X86 處理器在服務(wù)器市場(chǎng)占有率也高達(dá) 96%。根 據(jù) Mercury Research 統(tǒng)計(jì)，2019 年臺(tái)灣威盛僅占有 0.1%的 X86 桌面處理器市場(chǎng)份額

ARM 指令集架構(gòu)作為目前最成功 RISC 架構(gòu)，主導(dǎo)了智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)芯片處理器市場(chǎng)。 根據(jù)英偉達(dá)公告，基于 ARM 架構(gòu)的芯片已累計(jì)出貨 1800 億顆。ARM 架構(gòu)處理器在智能 手機(jī)芯片、車(chē)載信息芯片、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)微控制器等領(lǐng)域占到 90%以上市場(chǎng)份額。90 年代，MIPS 和 Alpha 作為知名 RISC 在與 X86 競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算機(jī)市場(chǎng)中失敗，又在錯(cuò)過(guò)智能 終端高速發(fā)展的機(jī)遇中走向衰弱。2010 年發(fā)布的 RISC-V 作為從發(fā)明伊始即以開(kāi)源為最 大特色的 RISC ISA 受到全球?qū)W界、產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。全球頂級(jí)學(xué)府、科研機(jī)構(gòu)、芯片 巨頭紛紛參與，各國(guó)政府出臺(tái)政策支持 RISC-V 的發(fā)展和商業(yè)化。RISC-V 有望成為 X86 和 ARM 之后 ISA 第三極。

處理器微架構(gòu)是指令集架構(gòu)的物理實(shí)現(xiàn)

馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。1946 年美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾伊曼提出存儲(chǔ)程 序原理，把程序本身當(dāng)作數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)待，程序和該程序處理的數(shù)據(jù)用同樣的方式存儲(chǔ)，并確 定了存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)的五大組成部分和基本工作方法。馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)主要由 CPU、 存儲(chǔ)器（Memory）和輸入輸出設(shè)備（I/O Device）組成。在該體系結(jié)構(gòu)下，指令和數(shù)據(jù)需 要從同一存儲(chǔ)空間存取，經(jīng)由同一總線傳輸，無(wú)法重疊執(zhí)行。馮·諾依曼體系的 CPU 工 作分為 5 個(gè)階段：取指令階段（instruction fetch）、指令譯碼階段（instruction decode）、 執(zhí)行指令階段（execute）、訪存取數(shù)（read memory）和結(jié)果寫(xiě)回（write back）。

哈佛結(jié)構(gòu)是另一種主要計(jì)算機(jī)架構(gòu)體系。與馮諾依曼處理器相比，哈佛結(jié)構(gòu)的指令和數(shù)據(jù) 存在兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊，使用兩條獨(dú)立的總線連接 CPU 和存儲(chǔ)模塊。而在改進(jìn) 型哈佛結(jié)構(gòu)（Modified Harvard Architecture）中，指令和數(shù)據(jù)存在兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器 模塊，但是共用地址和數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)代的復(fù)雜芯片上，已經(jīng)看到純粹的馮·諾伊曼體系或 者哈佛體系，而大多數(shù)能看到是兩者融合或者并存的體系。

實(shí)現(xiàn)指令集架構(gòu)的物理電路被稱(chēng)為處理器的微架構(gòu)（Micro-architecture）。因此，通俗來(lái) 講處理器架構(gòu)就是處理器電路。通常，具備獨(dú)立設(shè)計(jì)處理器微架構(gòu)的企業(yè)被認(rèn)為有處理器 研發(fā)能力。大多數(shù)情況下，一種處理器的微架構(gòu)是針對(duì)一種特定指令集架構(gòu)進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn)。少部分處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)為了更好的兼容性，會(huì)在電路設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)指令集架構(gòu)。雖然， 指令集架構(gòu)可以授權(quán)給多家企業(yè)，但微架構(gòu)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，也就是對(duì)指令的物理實(shí)現(xiàn)方式是 各家廠商絕對(duì)保密的。由于處理器的功能要求、使用場(chǎng)景不同、各家企業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)的差異 等因素，即使基于同一指令集架構(gòu)，各個(gè)企業(yè)也會(huì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)出不同的處理器架構(gòu)。

在計(jì)算機(jī)時(shí)代，英特爾和 AMD 等主要處理器廠商研發(fā)處理器架構(gòu)僅供應(yīng)自家處理器芯片。作為壟斷個(gè)人電腦和服務(wù)器的 X86 架構(gòu)陣營(yíng)，英特爾和 AMD 繼續(xù)延續(xù)只為自家處理器芯 片設(shè)計(jì)供應(yīng)處理器內(nèi)核的模式。2016 年，AMD 和中國(guó)服務(wù)器企業(yè)海光合作，授權(quán)給海光 的 Zen 架構(gòu)正是處理器微架構(gòu)。這個(gè)授權(quán)物實(shí)際就是 AMD 根據(jù) X86 架構(gòu)設(shè)計(jì)完成的處理 器電路，并不是 X86 指令集架構(gòu)。即使是以這種 IP 授權(quán)方式的合作，在 X86 陣營(yíng)中也是 極少的個(gè)例。

在智能移動(dòng)設(shè)備興起的近 20 年，以 ARM 模式為代表的內(nèi)核微架構(gòu) IP 授權(quán)模式興起。ARM 開(kāi)發(fā)內(nèi)核微架構(gòu)后，將它們以 IP 形式上架出售，芯片廠商以 ARM 授權(quán)的內(nèi)核為基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 芯片使用或?qū)ν怃N(xiāo)售?；?ARM 精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)的 ARM 內(nèi)核微架構(gòu) IP 選擇多樣、設(shè)計(jì) 精簡(jiǎn)可靠、在低功耗領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異，這種授權(quán)模式在以手機(jī)、平板為代表的移動(dòng)終端芯片、 機(jī)頂盒、視頻監(jiān)控等應(yīng)用媒體芯片等應(yīng)用為代表移動(dòng)智能領(lǐng)域獲得廣泛的成功。ARM 因 此也成為移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的處理器 IP 授權(quán)霸主。

產(chǎn)業(yè)分工細(xì)化，ARM 成為處理器 IP 授權(quán)領(lǐng)域王者

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)垂直分工催生芯片 IP 產(chǎn)業(yè)

20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，信息產(chǎn)業(yè)核心從個(gè)人計(jì)算機(jī)向手機(jī)產(chǎn)業(yè)過(guò)渡，信息時(shí)代從互聯(lián)網(wǎng)為 主體的階段向移動(dòng)互聯(lián)階段過(guò)渡。智能移動(dòng)終端和智能多媒體產(chǎn)品更加復(fù)雜多樣，對(duì)芯片 功能和性能需求差異化增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。另一方面，隨著摩爾定律推進(jìn)，先進(jìn)工藝制 程芯片設(shè)計(jì)研發(fā)資源和成本持續(xù)增加。根據(jù) 2020 年 IBS 報(bào)告預(yù)測(cè)，一款先發(fā)使用 5nm 制 程芯片設(shè)計(jì)成本將高達(dá) 4.97 億美元,相比 16nm 增長(zhǎng)多達(dá) 5 倍；即使 5nm 將來(lái)成為成熟制 程，單款芯片設(shè)計(jì)成本也將高達(dá) 2.5 億美元，接近 7nm 的先發(fā)芯片設(shè)計(jì)成本。全球半導(dǎo) 體產(chǎn)業(yè)在 fabless+foundry+OSAT（無(wú)晶圓設(shè)計(jì)+晶圓代工+封裝測(cè)試）的分工大趨勢(shì)下繼 續(xù)細(xì)化分工，芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步拆分出芯片 IP（Intellectual Property）產(chǎn)業(yè)。

半導(dǎo)體 IP（Intellectual Property）指已驗(yàn)證的、可重復(fù)利用的、具有某種確定功能的集成 電路模塊。IP 供應(yīng)商專(zhuān)注開(kāi)發(fā) IP 微架構(gòu)，通過(guò)收取 IP 架構(gòu)授權(quán)費(fèi)、版稅進(jìn)行盈利。設(shè)計(jì) 公司在芯片設(shè)計(jì)中將得到授權(quán)的 IP 直接集成到芯片中實(shí)現(xiàn)功能，避免重新開(kāi)發(fā)。根據(jù) Markets and Markets 預(yù)測(cè),半導(dǎo)體 IP 市場(chǎng)到 2024 年將達(dá)到 65 億美元規(guī)模，市場(chǎng)增長(zhǎng)的 推動(dòng)因素是消費(fèi)電子領(lǐng)域不斷進(jìn)步的多核技術(shù)和現(xiàn)代 SoC 設(shè)計(jì)領(lǐng)域持續(xù)增加的需求。根 據(jù) IP 功能細(xì)分，處理器 IP 占據(jù)整最大的 IP 市場(chǎng)份額，根據(jù) IPnest 統(tǒng)計(jì)，2019 年包括 CPU、GPU、NPU、VPU、DSP 和 ISP 六大類(lèi)處理器 IP 占全市場(chǎng) 51%份額。

ARM 與移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代互相成就

ARM 英文全稱(chēng) Advanced RISC Machines，總部位于英國(guó)劍橋。該公司成立于 1990 年 11 月，是蘋(píng)果電腦，Acorn 電腦集團(tuán)和 VLSI Technology 的合資公司。ARM 不制造芯片， 也不銷(xiāo)售實(shí)際的芯片給終端客戶(hù)，而是通過(guò)授權(quán)其 RISC ISA 和處理器設(shè)計(jì)方案，由合作 伙伴生產(chǎn)出各具特色的芯片。ARM 公司利用架構(gòu)授權(quán)的模式與伙伴達(dá)成雙贏，迅速成了 全球性的精簡(jiǎn)指令集微處理器標(biāo)準(zhǔn)的締造者。2016 年 7 月，日本軟銀（Softbank）宣布 斥資 243 億英鎊收購(gòu) ARM 公司，但在業(yè)務(wù)上仍然保持獨(dú)立運(yùn)營(yíng)。

ARM 憑借在通用處理器 IP 領(lǐng)域壟斷優(yōu)勢(shì)，在 IP 營(yíng)收上穩(wěn)居全球 IP 供應(yīng)商排名榜首?；?于 ARM 指令集開(kāi)發(fā)的 ARM 處理器內(nèi)核被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、電視機(jī)、汽車(chē)、智能家 居、智慧城市和可穿戴等設(shè)備上。據(jù)軟銀 2017 年世界大會(huì)公布的 ARM 市場(chǎng)份額顯示， 超過(guò) 99%的智能手機(jī)、調(diào)制解調(diào)器，超過(guò) 95%的車(chē)載信息設(shè)備和超過(guò) 90%的可穿戴設(shè)備 搭載了 ARM 架構(gòu)處理器。

ARM 不出售芯片只授權(quán)架構(gòu)，商業(yè)模式開(kāi)創(chuàng)半導(dǎo)體行業(yè)先河

作為半導(dǎo)體企業(yè)，ARM 獨(dú)特的商業(yè)模式是不設(shè)計(jì)和制造整芯片，而是專(zhuān)注處理器內(nèi)核架 構(gòu)的授權(quán)。ARM 一直以來(lái)保持作為處理器 IP 供應(yīng)商的中立地位。中立地位幫助 ARM 通 過(guò)架構(gòu)授權(quán)廣泛推廣了基于 ARM 架構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)。ARM 處理器架構(gòu)授權(quán)主要分為指令集 授權(quán)和處理器架構(gòu)授權(quán)兩個(gè)層次：一是 ARM 指令集架構(gòu)授權(quán)，二是 ARM 處理器架構(gòu)授 權(quán)。公司收入來(lái)源包括：1）對(duì)半導(dǎo)體公司的授權(quán)費(fèi)用，一定時(shí)間范圍內(nèi)是一次性的；2） 半導(dǎo)體公司向其他客戶(hù)銷(xiāo)售芯片的 royalty 費(fèi)用，客戶(hù)每生產(chǎn)一顆芯片 ARM 都有一定百分 點(diǎn)的版稅收入；3）向半導(dǎo)體公司、用戶(hù)提供技術(shù)咨詢(xún)服務(wù)的費(fèi)用。

ARM 通過(guò)指令集架構(gòu)授權(quán)在技術(shù)上與合作伙伴互相緊密對(duì)接

ARM 指令集架構(gòu)授權(quán)指 ARM 將 ARM RISC 精簡(jiǎn)指令集授權(quán)給受讓方。受讓方可以對(duì) ARM 指令集進(jìn)行大幅度改造，甚至可以對(duì) ARM 指令集進(jìn)行擴(kuò)展或縮減。之后，受讓方根 據(jù)自己改進(jìn)過(guò)的指令集研發(fā)處理器架構(gòu)，從而在根源上做到了對(duì)處理器架構(gòu)的差異化設(shè)計(jì)， 保持對(duì)自研芯片的掌控力，達(dá)成獨(dú)特競(jìng)爭(zhēng)力同時(shí)又兼容 ARM 的完善生態(tài)環(huán)境。而 ARM 在這種合作模式中與合作伙伴結(jié)成高度緊密的技術(shù)合作關(guān)系。

蘋(píng)果的 A 系列處理器是基于 ARM 指令集架構(gòu)授權(quán)自研內(nèi)核的成功典范。2012 年 9 月， 蘋(píng)果隨 iPhone5 上市發(fā)布了 A6 處理器 SoC，這顆 SoC 基于 ARMv7 架構(gòu)打造的 Swift 內(nèi) 核微架構(gòu)開(kāi)啟了蘋(píng)果基于 ARM 架構(gòu)自研處理器內(nèi)核的序幕。2013 年 9 月，蘋(píng)果率先發(fā)布 搭載基于 ARMv8 架構(gòu)研發(fā)的 64 位 Cyclone 架構(gòu)的雙核 A7 處理器。A7 作為世界首款 64 位智能手機(jī)處理器，在性能表現(xiàn)力壓還在 32 位四核方案上競(jìng)爭(zhēng)的安卓陣營(yíng)。蘋(píng)果 A 系列 處理器內(nèi)核性能力壓所有安卓陣營(yíng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手序幕由此開(kāi)啟，并延續(xù)至今。2020 年，蘋(píng)果 宣稱(chēng)新發(fā)布的 A14 Bionic 芯片性能已經(jīng)堪比部分筆記本處理器。

蘋(píng)果在今年 WWDC2020 宣布 Mac 電腦將轉(zhuǎn)向使用公司自主開(kāi)發(fā)的基于 ARM 架構(gòu)處理器。我們認(rèn)為，蘋(píng)果結(jié)束與英特爾長(zhǎng)達(dá) 15 年的合作，轉(zhuǎn)而使用自研 ARM 處理器最重要目的是 進(jìn)一步封閉蘋(píng)果的軟硬件生態(tài)。蘋(píng)果希望如同 iPhone 的成功一樣，從硬件上得到充分自 主，做到差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。從 ARM 角度來(lái)看，蘋(píng)果一旦成功也將幫助 ARM 實(shí)現(xiàn)一直以 來(lái)希望撕開(kāi) X86 壟斷的個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)的野心。

ARM 提供多樣化處理器內(nèi)核 IP 授權(quán)，與生態(tài)伙伴實(shí)現(xiàn)雙贏

ARM 處理器架構(gòu)授權(quán)指 ARM 將自行設(shè)計(jì)的處理器內(nèi)核 IP 授權(quán)給客戶(hù)?？蛻?hù)可以直接將 內(nèi)核 RTL（Register Transition Level）代碼在芯片前端設(shè)計(jì)時(shí)集成在芯片處理器模塊中?？蛻?hù)也可以對(duì)處理器緩存、核數(shù)、頻率進(jìn)行配置。通過(guò)系統(tǒng)總線與其他的功能模塊、外設(shè) 接口、主存儲(chǔ)接口模塊等連接，生成完整的芯片。ARM 為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供多樣化的家 族化處理器 IP 解決方案，覆蓋高性能計(jì)算、高性能實(shí)時(shí)、低功耗嵌入式、云端計(jì)算、硬 件安全和高性能機(jī)器學(xué)習(xí)等場(chǎng)景。ARM 的處理器 IP 授權(quán)模式為合作伙伴提供可靠處理器 的同時(shí)降低芯片開(kāi)發(fā)成本，推動(dòng)應(yīng)用的創(chuàng)新。而廣泛的合作伙伴豐富了 ARM 的生態(tài)，奠 定 ARM 在智能時(shí)代中智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域處理器主導(dǎo)地位。

ARM Cortex 系列處理器內(nèi)核是 ARM 家族中占據(jù)處理器 IP 市場(chǎng)的核心系列。其中， Cortex-A 系列面向高性能計(jì)算需求、運(yùn)行豐富操作系統(tǒng)和程序任務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域。例如智能 手機(jī)、平板電腦、機(jī)頂盒、數(shù)字電視、路由器和監(jiān)控 SoC 芯片等。Cortex-A 目前有 A7x 系列為代表的性能大核產(chǎn)品線和 A5x 系列為代表低功耗小核產(chǎn)品線。

現(xiàn)代多核 SoC 為了兼顧性能峰值表現(xiàn)和低功耗，經(jīng)常同時(shí)集成一定數(shù)量大核和小核。其 中大核運(yùn)行短時(shí)間的高性能需求任務(wù)；小核運(yùn)行低性能需求的任務(wù)或者在待機(jī)狀態(tài)支持背 景任務(wù)運(yùn)行。目前，除了蘋(píng)果自研處理器內(nèi)核以外，以高通、海思、聯(lián)發(fā)科為首的安卓智 能機(jī) SoC 芯片設(shè)計(jì)企業(yè)都采用 Cortex-A7x 和 A5x 搭配作為內(nèi)核集合（cluster）配置。其 中，高通和華為會(huì)在架構(gòu)上做不同程度的優(yōu)化。

相比 Cortex-A 處理器內(nèi)核，Cortex-M 處理器內(nèi)核被設(shè)計(jì)成面積更小，能效比更高。通常 這些處理器的流水線很短，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，最高時(shí)鐘頻率很低，功耗表現(xiàn)優(yōu)異。Cortex-M 系 列在目前智能互聯(lián)時(shí)代應(yīng)用前景非常廣闊，覆蓋智能測(cè)量、人機(jī)接口設(shè)備、汽車(chē)和工業(yè)控 制系統(tǒng)、大型家用電器、消費(fèi)性產(chǎn)品和醫(yī)療器械等應(yīng)用需求，Cortex-M 在目前全球 32 位 MCU 市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。Cortex-R 處理器是面向?qū)崟r(shí)應(yīng)用的高性能處理器系列，運(yùn)行在 比較高的時(shí)鐘頻率，其響應(yīng)延遲非常低。主要應(yīng)用于硬盤(pán)控制器，汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)和無(wú)線通 訊的基帶控制等領(lǐng)域。

ARM 助力國(guó)產(chǎn)芯片質(zhì)與量雙擊，收購(gòu)案或刺激自主可控提速

智能移動(dòng)設(shè)備普及，ARM Cortex-A 助力國(guó)產(chǎn)智能終端 SoC 崛起

根據(jù) CINNO Research 發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，2020 年上半年，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)智能機(jī)銷(xiāo)量約 1.4 億部，其中華為（含榮耀）市場(chǎng)份額達(dá)到 40.2%。另?yè)?jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu) Counterpoint 發(fā)布的 報(bào)告顯示，2020Q2海思麒麟芯片占據(jù)41%的國(guó)內(nèi)智能手機(jī)芯片市場(chǎng)份額，成為國(guó)內(nèi)第一。同時(shí)，海思麒麟芯片在全球智能機(jī)芯片市場(chǎng)份額提升到 16%，超過(guò)蘋(píng)果和三星。近年來(lái)華 為手機(jī)質(zhì)和量形成雙擊，特別是旗艦手機(jī)得到全球市場(chǎng)廣泛認(rèn)可。除去全球疫情蔓延和美 國(guó)打壓帶來(lái)的國(guó)貨消費(fèi)潮等偶然因素，我們認(rèn)為內(nèi)在主因是基于硬件上的自主創(chuàng)新獲得的 用戶(hù)體驗(yàn)提升和形成差異化競(jìng)爭(zhēng)。搭載 ARM 處理器的華為海思自研的麒麟芯片是一系列 硬件創(chuàng)新的核心之一。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) fabless+foundry+OSAT 分工體系從工程上成就了包括麒麟芯片在內(nèi)的海思芯 片的成功。華為對(duì)海思不斷持續(xù)巨額投入帶來(lái)的芯片設(shè)計(jì)能力提升成功對(duì)接全球最先進(jìn)的 制程工藝和封裝工藝。而在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，ARM 的處理器 IP 授權(quán)模式成為歷代麒麟芯片 成功的重要因素之一。ARM 的授權(quán)模式對(duì)麒麟芯片積極影響有以下幾方面：一是在創(chuàng)業(yè) 初期，ARM 的授權(quán)模式可以幫助作為后發(fā)者的海思在處理器內(nèi)核性能上直接拉到和安卓 陣營(yíng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手同一個(gè)層級(jí)。二是對(duì)于 ARM 在智能手機(jī)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，使海思自研手機(jī) 芯片能夠借助 ARM 完善的生態(tài)，幫助華為手機(jī)快速進(jìn)入主流智能機(jī)市場(chǎng)。三是基于消費(fèi) 電子市場(chǎng)的特點(diǎn)，ARM 的處理器授權(quán)有效縮短了包括海思在內(nèi)的企業(yè)開(kāi)發(fā)周期和成本。

除了基于 ARM 公版內(nèi)核架構(gòu)開(kāi)發(fā)芯片以外，華為已經(jīng)具備基于 ARM 指令集架構(gòu)的處理 器內(nèi)核開(kāi)發(fā)能力。海思在麒麟 990 官方發(fā)布和配置表都宣稱(chēng)為使用“基于 A76”（A76 Based） 內(nèi)核，顯示海思已經(jīng)對(duì) ARM 處理器內(nèi)核和指令集有深入了解，掌握了自行對(duì)架構(gòu)修改的 能力。2019 年 1 月，華為跟進(jìn)一步發(fā)布自研服務(wù)器芯片鯤鵬 920。該服務(wù)器芯片搭載了 64 顆海思基于 ARMv8 架構(gòu)自研的泰山內(nèi)核。整體服務(wù)器性能較市場(chǎng)現(xiàn)有競(jìng)品提升 20%。2019 年 5 月，華為宣布獲得 ARMv8 架構(gòu)永久授權(quán)，并且強(qiáng)調(diào)華為海思有持續(xù)自行開(kāi)發(fā)設(shè) 計(jì)基于 ARM 授權(quán)架構(gòu)的處理器。

近年來(lái)，智能手機(jī) SoC 以外的國(guó)產(chǎn)智能終端 SoC 芯片也借助 Cortex-A 系列處理器 IP 逐 步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。國(guó)產(chǎn)搭載 ARM 架構(gòu)處理器的 SoC 涵蓋了智能高清機(jī)頂盒、IPC、網(wǎng)絡(luò) 攝像頭、車(chē)載娛樂(lè)信息設(shè)備等。根據(jù)格蘭研究院數(shù)據(jù)，2018 年華為海思和晶晨股份（688099， 無(wú)評(píng)級(jí)）分別占據(jù)國(guó)內(nèi) 60.7%和 32.6%的 IPTV/OTT 機(jī)頂盒芯片市場(chǎng)。而在 2013 年，歐 洲芯片巨頭意法半導(dǎo)體還占據(jù)國(guó)內(nèi)機(jī)頂盒芯片市場(chǎng) 30%以上。在安防領(lǐng)域，以海思為代表 的國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)實(shí)現(xiàn) IPC 芯片實(shí)現(xiàn)低端替代到全檔次布局。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代 MCU 需求提升，本土廠商借助 ARM Cortex-M 卡位高端市場(chǎng)

根據(jù) IC Insights 數(shù)據(jù)，2019 年 MCU 全球銷(xiāo)售額為 164 億美元。產(chǎn)品主要用于汽車(chē)電子、 工控/醫(yī)療、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和消費(fèi)電子等領(lǐng)域，占比分別為 33%、25%、23%和 11%。IC Insights 同時(shí)預(yù)計(jì) MCU 在經(jīng)歷 2019 年和 2020 年下滑后，將在 2021 年出現(xiàn)溫和復(fù)蘇，銷(xiāo)售額將 增長(zhǎng) 5%至 157 億美元，其次是 2022 年將同比增長(zhǎng) 8%，2023 年將同比增長(zhǎng) 11%。屆時(shí) MCU 收入將創(chuàng)下 188 億美元的新高。全球 MCU 市場(chǎng)主要由瑞薩電子（日本）、恩智浦（荷 蘭）、英飛凌（德國(guó)）、微芯科技（美國(guó)）、三星電子（韓國(guó)）、意法半導(dǎo)體（意法）、賽普 拉斯（美國(guó)）占據(jù)。

根據(jù) HIS 和 ASPENCORE 數(shù)據(jù)，2019 年中國(guó) MCU 市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 256 億人民幣。中國(guó) MCU 應(yīng)用市場(chǎng)主要集中在家電/消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、汽車(chē)電子、智能卡、工控等領(lǐng)域， 市場(chǎng)占比分別為 25.6%、18.4%、16.2%、15.3%和 11.2%。受益于國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)和新能源 車(chē)行業(yè)的增長(zhǎng)領(lǐng)先于全球，中國(guó) MCU 市場(chǎng)規(guī)模在 2008 年到 2018 年間 CAGR 為 7.2%， 領(lǐng)先全球。同時(shí)，HIS 預(yù)計(jì) 2022 年，中國(guó) MCU 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 319 億人民幣，增速繼 續(xù)超過(guò)全球。預(yù)計(jì) 2020 年國(guó)產(chǎn) MCU 廠商的銷(xiāo)售額將達(dá)到 148 億元人民幣，占整個(gè)中國(guó) MCU 市場(chǎng)的 55%。

ARM Cortex-M 處理器助力國(guó)內(nèi)廠商卡位 MCU 市場(chǎng)的價(jià)值鏈上游。目前，國(guó)內(nèi) MCU 廠 商在消費(fèi)電子、智能卡和水電煤氣儀表等中低端應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。隨著物聯(lián)網(wǎng)終端 需求推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代任務(wù)的復(fù)雜化對(duì)計(jì)算能力的要求將使 MCU 往 16 或 32 位設(shè)計(jì)。32 位 MCU 是基于未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)發(fā)展方向。既滿(mǎn)足廠商上述要求又具有豐富生態(tài)系統(tǒng)資 源的 ARM Cortex-M 系列處理器內(nèi)核成為 32 位 MCU 內(nèi)核市場(chǎng)主導(dǎo)。兆易創(chuàng)新、中穎電 子等國(guó)內(nèi) MCU 廠商也紛紛借助基于 ARM Cortex-M 系列處理器的 32 位 MCU 積極布局國(guó) 內(nèi)中高端市場(chǎng)，向產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈上游卡位。國(guó)產(chǎn) 32 位 MCU 已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入國(guó)外傳統(tǒng)廠商所 壟斷的高端 MCU 市場(chǎng)。

作為國(guó)產(chǎn) IC設(shè)計(jì)領(lǐng)軍企業(yè)，兆易主要提供基于 ARM Cortex-M 系列 32 位通用 MCU 產(chǎn)品， 其 GD32 是 ARM? Cortex-M3 及 Cortex-M4 內(nèi)核通用 MCU 產(chǎn)品系列，也是目前中國(guó) 32 位通用 MCU 主流產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、人機(jī)互動(dòng)、電機(jī)控制、安防家弄、智能 家居家電及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。根據(jù)公司 2020 年中報(bào)，兆易 MCU 產(chǎn)品包括 330 余個(gè)產(chǎn)品型 號(hào)、23 個(gè)產(chǎn)品系列和 11 種不同封裝類(lèi)型，累計(jì)出貨已超過(guò) 4 億顆。2020 年 7 月，兆易 創(chuàng)新發(fā)布基于全新 Arm Cortex-M33 內(nèi)核的 GD32E5 系列高性能微控制器，確定以無(wú)線連 接、電池供電設(shè)備以及便攜式、可穿戴設(shè)備、汽車(chē)級(jí) MCU 幾大方向的產(chǎn)品路線。

ARM 收購(gòu)案重塑全球產(chǎn)業(yè)格局，自主替代或?qū)⒓铀?/span>

美國(guó)太平洋時(shí)間 2020 年 9 月 13 日，美國(guó)圖形處理器和人工智能芯片巨頭英偉達(dá)（NVDA US，無(wú)評(píng)級(jí)）在官網(wǎng)宣布計(jì)劃以總價(jià)為 400 億美元的英偉達(dá)股票和現(xiàn)金從日本的軟銀和 軟銀愿景基金收購(gòu)全球最大處理器 IP（Intellectual Property）供應(yīng)商 ARM Limited。英偉 達(dá)表示本次收購(gòu)計(jì)劃旨在結(jié)合英偉達(dá)大的人工智能技術(shù)和 ARM 龐大的計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)，推 動(dòng)英偉達(dá)成為從云端、智能手機(jī)、PC、自動(dòng)駕駛汽車(chē)和機(jī)器人深入到邊緣物聯(lián)網(wǎng)的全球 領(lǐng)先的 AI 公司。英偉達(dá)同時(shí)承諾延續(xù) ARM 的開(kāi)放式授權(quán)模式，保持其客戶(hù)中立性，并 利用 NVIDIA 技術(shù)擴(kuò)展 ARM 的 IP 授權(quán)組合。無(wú)論如何整合，作為世界最大的處理器 IP 供應(yīng)商 ARM 收購(gòu)案將重塑全球芯片產(chǎn)業(yè)格局。

中國(guó)智慧物聯(lián)市場(chǎng)前景廣闊，ARM 授權(quán)仍是雙贏選擇

“十三五”期間中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)，未來(lái)市場(chǎng)前景樂(lè)觀。中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的 《2020-2025 年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景及投資機(jī)會(huì)研究報(bào)告》預(yù)計(jì)，2020 年中國(guó)物聯(lián) 網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將突破 2 萬(wàn)億，達(dá)到 22165 億元，“十三五”期間年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 24%。另 根據(jù)工信部數(shù)據(jù)顯示，截至 2018 年 6 月底，全國(guó)物聯(lián)網(wǎng)終端用戶(hù)已達(dá) 4.65 億戶(hù)。預(yù)計(jì)智 能消費(fèi)設(shè)備的普及以及人工智能技術(shù)的應(yīng)用在未來(lái)仍將支撐中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的穩(wěn)步增長(zhǎng) 趨勢(shì)。

同時(shí)，中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長(zhǎng)。根據(jù)艾媒咨詢(xún)發(fā)布的《2020 上半年中國(guó)人工智 能產(chǎn)業(yè)專(zhuān)題研究報(bào)告》顯示，預(yù)計(jì) 2020 年國(guó)內(nèi)人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過(guò) 1500 億元， 同比增長(zhǎng)率達(dá)到 26.2％。截至 2020 年 6 月，全國(guó)已有 24 個(gè)省市發(fā)布了人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā) 展規(guī)劃，其中有 18 個(gè)制定了具體的產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展目標(biāo)，這 18 個(gè)省市 2020 年的人工智能 核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模目標(biāo)達(dá)到近 4000 億，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家制定的 1500 億。

我們認(rèn)為中國(guó)作為全球最大的電子和半導(dǎo)體市場(chǎng)，是目前 ARM 生態(tài)中的國(guó)內(nèi)芯片廠商短 期不會(huì)受到收購(gòu)案的沖擊的最有利因素。首先，英偉達(dá)為了實(shí)現(xiàn)繼續(xù)保持 ARM 在處理器 IP 授權(quán)的主導(dǎo)地位，兌現(xiàn) ARM 中立性的承諾是成功的關(guān)鍵。其次，無(wú)論是從商業(yè)直接收 益角度，還是維持并擴(kuò)展 ARM 產(chǎn)業(yè)生態(tài)，英偉達(dá)和 ARM 都不會(huì)錯(cuò)過(guò)中國(guó)廣闊的智慧物 聯(lián)、人工智能市場(chǎng)。另外，由于中國(guó)在全球市場(chǎng)的地位，中國(guó)反壟斷監(jiān)管部門(mén)的審批或?qū)?ARM 收購(gòu)案成功與否的決定因素之一。我們認(rèn)為中美貿(mào)易摩擦和收購(gòu)案導(dǎo)致半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) 集中度大幅提升兩大重要因素或致使收購(gòu)案在通過(guò)中國(guó)反壟斷審查的曲折程度超過(guò) 2018 年高通-恩智浦收購(gòu)案。倪光南院士公開(kāi)預(yù)測(cè)中國(guó)商務(wù)部會(huì)否決本收購(gòu)案。

ARM 收購(gòu)案或帶來(lái)技術(shù)供應(yīng)不穩(wěn)定性，國(guó)產(chǎn)處理器或?qū)⒓铀僮灾骺煽靥幚砥靼l(fā)展

我們認(rèn)為 ARM 指令集架構(gòu)和處理器內(nèi)核架構(gòu)在移動(dòng)和智能物聯(lián)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)壟 斷地位有可能為美國(guó)的管制技術(shù)。目前，美國(guó)已經(jīng)在 X86 架構(gòu)、EDA 工具、晶圓代工的 設(shè)備、材料等多個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)扼住整個(gè)全球產(chǎn)業(yè)鏈。其中，作為壟斷個(gè)人計(jì)算機(jī)和 服務(wù)器的 X86 架構(gòu)完全掌握在英特爾手中，只授權(quán)給 AMD 和臺(tái)灣威盛兩家。英特爾和 AMD 過(guò)去數(shù)十年在 X86 架構(gòu)上的耕耘，已經(jīng)建立起了堅(jiān)固的專(zhuān)利墻。而 ARM 架構(gòu)和處 理器 IP 授權(quán)智能終端、工業(yè)、車(chē)載、家居物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域芯片處理器內(nèi)核的地位能夠進(jìn)一 步提升美國(guó)對(duì)整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的控制力。

因此，ARM 收購(gòu)案帶來(lái)的不穩(wěn)定性或刺激中國(guó)處理器自主化加速。結(jié)合過(guò)去幾年美國(guó)針 對(duì)中國(guó)頂尖科技企業(yè)進(jìn)行“實(shí)體清單”管制的案例分析，ARM 的技術(shù)管制和許可證制度 是有可能被實(shí)施到各細(xì)分領(lǐng)域具備挑戰(zhàn)美國(guó)科技實(shí)力的頂尖中國(guó)公司。從歷史來(lái)看，即使 中國(guó)廣闊的智慧物聯(lián)市場(chǎng)是美國(guó)企業(yè)繼續(xù)合作的最強(qiáng)動(dòng)力，但美國(guó)企業(yè)從來(lái)都是堅(jiān)決配合 執(zhí)行美國(guó)政府的出口管制。過(guò)去由于 X86 的計(jì)算機(jī)和服務(wù)器壟斷地位，國(guó)內(nèi)自主 CPU 突破方向是以計(jì)算機(jī)和服務(wù)器處理器芯片為主。我們認(rèn)為，ARM 的收購(gòu)案或?qū)⑼苿?dòng)國(guó)產(chǎn) CPU 研發(fā)向智能終端、工業(yè)互聯(lián)、車(chē)規(guī)車(chē)載、家居物聯(lián)網(wǎng)等 AIoT 領(lǐng)域芯片處理器全方面擴(kuò)展。

RISC-V 引產(chǎn)業(yè)關(guān)注，開(kāi)源模式賦予國(guó)內(nèi)處理器換道超車(chē)機(jī)會(huì)

RISC-V 是新興精簡(jiǎn)指令集，開(kāi)源模式吸引關(guān)注

2011 年，新興的開(kāi)源架構(gòu) RISC-V 出現(xiàn)引起全球處理器產(chǎn)學(xué)研關(guān)注。RISC-V 是一種簡(jiǎn)單、 開(kāi)放、免費(fèi)的全新精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，其最大的特點(diǎn)是“開(kāi)放”。它的開(kāi)放性允許它可以自 由地被用于任何目的、允許任何人設(shè)計(jì)、制造和銷(xiāo)售基于 RISC-V 的芯片或軟件，這種開(kāi) 放性在處理器領(lǐng)域是徹底的第一次。RISC-V 起源于 2010 年加州大學(xué)伯克利分校的 David Patterson 教授與 Krste Asanovic 教授研究團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備啟動(dòng)一個(gè)新項(xiàng)目。項(xiàng)目需要選 擇一種處理器指令集。由于當(dāng)時(shí)已有的指令集 ARM、MIPS、SPARC、X86 存在設(shè)計(jì)越 來(lái)越復(fù)雜和知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題，因此他們開(kāi)始重新設(shè)計(jì)一套指令集。

伯克利大學(xué)團(tuán)隊(duì)在指令集發(fā)布同時(shí)決定將 RISC-V 指令集徹底開(kāi)放，使用 BSD License 開(kāi)源協(xié)議設(shè)計(jì)了開(kāi)源處理器核 Rocket Core。伯克利研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，指令集作為軟硬件接 口的一種說(shuō)明和描述規(guī)范，不應(yīng)該像 ARM、PowerPC、X86 等指令集那樣需要付費(fèi)授權(quán) 才能使用，而應(yīng)該開(kāi)放和免費(fèi)。他們選擇的 BSD 開(kāi)源協(xié)議給予使用者很大自由，允許使 用者修改和重新發(fā)布開(kāi)源代碼，也允許基于開(kāi)源代碼開(kāi)發(fā)商業(yè)軟件發(fā)布和銷(xiāo)售。因此 BSD 開(kāi)源協(xié)議對(duì)商業(yè)集成很友好，很多的企業(yè)在選用開(kāi)源產(chǎn)品時(shí)都會(huì)首選 BSD 開(kāi)源協(xié)議。

RISC-V 基金會(huì)于 2015 年由硅谷相關(guān)公司發(fā)起并成立，RISC-V 商業(yè)化進(jìn)入快車(chē)道。基金 會(huì)作為非盈利性組織，負(fù)責(zé) RISC-V 指令集架構(gòu)及其軟硬件生態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)化、保護(hù)和推廣。RISC-V 成立時(shí)基金會(huì)董事會(huì)來(lái)自 Bluespec、谷歌、Microsemi、英偉達(dá)、恩智浦半導(dǎo)體、 加州大學(xué)伯克利分校和西部數(shù)據(jù)的七名代表組成。據(jù) RISC-V 基金會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前已有來(lái)自 25 個(gè)國(guó)家的 210 多個(gè)機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)和個(gè)人加入。中國(guó)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)積極參與基金會(huì)，阿 里巴巴、華為、中興通訊和賽昉科技目前是基金會(huì)頂級(jí)成員。

RISC-V 架構(gòu)迎 AIoT 新機(jī)遇

由于長(zhǎng)期的發(fā)展，X86 和 ARM 形成了強(qiáng)大生態(tài)體系，RISC-V 在短期內(nèi)難以在計(jì)算機(jī)領(lǐng) 域和移動(dòng)互聯(lián)領(lǐng)域替代 X86 和 ARM。但在新興的 AIoT 時(shí)代，RISC-V 將迎來(lái)機(jī)遇。包括 ARM 在內(nèi)的 CPU 架構(gòu)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展演變，已變得極為復(fù)雜和冗繁。即使是作為精簡(jiǎn) 指令集的 ARM 架構(gòu)文檔也長(zhǎng)達(dá)數(shù)千頁(yè)。指令數(shù)目已經(jīng)日趨復(fù)雜，并且版本眾多，彼此之 間既不兼容，也不支持模塊化。另外現(xiàn)有主流指令集還存在著高昂的專(zhuān)利和架構(gòu)授權(quán)問(wèn)題。作為設(shè)計(jì)之初就定位為完全開(kāi)源架構(gòu)的 RISC-V，后發(fā)優(yōu)勢(shì)規(guī)避了計(jì)算機(jī)體系幾十年發(fā)展 的彎路。架構(gòu)文檔只有二百多頁(yè)，基本指令數(shù)目?jī)H 40 多條。模塊化使得用戶(hù)可根據(jù)需求 自由定制，配置不同的指令子集。

精簡(jiǎn)和靈活使新興的 RISC-V 架構(gòu)在智能物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)突破。智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT） 時(shí)代帶來(lái)的低延時(shí)大容量萬(wàn)億設(shè)備互聯(lián)，場(chǎng)景豐富、萬(wàn)物互聯(lián)、智能化將催生新的芯片市 場(chǎng)需求。但是豐富的應(yīng)用場(chǎng)景也導(dǎo)致 AIoT 市場(chǎng)呈現(xiàn)碎片化和多樣化，對(duì) CPU 的需求也極 為多樣?，F(xiàn)有的處理器設(shè)計(jì)并不能有效應(yīng)對(duì)。RISC-V 架構(gòu)的極致精簡(jiǎn)和靈活的架構(gòu)以及 模塊化的特性，可以針對(duì)不同應(yīng)用靈活修改指令集和芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)。相比之下使用 ARM 往往只能做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，很難實(shí)現(xiàn)差異化。此外，很多智能設(shè)備對(duì)于成本較敏感， RISC-V 架構(gòu)免費(fèi)授權(quán)的特點(diǎn)對(duì)于芯片廠商也非常重要。

市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu) Semico Research 研究結(jié)果顯示，預(yù)計(jì)到 2025 年，采用 RISC-V 架構(gòu)的芯 片數(shù)量將增至 624 億顆。在包括計(jì)算機(jī)，消費(fèi)者，通訊，運(yùn)輸和工業(yè)市場(chǎng)在內(nèi)的細(xì)分市場(chǎng)， 2018 年至 2025 年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 146%。Semico Research 與 RISC-V 基金會(huì)共同確 定了 34 個(gè)細(xì)分市場(chǎng)，并研究了每個(gè)市場(chǎng)的 CPU IP 內(nèi)核的總可用市場(chǎng)和 RISC-V IP 內(nèi)核 的服務(wù)可用市場(chǎng)，最終對(duì) 2025 年數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。研究認(rèn)為四個(gè)具有使用 RISC-V 內(nèi)核 的高價(jià)值機(jī)會(huì)是高性能多核 SoC、高性?xún)r(jià)比多核 SoC、基礎(chǔ) SoC 和 FPGA。

CPU 自主可控道阻且長(zhǎng)，發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)布局 RISC-V

我們認(rèn)為開(kāi)放和合作使 RISC-V 有潛力成為中國(guó)處理器自主可控的指令集架構(gòu)選擇。RISC-V 架構(gòu)開(kāi)源模式使該指令集架構(gòu)避免如 X86 和 ARM 被極少數(shù)公司控制，從而在架 構(gòu)源頭實(shí)現(xiàn)自主可控。廣闊的使用前景和未來(lái)潛在市場(chǎng)規(guī)模，吸引了全球著名企業(yè)、研究 機(jī)構(gòu)和高等學(xué)府積極合作，多方投入合作有望促進(jìn) RISC-V 產(chǎn)業(yè)鏈成熟和生態(tài)的完善。生 態(tài)繁榮的前景有利于國(guó)內(nèi)參與企業(yè)持續(xù)盈利，提高繼續(xù)投入積極性，進(jìn)入良性發(fā)展循環(huán)。樂(lè)觀的市場(chǎng)預(yù)期、成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和完善的開(kāi)發(fā)生態(tài)，是 RISC-V 成為主流指令集架構(gòu)，甚 至于成為 X86 和 ARM 外指令集架構(gòu)第三極的必備條件。

全面布局指令集架構(gòu)優(yōu)化、處理器內(nèi)核開(kāi)發(fā)和終端芯片設(shè)計(jì)，是真正實(shí)現(xiàn)處理器自主可控 的客觀要求。RISC-V 強(qiáng)調(diào)完全開(kāi)源的設(shè)計(jì)，并且讓取用者可任意加上專(zhuān)屬指令集，甚至 可以自由選擇將架構(gòu)封閉還是維持開(kāi)源。因此，雖然指令集架構(gòu)是開(kāi)源免費(fèi)，但是基于指 令集衍生的專(zhuān)利、內(nèi)核微架構(gòu)并不是開(kāi)源和免費(fèi)。目前，RISC-V 指令集和微架構(gòu)均已發(fā) 展出開(kāi)放免費(fèi)、可授權(quán)和封閉的三種知識(shí)產(chǎn)權(quán)模式。

目前，類(lèi)似于 ARM 商業(yè)模式的 RISC-V 內(nèi)核 IP 授權(quán)公司已經(jīng)興起。美國(guó) SiFive 由 RISC-V 創(chuàng)始人 Krste Asanovic 創(chuàng)立，是世界最大的 RISC-V 商業(yè)處理器 IP 授權(quán)公司。目前 SiFive 已完成 E 輪融資，股東除了專(zhuān)業(yè) VC 以外還有高通、西部數(shù)據(jù)、SK 海力士等半導(dǎo)體行業(yè) 巨頭。SiFive 產(chǎn)品已涵蓋 MCU、邊緣計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、存儲(chǔ)器、AR/VR、機(jī)器 學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。臺(tái)灣的晶心科技是另一家著名 RISC-V 內(nèi)核 IP 提供商。2020 年 10 月，瑞 薩半導(dǎo)體（Renesas）宣布開(kāi)始采用晶心旗下 AndesCore IP 32 位 RISC- V CPU 內(nèi)核開(kāi) 發(fā)新的特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

以中美貿(mào)易摩擦為鑒，安卓式的開(kāi)源陷阱需要被避免：谷歌利用安卓開(kāi)源免費(fèi)的框架，吸 引智能手機(jī)廠商使用安卓。再把 GMS（Google Mobile Service）閉源做成授權(quán)模式，成 為自己盈利模式。在美國(guó)對(duì)華為進(jìn)行“實(shí)體清單”制裁時(shí)，谷歌毫不猶豫停止 GMS 授權(quán)， 使華為智能手機(jī)因無(wú)法下載、更新、使用 Gmail、Youtube、Google Map 等廣泛普及的應(yīng) 用，在海外市場(chǎng)陷入被動(dòng)。

從處理器發(fā)展史來(lái)看，一款指令架構(gòu)的成功，不僅僅在于芯片設(shè)計(jì)成功，更需要完善的軟 硬件生態(tài)系統(tǒng)。英特爾推動(dòng)的 x86 架構(gòu)市場(chǎng)龐大，從傳統(tǒng) PC 到數(shù)據(jù)中心規(guī)模的服務(wù)器 都在使用基于 x86 架構(gòu)的處理器，同時(shí)相關(guān)軟件帶動(dòng)的應(yīng)用服務(wù)也有長(zhǎng)達(dá) 40 年的優(yōu)化 發(fā)展歷史。ARM 的 IP 授權(quán)模式已經(jīng)趨于完善，ARM 架構(gòu)已催生龐大的移動(dòng)和智能設(shè) 備市場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模，加上有 EDA 公司、晶圓代工廠、軟件公司在 ARM 生態(tài)上的鼎力支持， 盡管授權(quán)費(fèi)用高昂，各大芯片廠商依舊愿意進(jìn)行合作。目前，RISC-V 生態(tài)剛開(kāi)始起步， 操作系統(tǒng)、編譯器、開(kāi)發(fā)工具、EDA 工具等配套逐漸起步完善。推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的深度發(fā)展， 有利于吸引更多企業(yè)使用 RISC-V 架構(gòu)，將 RISC-V 打造成主流架構(gòu)。

AIoT 市場(chǎng)碎片化以及 RISC-V 架構(gòu)本身開(kāi)源靈活的特點(diǎn)，更需要國(guó)內(nèi)外通過(guò)開(kāi)放合作推 進(jìn) RISC-V 架構(gòu)向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。維護(hù) RISC-V 開(kāi)放合作，更有利于 RISC-V 良性發(fā)展， 積極參與全球合作，中國(guó)企業(yè)可以提高自身技術(shù)能力，提高中國(guó)在處理器領(lǐng)域話語(yǔ)權(quán)；積 極推進(jìn)國(guó)內(nèi)生態(tài)企業(yè)合作，有效整合資源，形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈，將自主可控處理器和龐大 豐富智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有效對(duì)接，形成雙擊。

AIoT 爆發(fā)在即，國(guó)內(nèi)多方面推進(jìn) RISC-V 發(fā)展

政策陸續(xù)出臺(tái)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

上海在國(guó)內(nèi)第一個(gè)出臺(tái)與 RISC-V 相關(guān)的扶持政策。2018 年 7 月，上海市經(jīng)信委發(fā)布《上 海市經(jīng)濟(jì)信息化委關(guān)于開(kāi)展 2018 年度第二批上海市軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)資金 （集成電路和電子信息制造領(lǐng)域）項(xiàng)目申報(bào)工作的通知》，將從事 RISC-V 相關(guān)設(shè)計(jì)和開(kāi) 發(fā)的公司作為扶持對(duì)象。2018 年 10 月，樂(lè)鑫 ESP32-Marlin 物聯(lián)網(wǎng)芯片項(xiàng)目入選擬支持 項(xiàng)目。2020 年 2 月，廣東省人民政府辦公廳印發(fā)的《加快半導(dǎo)體及集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若 干意見(jiàn)的通知》中，明確將 RISC-V（基于精簡(jiǎn)指令集原則的開(kāi)源指令集架構(gòu)）芯片設(shè)計(jì) 列入芯片設(shè)計(jì)重點(diǎn)發(fā)展方向。

產(chǎn)學(xué)研齊登場(chǎng)，積極投身國(guó)內(nèi)外合作

除了參與 RISC-V 基金會(huì)以外，中國(guó)的企業(yè)和科研院所在國(guó)內(nèi)外還以各類(lèi)技術(shù)共享平臺(tái)、 論壇、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等形式的參與合作。2018 年 10 月 17 日，由國(guó)內(nèi)外 RISC-V 領(lǐng)域重點(diǎn)企 業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、和行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)起成立中國(guó) RISC-V 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。聯(lián)盟秉承開(kāi)放、合作、平等、 互利的原則，致力于解決中國(guó) RISC-V 領(lǐng)域共同面對(duì)的關(guān)鍵問(wèn)題，建立中國(guó)國(guó)產(chǎn)自主、可 控、安全的 RISC-V 異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)，促進(jìn)形成貫穿 IP 核、芯片、軟件、系統(tǒng)、應(yīng)用等環(huán) 節(jié)的 RISC-V 產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。

2018 年 11 月 8 日，中國(guó)開(kāi)放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟在烏鎮(zhèn)舉行的第五屆世界互聯(lián)網(wǎng) 大會(huì)上宣布成立，聯(lián)盟理事長(zhǎng)由倪光南院士擔(dān)任。CRVA 聯(lián)盟旨在召集從事 RISC-V 指令 集、架構(gòu)、芯片、軟件和整機(jī)應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企事業(yè)單位及相關(guān)社會(huì)團(tuán)體，自愿組成 一個(gè)全國(guó)性、綜合性、聯(lián)合性和非營(yíng)利性的社團(tuán)組織。此聯(lián)盟將圍繞 RISC-V 指令集，整 合各方資源，通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研、用深度融合，力圖推進(jìn) RISC-V 生態(tài)在國(guó)內(nèi)的快速發(fā)展。同日，同樣在世界物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，RISC-V 基金會(huì)在宣布成立中國(guó)顧問(wèn)委員會(huì)將就 RISC-V 基金會(huì)的教育和應(yīng)用推廣戰(zhàn)略提供指導(dǎo)。

2019 年，新的非營(yíng)利性全球組織 OpenHW Group 成立，旨在通過(guò)提供合作平臺(tái)，創(chuàng)建生 態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的焦點(diǎn)，以及促進(jìn)開(kāi)源處理器的采用，以及為處理器內(nèi)核提供開(kāi)源基于 RISC-V 架構(gòu)的 Core-V IP。包括阿里巴巴、華為、恩智浦、英偉達(dá)、Silicon Labs 和蘇黎世聯(lián)邦理 工大學(xué)、美國(guó)猶他大學(xué)在內(nèi)的國(guó)內(nèi)外頂尖企業(yè)和院校成為 OpenHW Group 的加盟成員。

科研機(jī)構(gòu)發(fā)力，展開(kāi)多領(lǐng)域研究

依托國(guó)內(nèi)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，基于 RISC-V 架構(gòu)研究在多領(lǐng)域內(nèi)展開(kāi)。在 2015 年之前，大 多數(shù)微結(jié)構(gòu)和芯片相關(guān)的研究受限于指令集的授權(quán)問(wèn)題而難以開(kāi)展。隨著 RISC-V 開(kāi)源開(kāi) 放理念的流行，越來(lái)越多的科研項(xiàng)目受益于 RISC-V 而得以開(kāi)展。

根據(jù)中國(guó)開(kāi)放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟不完全統(tǒng)計(jì)，截至 2019 年 2 月，圍繞 RISC-V 開(kāi) 展科學(xué)研究或領(lǐng)域生態(tài)調(diào)研的科研機(jī)構(gòu)包括但不限于：北京大學(xué)、南京大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、 寧波中國(guó)科學(xué)院信息技術(shù)應(yīng)用研究院、鵬城實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、上?？萍?大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)、中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)科 學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所、中國(guó)科學(xué)院微電子所和中國(guó)科學(xué)院信息 工程研究所等。預(yù)計(jì)未來(lái)國(guó)內(nèi)基于 RISC-V 的研究將越來(lái)越繁榮。

企業(yè)積極投身產(chǎn)業(yè)化，自主產(chǎn)品不乏亮點(diǎn)

根據(jù)中國(guó)開(kāi)放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，截至 2018 年年底，可查詢(xún)到的與 RISC-V 芯片、硬件、軟件、投資、知識(shí)產(chǎn)權(quán)及生態(tài)相關(guān)的中國(guó)公司（含外資公司中國(guó)分公司）數(shù) 量已接近一百家。

近年來(lái)，國(guó)產(chǎn) RISC-V 商業(yè)化產(chǎn)品不斷落地，其中不乏亮點(diǎn)。阿里巴巴旗下平頭哥半導(dǎo)體 推出的玄鐵 910 AI 向量加速引擎的 64 位 16 核處理器在性能方面優(yōu)于 ARM Cortex-A73；玄鐵 902/903 已被應(yīng)用于 IoT 和工業(yè)控制的 MCU。2018 年 9 月，華米科技（HMI.US） 正式發(fā)布了“黃山 1 號(hào)”，成為全球可穿戴領(lǐng)域的第一顆 AI 芯片。作為后續(xù)產(chǎn)品，黃山 2 號(hào) RISC-V 智能可穿戴芯片，將于 2020Q4 量產(chǎn)。華米宣稱(chēng)黃山 2 號(hào)相比于在可穿戴設(shè)備 中常見(jiàn)的 ARM Cortex-M4 架構(gòu)處理器，整體運(yùn)算效率提升了 38%。

國(guó)內(nèi)出現(xiàn)本土基于 RISC-V 處理器 IP 核供應(yīng)商與本土設(shè)計(jì)企業(yè)聯(lián)手先例。2019 年 8 月 22 日，兆易創(chuàng)新發(fā)布了全球首款基于 RISC-V 內(nèi)核的 GD32VF103 系列 MCU。該款 MCU 采 用 Bumblebee 處理器內(nèi)核是兆易創(chuàng)新攜手 RISC-V 處理器內(nèi)核 IP 和解決方案廠商芯來(lái)科 技（未上市）面向物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一款商用 RISC-V 處理器內(nèi)核。本次合作實(shí)現(xiàn)了本土 處理器 IP 供應(yīng)商和本土芯片設(shè)計(jì)公司意義非凡的聯(lián)手。

國(guó)內(nèi) MCU 和 RISC-V 產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)公司情況

平頭哥半導(dǎo)體（未上市）：

芯片新型架構(gòu)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)中心和嵌入式 IoT 芯片產(chǎn)品。其中，玄鐵 CPU C910 搭載 AI 向量 加速引擎的高性能 64 位 RISC-V 架構(gòu)多核處理器；無(wú)劍 SoC 平臺(tái)采用軟硬融合、端云一 體的設(shè)計(jì)理念，全棧集成芯片、操作系統(tǒng)和算法等技術(shù)，賦能客戶(hù)開(kāi)發(fā)出可規(guī)?；慨a(chǎn)的 芯片產(chǎn)品；含光 NPU 高性能 AI 推理芯片用于數(shù)據(jù)中心、邊緣服務(wù)器和大型端上。

兆易創(chuàng)新（603986 CH）：

兆易創(chuàng)新為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)公司之一。根據(jù)公司 2020 年中報(bào)披露，MCU 產(chǎn)品 累計(jì)出貨數(shù)量已超過(guò) 4 億顆，客戶(hù)數(shù)量超過(guò) 2 萬(wàn)家。報(bào)告期內(nèi)，公司成功量產(chǎn)發(fā)布兩個(gè)系 列新產(chǎn)品，拓展 MCU 在物聯(lián)網(wǎng)和智能化產(chǎn)業(yè)的廣泛應(yīng)用，滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用級(jí)別的高精度、 高可靠性需求：基于 Arm? Cortex?-M23 內(nèi)核 MCU 的最新產(chǎn)品，GD32E232 系列超值型 微控制器和基于 Arm? Cortex?-M33 高精度實(shí)時(shí)工業(yè)控制 E507/E503 系列 MCU。此外， 公司繼續(xù)推進(jìn)通用 RISC-V MCU GD32V 產(chǎn)品系列開(kāi)發(fā)，為客戶(hù)提供完整的軟件包、開(kāi)發(fā) 套件、解決方案等支持，在報(bào)告期內(nèi) GD32V 也已與主流 IDE 工具廠商 IAR、Segger 達(dá) 成合作，豐富了 GD32V 產(chǎn)品生態(tài)。

中穎電子 (300327 CH):

中穎電子是無(wú)晶圓廠的純芯片設(shè)計(jì) Fabless 模式公司，主要從事自主品牌的集成電路芯片 研發(fā)設(shè)計(jì)及銷(xiāo)售，并提供相應(yīng)的系統(tǒng)解決方案和售后的技術(shù)支持服務(wù)，主要產(chǎn)品為工業(yè)控 制級(jí)別的微控制器 MCU 芯片和 OLED 顯示驅(qū)動(dòng)芯片。微控制器系統(tǒng)主控單芯片主要用于 家電主控、鋰電池管理、電機(jī)控制、智能電表及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

芯來(lái)科技（未上市）：

芯來(lái)科技是中國(guó)大陸首家專(zhuān)業(yè) RISC-V 處理器內(nèi)核 IP 和解決方案公司。自研推出的 RISC-V 處理器 IP 已授權(quán)多家知名芯片公司進(jìn)行量產(chǎn)，實(shí)測(cè)結(jié)果達(dá)到業(yè)界一流指標(biāo)。芯來(lái) 科技是本土 RISC-V 生態(tài)引領(lǐng)者，攜手合作伙伴發(fā)布了全球首顆基于 RISC-V 內(nèi)核的量產(chǎn) 通用 MCU 產(chǎn)品，目前已經(jīng)全面推向市場(chǎng)。芯來(lái)科技目前是 RISC-V 基金會(huì)銀級(jí)會(huì)員，中 國(guó) RISC-V 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CRVIC）發(fā)起單位和副理事長(zhǎng)單位，以及中國(guó)開(kāi)放指令集生態(tài) （RISC-V）聯(lián)盟（CRVA）會(huì)員單位。

匯頂科技（603160 CH）：

匯頂科技是一家基于芯片設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)的整體應(yīng)用解決方案提供商，目前主要面向智能 移動(dòng)終端市場(chǎng)提供領(lǐng)先的人機(jī)交互和生物識(shí)別解決方案，并已成為安卓陣營(yíng)全球指紋識(shí)別 方案第一供應(yīng)商。匯頂科技目前 MCU 產(chǎn)品包括基于 ARM Cortex-M0 內(nèi)核的 GMF03x 系 列 MCU 和基于 RISC-V 架構(gòu)的高性能、低功耗 GM6x5x 系列指紋算法 MCU。

聲明：本文為轉(zhuǎn)載類(lèi)文章，如涉及版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們刪除（QQ: 2737591964），不便之處，敬請(qǐng)諒解！