這些天，中美貿(mào)易戰(zhàn)的話題到處刷屏，國人在看到中國在各領(lǐng)域取得重大進(jìn)步的同時(shí)也不得不面對在芯片領(lǐng)域高達(dá)2000多億美元進(jìn)口額的現(xiàn)實(shí)。

在傳統(tǒng)機(jī)械領(lǐng)域，中國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了引進(jìn)消化吸收，許多人也期待電子信息領(lǐng)域能重現(xiàn)這一幕，但電子信息產(chǎn)業(yè)具有高度整體性的特點(diǎn)，軟件和硬件高度綁定，軟件依賴于芯片，芯片銷售又由軟件帶動，構(gòu)成了復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，不可能只在芯片領(lǐng)域突破，也不可能只在操作系統(tǒng)領(lǐng)域突破。而芯片事關(guān)國家信息安全，國家又有安全可控的要求。

對于半導(dǎo)體從業(yè)人員來說，一方面需要能跟上國際主流技術(shù)，不能閉門造車，另一方面又要保證安全，不可受制于人，芯片設(shè)計(jì)的路徑選擇就成了關(guān)鍵，其中的焦點(diǎn)是處理器指令集的選擇。

目前市面上處理器指令集眾多，可以說是百花齊放，但從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度和國際市場的發(fā)展規(guī)律來看，眾多指令集不是常態(tài)，最后會統(tǒng)一到1-2家指令集架構(gòu)之上。我們這里不妨分析展望一下這幾種指令集的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展前景。

首先是Intel的X86指令集。X86指令集在PC和服務(wù)器市場得到廣泛應(yīng)用，市場占有率基本是100%。單單是在云計(jì)算市場，中國每年要購買500萬片以上的服務(wù)器芯片，花費(fèi)超過40億美金。在PC市場，中國一年出貨量8000萬臺，進(jìn)口金額更是巨大。但是，這些芯片大都是Intel生產(chǎn)的，中國廠商只能采購Intel芯片，自己做外圍電路。因?yàn)閄86指令集和PC軟件和服務(wù)器軟件的高度耦合，Intel可以通過自己的芯片設(shè)計(jì)得到大部分利潤，不會愿意向更多廠商授權(quán)其指令集。

另外兩家能拿到X86指令集授權(quán)的廠商是AMD和VIA，但是Intel對X86專利授權(quán)有重重限制，只有在AMD和VIA是公司大股東的情況下才能使用X86授權(quán)。國內(nèi)海光通過與AMD的合資獲得了x86的技術(shù)授權(quán)，股權(quán)結(jié)構(gòu)就設(shè)計(jì)的相當(dāng)復(fù)雜，不適宜向其他廠商擴(kuò)散。VIA則是通過與上海市政府下屬公司合資的兆芯設(shè)計(jì)X86 CPU，按照其股權(quán)結(jié)構(gòu)，專利授權(quán)是有瑕疵的。

兆芯設(shè)計(jì)的芯片在國內(nèi)賣或許可以，但要走出國門去參與國際競爭是不可能的。對中國大部分芯片設(shè)計(jì)公司來說，得不到X86授權(quán)沒法拿到門票，無法在PC市場和服務(wù)器市場與Intel競爭。僅有的兩家合資公司或許能完成進(jìn)口替代，但從產(chǎn)業(yè)競爭和安全可控角度都面臨明顯的天花板?？梢灶A(yù)料，在服務(wù)器和PC領(lǐng)域X86還將擁有很強(qiáng)的地位，但X86指令集不會成為中國芯片設(shè)計(jì)公司的主流。

然后是Arm指令集。Arm指令集從誕生至今聚焦于低功耗設(shè)計(jì)，一直在嵌入式領(lǐng)域耕耘。在移動互聯(lián)網(wǎng)大發(fā)展的這幾年，Arm指令集得到了蘋果iOS和Google的Android的支持，成為了事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。蘋果，高通，三星等國外大廠都選擇了Arm指令集。國內(nèi)廠商如華為海思，紫光展銳，瑞芯微，全志科技等也通過Arm IP參與到全球競爭，在手機(jī)和平板市場取得了較好的成績。

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，基于Arm指令集的處理器也占據(jù)了主導(dǎo)地位，占據(jù)了一半的MCU市場份額。這其中，國外廠商ST，NXP，Infenion等都有基于Arm指令集的產(chǎn)品，國內(nèi)廠商如兆易創(chuàng)新，同方微電子，大唐微電子，華大半導(dǎo)體等也通過Arm核進(jìn)入了相關(guān)領(lǐng)域，蠶食國外廠商的市場份額。因?yàn)槎际腔谕惶字噶罴?，軟件兼容問題不構(gòu)成瓶頸。Arm的授權(quán)方式又極其靈活。芯片設(shè)計(jì)公司如果沒有足夠的芯片設(shè)計(jì)能力，可以拿Arm基于其指令集開發(fā)的公版核，低成本切入芯片設(shè)計(jì)市場。如果設(shè)計(jì)能力足夠強(qiáng)，可以自己拿指令集授權(quán)，自主開發(fā)CPU 核，從Arm軟件系統(tǒng)生態(tài)受益的同時(shí)實(shí)現(xiàn)處理器的安全可控。

借助Arm的商業(yè)授權(quán)模式，中國的芯片廠商早已解決了有沒有的問題，并在好不好的問題上不斷向上突破，復(fù)現(xiàn)在其他領(lǐng)域中國產(chǎn)業(yè)崛起的故事。未來很可能出現(xiàn)的情形是：中國進(jìn)入移動芯片領(lǐng)域以后高中低端通吃，尤其是低端，直接做成白菜價(jià)，讓發(fā)達(dá)國家的企業(yè)在低端無法生存只能往高端突破，也讓后面的發(fā)展中國家進(jìn)入這個(gè)行業(yè)無利可圖，投資回報(bào)時(shí)間延長，工業(yè)化難度加大，中國則在這中間吃掉了產(chǎn)業(yè)大部分的市場份額。

Arm 以其開放生態(tài)的模式撬動了中國芯片設(shè)計(jì)千億美元以上的市場，其杠桿作用是巨大的。現(xiàn)在Arm合作伙伴高通等又在切入服務(wù)器市場，英偉達(dá)在于Arm合作切入AI市場，Arm也在不斷完善其物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，推出了自己的物聯(lián)網(wǎng)平臺安全標(biāo)準(zhǔn)，這些都是國內(nèi)廠商可以跟隨進(jìn)入的點(diǎn)?？梢灶A(yù)料，以Arm指令集為基礎(chǔ)的芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)在中國還將有長足的發(fā)展。

再就是學(xué)院派比較青睞的MIPS指令集。MIPS指令集用來做教學(xué)和研究用或許可以，但實(shí)驗(yàn)室意義上的成功和商業(yè)市場的成功是兩個(gè)完全不同的概念。技術(shù)上，MIPS和Arm指令集都是RISC架構(gòu)，商業(yè)上，授權(quán)模式也沒有什么區(qū)別，MIPS也曾一度開放授權(quán)，但MIPS指令集這些年發(fā)展的并不好。因?yàn)樵缦榷ㄎ挥诟咝阅?，錯失了移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展機(jī)遇，沒有大規(guī)模出貨的支撐，其生態(tài)系統(tǒng)相當(dāng)薄弱，技術(shù)開發(fā)也慢慢陷入邊緣化，在傳統(tǒng)路由器電視機(jī)頂盒領(lǐng)域也不斷被Arm蠶食，這也是龍芯君正等公司一直未能有所突破的原因。

就在去年，有中方背景的資本收購了MIPS的母公司Imagination，為了避開美國政府的審查還是不得不把MIPS從Imagination剝離出來。從現(xiàn)狀看，要基于MIPS獲得商業(yè)成功并在國際市場競技，其難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基于Arm指令集。MIPS在中國也不會成為主流芯片設(shè)計(jì)廠商的選擇。

國內(nèi)也有好些公司出了自己的指令集和架構(gòu)，但是一方面是技術(shù)還不夠成熟，另一方面是更加薄弱的生態(tài)系統(tǒng)，需要投入大量人力物力去完成工具鏈，操作系統(tǒng)和相關(guān)軟件的開發(fā)和推廣，還不能得到用戶認(rèn)可，可謂事倍功半，其發(fā)展前景也難以預(yù)料。

最近比較火的還有RISC-V，以開源架構(gòu)的名義吸引了很多注意力。開源不是一個(gè)新事物，軟件開源也有很多成功案例，如Linux等，但硬件架構(gòu)開源完全是另一個(gè)故事。軟件開源，是因?yàn)榇a容易更新和升級，可以快速迭代更新版本，其代價(jià)極低。

而如果要搞硬件開源，涉及到巨大的線下成本，糾錯成本極高，完全無法實(shí)現(xiàn)快速版本更新和重新部署。而且從指令集到IP核實(shí)現(xiàn)過程中有很多的坑要趟，再到SoC，產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期很長，一個(gè)錯誤就可能導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目延期，對商業(yè)公司來說其風(fēng)險(xiǎn)也很高。

另一方面，從指令集角度，開源相當(dāng)于另立一套標(biāo)準(zhǔn)，全盤建立全新的生態(tài)，這就意味著完全不能借助現(xiàn)有的生態(tài)優(yōu)勢和人力資源，這種方式?jīng)]有二三十年的積累根本發(fā)展不起來。開源架構(gòu)還面臨碎片化的問題。

從指令集定義要芯片實(shí)現(xiàn)，這中間還有很長的路要走，不同公司即使基于同樣的指令集，其實(shí)現(xiàn)也可能是大相徑庭，不同的功能擴(kuò)展也可能導(dǎo)致芯片實(shí)現(xiàn)的碎片化，對開發(fā)工具和軟件的選擇也會碎片化，造成巨大的開發(fā)和維護(hù)成本。很多人強(qiáng)調(diào)指令集免費(fèi)，但指令集免費(fèi)不等于IP核設(shè)計(jì)免費(fèi)，基于指令集設(shè)計(jì)IP核的公司也是要盈利的，加上碎片化導(dǎo)致的開發(fā)成本增加等問題，又能省多少錢呢？我對此是有疑慮的。

或許RISC-V可以在一些對生態(tài)系統(tǒng)依賴性不那么強(qiáng)的領(lǐng)域獲得一定的市場份額，但也因此意味著很多經(jīng)驗(yàn)和人才無法復(fù)用，造成巨大的資源浪費(fèi)，這樣又回到當(dāng)年TI/Motorola/ST/Toshiba等各自有一套自己的指令集的狀態(tài)，似乎也不符合商業(yè)社會成本最低的發(fā)展趨勢。RISC-V在中國的發(fā)展前景目前看不太清，或許幾年以后我們能看得更清楚。

現(xiàn)在網(wǎng)上關(guān)于各種指令集PK的帖子很多，不由得讓人想起上世紀(jì)90年代通信市場對GSM/CDMA/小靈通等各種路線的爭論和選擇，最終決定性的力量還是市場的選擇，正如黨的19大報(bào)告所說，建立以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系，讓我們拭目以待，期待中國芯片設(shè)計(jì)行業(yè)再創(chuàng)輝煌。