国产ARM的掣肘之痛

作为一家全球著名的芯片设计公司,arm并不生产芯片、只专注于设计芯片,其收入主要来源于两个方面,其一是与芯片或终端设备的价格和销量挂钩的版税;其二是与授权技术复杂程度挂钩的授权许可费。并且,芯片企业需要为arm架构的每一代更新版本再次付费、再次获得授权,否则将只能停留在arm上一个历史版本中被市场淘汰。
2021年arm推出了近十年唯一的一次、也是最大的一次版本迭代。据悉,arm v9架构较比上一代arm v8架构有几方面提升:在芯片性能上arm v9较比arm v8提升了约30%;在应用范畴上,从移动/嵌入式领域扩展到了数据中心、深度学习、pc等领域;在安全性、ai机器学习能力、数字信号处理能力等方面也有提高。
但由于内外部环境变化、先进设计ip销售限制等种种原因,国产arm企业不但未能受益于此次升级,还因此进入了无法前进、不能后退,且无法停下的窘境。前进?从arm v8升级到arm v9之路希望渺茫,坚韧不拔的持续努力也无法弥补釜底抽薪带来的底盘崩塌。停下?在陈旧的版本里再做努力也很难弥补与新版本的差距,何况arm v9的新生态才是未来。后退?放弃过往的研发成果、从头再来,这对于国产arm来说代价太大,会让其在v8生态下的努力付之一炬。
曾经看似有国产化替代希望的国产arm在可控性、可持续迭代性、产品和安全性、生态成熟度等方面逐渐显露短板。
国产“自主”cpu的真真假假
我命不由我的arm授权——国产arm的定时炸弹
以出售芯片ip授权为生命之源的arm难免天生就对自己的授权有着极强的控制欲。企业购买到了arm授权仅是获得了玩家入场券,arm作为规则的制定者有着最后的解释权。
获取arm的ip授权、使用arm架构开发芯片,在初始期确实可以降低芯片的开发成本、缩短开发周期,但这也将成为埋在国产arm公司根基里的定时炸弹。
arm与ic设计公司签署的授权协议内容和谈判细节大众不得而知,但我们看到像高通这样的巨头公司在与arm的纠纷中都被处处掣肘,不难推测,国产arm公司大概率难逃被arm授权牢牢制约住竞争力的命运。国产arm只能在arm严格圈定的授权范围内发挥自己的研发力和创新力,就算老实本分,也可能因为外部环境的变化遭遇断供或者终止协议的命运。arm有权随时叫停国产arm自信满满的长跑,这远远背离了国产arm“开发自主可控cpu”的初衷。 
现今,arm v8无法顺利升级到arm v9,国产arm由于只能被动继续使用十几年前的ip核,其可持续迭代能力严重受限。ip核不能升级、再多的努力也收效甚微。这是指数级的后退,就像质变与量变,再多的量变可能也不及一次质的飞跃。
被盯死的知识产权——国产arm跳不出去的圈
arm对知识产权的保护意识极强、对知识产权保护范围的圈定也极其严苛,国产arm厂商需要时刻提防arm那约束自由和创造力的“诉讼”。
高通以14亿美金收购了专注于高性能计算芯片研发的nuvia,大手笔买下了nuvia的公司、技术和人才。但由于nuvia使用了arm许可证开发芯片设计,arm认为该项收购需要获得arm同意,高通未经同意收购该公司,且应用该公司的架构和技术,属于侵权。高通巨头尚且如此,国产arm更是“人微言轻”。
基于当前复杂的国际环境,国内arm厂商获取arm v9授权的希望非常渺茫,就算后续通过各种方式获得了v9授权,无法避免还要面对未来arm后续版本的更新升级,每一次升级都是国产arm命运的十字路口,而选择权却不完全握在自己手中。国产arm厂商就算想要发挥主观能动性、在已有的v8基础上进行开发,以期实现新一代功能,也必然会被arm制止,还极可能面临起诉和巨额罚款。同样,在未经arm许可的情况下,国产arm如果自主研发修改、拓展其指令集,也会面临arm的起诉。
如此看来,应用arm架构的企业在自主研发空间上将小于基于mips研发loongarch架构的龙芯和应用了risc-v架构或x86交叉授权模式的一众企业。国内arm大概率会成为欠缺自主迭代能力的“自主研发cpu”,只能带着镣铐跳舞,无法跳出arm画下的巨大的知识产权之圈。
产品性能&安全性能——国产arm亟待攀爬的坡
除了在ip授权、知识产权、自主研发空间、可持续发展性等方面遇到瓶颈外,国产arm在产品和安全性能上也不尽如人意。
首先,在产品性能方面,国产arm仍与国外同类产品存在较大差距;其次,在提升产品性能的研发能力上,国产arm公司近些年因为对采购外部ip常年依赖,自身的研发能力并没有得到实际提升;此外,ip版本升级限制使得国产arm只能基于十几年前的老版本v8.2去进行产品研发,注定会落后当前主流v9生态下的产品性能;最后,cpu工艺也因国际环境受到限制,同样会影响到产品的综合性能。
在稳定性和安全性上,arm也并不具有优势。在稳定性上,相比x86生态多年的运营和验证,arm略有劣势;在安全性上,受当前外部环境的影响,每一次新升级的版本都可能隐藏着巨大的不透明性和不安全性,如何保证产品的安全性和可靠性、保障用户的数据隐私,是国产arm必须要解决的难题。
生态构建,道阻且长
国产arm v8到arm v9的升级停滞预示着国产arm将不可避免的开始掉队。国际和国内的主流软硬件生态厂商已经围绕arm v9开始了布局,国内的v8厂商只会逐渐与主流生态脱节。用户和软硬件厂商如果同步留在arm v8.2继续做研发,一方面会增加成本,另一方面,无论再投入,也会跟随着arm v8.2的生态整体被抛弃。生态构建的道路已然受阻,且隐藏着全面坍塌的风险。
构建生态需要持续的运营和新玩家的加入,但从商业环境上看,国产arm生态中有不少都是初创公司,实际有产品落地的企业少之又少。在半导体这个门槛极高、人才和技术极度密集的产业里,这类公司成长周期长、变数多,难免面临商业化落地难、企业和团队持久维系难、存活率和发展效率低的窘境。这让国产arm生态的繁荣难上加难。
从arm在不同应用领域的渗透度和生态成熟度来看,arm架构在移动端市场占比尚可,在桌面、服务器侧很难破局,这与arm在生态链构建、操作系统兼容、配套套件开发仍有欠缺有很大关联。
如此看来,国产arm的发展已经受到了狭窄生态的绑架,生态狭窄一方面来自于没有自主权的“授权”,另一方面,来自于没有广袤的沃土。技术和架构是市场选择考量的一个方面,是否拥有繁荣、持久的生态和成熟、丰富的应用也非常重要。显然,国产arm的生态构建,道阻且长。
不能否认,国产arm公司一直都在努力,不同的企业各自拼搏在引进、消化、吸收、再创新的不同阶段。但现在来看,国产arm的发展局限逐渐显露,其在自主发展的权利上处处受人掣肘、在自主发展的能力上也并不如人意。在他人的土地上施肥、耕田终归不是好办法,重则会被釜底抽薪、无地可耕、多年心血毁于一旦,轻则也会被束缚了手脚、受制于人。一切的合作源自于利益,抉择背后多有商业的考量。arm公司是这样、应用arm架构的芯片公司是这样、用户也是这样。在如今这个进退两难的节点,各方更需要关注企业和产品的长远发展和可持续性。或许,对于国产arm来说,换条路走、换个生态生存,提升自己的专业力、创新力,厚积薄发、辟出自己的一片天地会是更好的选择。


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