ARM与RISC-V 战争即将开始

新兴的物联网（IoT）行业是产品和服务相互补充的集合体，其可实现多个行业的效率和成本优化。虽然它没有垂直定向的价值链，但其横跨了多个行业和市场，如工业自动化、汽车、医疗、环境监测等等，在这些行业中的用例也非常多样化。在应用程序的前端也就是终端节点或传感器，它们监视环境条件并将数据传递到链中。这些终端节点将分散在各个行业中。设计处理器的架构基本上是arm等主流独占市场，RISC-V的份额非常少，因此在正常情况下，市场很少去分析相关领域概况。但由于华为事件不断延烧之下，中美贸易战和全球国际环境大变革已经开始，科技届已经开始重新审视这两者的关系了。

定制处理器的崛起

记得很早之前有过讨论：未来处理器的战争，COTS（商用现成品或技术）处理器不适合构建这些终端节点，因为后者是特定于应用程序的。而公司一般倾向于定制处理器，因为它可以提供仅组装所需部件的灵活性。这些部件包括模拟传感器，DSP或专有IP等。此外，定制处理器可以显著降低BoM成本和芯片尺寸，从而最大限度地降低功耗。它还有有助于公司将其产品与竞争对手的产品区分开来。总的来说，物联网行业的低入门成本和普遍性将鼓励许多初创公司和小公司为冷门应用程序构建产品。另外，通过定制处理器，这些公司也可以进一步优化成本。

错误的摩尔法则

物联网设备的激增除了可以给定制处理器带来巨大推动之外，另一个影响因素是摩尔定律的可疑存在。五十多年来，摩尔定律一直都是一种自我应验的预言。无论市场是否需要高性能处理器，半导体公司都在努力使这项法则成为事实。所以，始终都有创新者和早期采用者迫切希望使用基于领先流程节点的产品。然而，大众市场需要时间才能对准这些新产品。摩尔法则凭借高性能，低功耗和降低成本来确保技术发挥主导作用。

然而，目前这项法则保证的经济平衡正在失败。 领先的工艺节点设计变得复杂，商业化的前置时间很长，因此成本的平衡并不能成立。对成本优化的追求迫使行业寻找替代方案，因为缩小的节点不再具有经济效益。其实，定制处理器就是答案，因为它可以显着降低BoM成本。数十亿个终端节点不需要领先进程节点，有成熟节点上的自定义处理器就足够了。

ARM的对策

ARM是智能手机处理器市场的垄断者。 在嵌入式和物联网领域，目前并没有主导架构，ARM已经准备好填补这一空白，因为它拥有强大的CPU和IP，可以提供各种功能，性能和价格选择。借助独特的授权商业模式，特别是在Cortex-M0的DesignStart许可，ARM以低成本实现了定制处理器设计，风险更低。该计划对初创公司和小公司非常有用，因为他们可以以低许可成本获得经过验证的架构和IP，并与广泛的IP生态系统，软件支持和硅合作伙伴相结合，可以大大缩短产品推向市场的时间。

那我们如何进一步优化定制处理器的成本呢？

RISC-V

开源软件（OSS）在软件行业的民主化中发挥了至关重要的作用。OSS中最受欢迎的一个例子是一个Linux操作系统。OSS以较低的应用成本实现创新和差异化。这使得小公司和初创企业可以基于OSS（如Linux）构建产品。大型开发人员社区支持软件开发，因此不存在供应商锁定或专有技术过时的风险。社区的集体努力确保了一个庞大的生态系统，同时使所有用户受益。Linux已经在嵌入式，PC等各种应用程序中获得了巨大的影响力。随着越来越多的用户开始使用Linux，添加了更多功能和实用程序，网络效应也可以得到很好的利用。

RISC-V将开源运动扩展到CPU ISA。它是一个开源的ISA，免许可证和免版税。也正是由于RISC-V没有任何许可，因此ISA可用于构建定制处理器，且许可成本为零。RISC-V正在逐步建立一个生态系统。在2017年嵌入式电子与工业电脑应用展中，RISC-V通过FPGA解决方案，安全IP，调试基础设施等展示了其庞大的生态系统。

很少有ARM客户已经开始使用RISC-V来设计自定义处理器。现在，SoC设计公司可以以较低成本开发定制处理器，而无需支付许可费用。通过一些NRE投资，这些公司可以开发SoC并在晶圆厂制造。因此，处理器的价格也将低于基于ARM IP的价格。从表面上看，一个理想的候选者很有可能会成为物联网行业的主导ISA。凭借着定制处理器和零许可成本，RISC-V就很像是那个胜利者。

它真的那么简单吗？

关于RISC-V “免费” 的探讨

Linux在数十亿的产品部署方面非常成功。虽然，在将Linux用于商业产品方面需要相当大的努力和专业知识，但这些好处会远远超过工时。Linux可以提供非常好的灵活性，同时庞大的社区为操作系统提供了良好的生态系统，并为周边设备、第三方软件等提供了广泛的支持。

然而，由于软件和硬件之间的基本差异，开源概念与芯片设计还是有很大的差别。 与需要时间和精力来开发的软件不同，硬件涉及有形组件，需要有人来付费；其次，在测试完硬件、仿真器之后，你还可以多次对软件进行返工。花费相当少的成本，就可以减少时间和精力。但是，硬件中的错误也可能会让你损失一百万美元！处理器的多次迭代可以大幅度地降低成本。总的来说，硬件设计比软件开发更复杂。

让我们来考虑一下开源RISC-V的情况。在SoC中，CPU IP只是其中的一部分; 还需要许多其他物理IP和周边设备。因此，围绕CPU IP需要庞大的IP和EDA生态系统。但你只能在没有许可凭证的情况下获得CPU IP；可是周围的生态系统已经消失了。IP供应商应该看到一个可行的商业案例，以在其产品组合中添加对RISC-V的支持。假设有一个强大的社区支持RISC-V，它提供了构建SoC所需的所有IP和工具。但问题仍然是建立自定义SoC的公司是否会冒使用社区支持的ISA的风险？一旦失败可能导致多个流片，这会增加巨大的成本。总的来说，设计SoC很复杂，需要在实施、物理设计、包装等多个领域具有良好的专业知识。

使用ARM ISA，上面提到的大多数问题都得到了缓解。你可以访问经过验证的IP，强大的生态系统（软件，云服务，安全解决方案，芯片供应商，晶圆厂）和承诺支持，而不是开源ISA提供的社区支持。这样就会大大降低设计复杂性，不过还是需要一些专业的SoC设计来构建定制处理器。

谁将构建基于RISC-V的SoC？

开源的想法具有扰乱性质，因为它为预算有限的公司提供了一个公平竞争的平台，可以与大公司竞争。尽管开源ISA的概念具有革命性，但它可能不会对芯片设计的民主化产生破坏性影响。

在我看来，小型公司和初创公司不太可能在物联网领域寻求一些利基应用，并投入时间，精力和资金来建立基于社区支持的ISA的定制处理器，因为他们必须验证整个系统是否符合他们的规格。相反，使用获得许可的ISA是一个安全的选择，因为他们可以获得经过验证的系统，并辅以强大的生态系统。SoC的多个流片可能会增加大量成本。成熟的ISA具有一些初始成本，这是一个很好的起点，但这不是一个自由的成熟ISA。SoC设计不是他们的核心内容，因此聘请多元化的芯片设计团队可能不是一个务实的决定。由于ARM在整个行业中的广泛应用，设计部分可以外包给一些小公司，这些公司专门从事基于ARM的SoC设计。 EDA工具和晶圆厂成本很高。EDA供应商和晶圆厂已经支持基于ARM的IP;他们应该也看到了增加对RISC-V的支持的经济效益。在RISC-V达到临界大规模应用之前，它就像一个鸡与蛋的情况。多宿主增加了任何公司的成本，无论是晶圆厂，EDA供应商，设计公司还是应用开发商。低产量业务可以吸引更高的租金。所以在构建基于RISC-V的SoC时，必须考虑所有这些成本开销。

SoC设计中的市场领导者肯定会开发基于RISC-V的SoC，因为它可以通过替代ARM来增加购买力。但是，我相信这些公司不会有兴趣与需要定制处理器的小批量客户合作。由于其巨大的开销，使得销售数百万标准化SoC具有很大的商业意义。

综上所述，在我看来，RISC-V在目前的状态下，不能显著破坏半导体市场结构。 与许可实体相比，开源运动的关键优势之一是通过提供足够好的基础，最大限度地减少进入市场的准入门槛。尽管RISC-V将以低成本提供构建定制SoC的灵活性，但生态系统尚未准备好接受它。整个半导体行业需要同步进行才能使RISC-V成功。

结论

在这种国际大环境下，相信RISC-V会足够聪明，可以预见以上的问题并抓住这个风口，而且许多问题本来已经在内部得到解决。在我看来，RISC-V应该专注于一个部分，如物联网终端节点或其他东西，然后为这个细分市场提供一个引人注目的完整解决方案，以及整体生态系统，而不是专注于整个物联网和嵌入式行业。一旦他们在一个细分市场中实现大规模应用，就更容易传播到其他细分市场，因为新用户有一个很好的案例研究或案例可供选择。

ARM还需要做什么才能被视为嵌入式和物联网领域的领导者？我对此没有任何答案，因为从外部角度来看，ARM现在看起来相当不错，具有庞大的安装基础，未来也有很好的上升趋势。不过将DesignStart许可证扩展到其他Cortex-M IP将是进一步应用的不错选择。然而，主要的核心应该还是OS支持，云服务，安全性，IP，调试工具链，EDA，硅合作伙伴等强大的生态系统。所有这些都在以低成本构建基于定制处理器的产品方面发挥着至关重要的作用。

低成本和定制通常是互斥的。任何针对这两端的ISA都将在物联网行业中发挥主导作用。当然，随着RISC-V基金会成立，已有不少企业与研究机构的加入RISC-V 阵营，探寻未来RISC-V 的可行性。目前参与的企业有IBM、NXP、Western Digita、辉达、高通、三星、Google、特斯拉、华为、阿里巴巴等200 多家，而中美科技战也许就是这种模式崛起的催化剂，很多年以后来看，科技史上给这个时刻记下重重的一笔。