本土MCU產(chǎn)業(yè)：RISC-V與Arm交鋒的正面戰(zhàn)場(chǎng)

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2024-05-28 03:49:53 938

近來(lái)RISC-V造芯火熱，雖然市占率尚不及Arm零頭，坊間軼事卻充滿趣味，讓人饒有興致。

試舉一例：

去年底，瑞薩搭載Arm最高規(guī)格Cortex-M85內(nèi)核的超高性能MCU發(fā)布，被看作是老大哥Arm拉著兄弟向RISC-V秀肌肉。新聞熱度尚存，瑞薩卻反手一掏，摸出了自家的RISC-V內(nèi)核，今年三月對(duì)應(yīng)的MCU發(fā)布，*操作行云流水，獨(dú)剩老大哥在風(fēng)中凌亂。

今年RISC-V在Arm地盤上攻城拔寨的勢(shì)頭也是絲毫未減。根據(jù)年初RISC-V國(guó)際基金會(huì)發(fā)布的研究報(bào)告，2024年RISC-V在MCU市場(chǎng)的滲透率或?qū)⒊^(guò)4%，該預(yù)測(cè)為國(guó)內(nèi)熱火朝天的RISC-V又添了一把火。

要理解本土RISC-V快速發(fā)展的底層邏輯，先要了解MCU行業(yè)的造芯模式。

【MCU設(shè)計(jì)就像搭積木，Arm是最大的供應(yīng)商】

MCU經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸固化，內(nèi)核、外設(shè)、存儲(chǔ)器等主要構(gòu)件都能買到標(biāo)準(zhǔn)的“模塊”。大眾印象中，從零開(kāi)始手搓芯片的研發(fā)模式愈發(fā)少見(jiàn)；取而代之的，購(gòu)買現(xiàn)成模塊，組裝芯片的方式大行其道。這里的模塊，行話叫IP，本質(zhì)上是知識(shí)產(chǎn)權(quán)在半導(dǎo)體行業(yè)的一種商品形態(tài)。設(shè)計(jì)模塊、做模塊生意的公司叫做IP供應(yīng)商。一眾IP供應(yīng)商中，促成現(xiàn)代IP商業(yè)模式的Arm，不但穩(wěn)坐移動(dòng)處理器的頭把交椅，在MCU內(nèi)核領(lǐng)域也處于壟斷地位——由于Arm指令集私有，獲取Arm內(nèi)核的*途徑就是經(jīng)由Arm授權(quán)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)超九成32位MCU使用Arm Cortex-M內(nèi)核，絕大多數(shù)國(guó)產(chǎn)MCU企業(yè)都在向Arm付費(fèi)。

Arm的盈利模式在業(yè)內(nèi)有一種詼諧的說(shuō)法，叫做收“智商稅”。在這里，收智商稅不是割韭菜，而是指通過(guò)提供IP模塊，向MCU設(shè)計(jì)企業(yè)收取知識(shí)產(chǎn)權(quán)的授權(quán)費(fèi)用。Arm的主要收入有兩類，一類是IP授權(quán)費(fèi)，另一類是版稅，通俗點(diǎn)講就是提成。具體而言，MCU企業(yè)使用Arm內(nèi)核構(gòu)建芯片，無(wú)論后期產(chǎn)品實(shí)際銷量如何，哪怕一顆芯片沒(méi)賣出去，也要先交一筆費(fèi)用，這就是授權(quán)費(fèi)。授權(quán)費(fèi)屬于一次性收入，相比之下，版稅主打一個(gè)細(xì)水長(zhǎng)流。Arm從MCU的銷售額中抽成，使用Arm內(nèi)核的MCU，每賣出一片，廠商就得向Arm支付一筆提成費(fèi)。

無(wú)論授權(quán)費(fèi)還是版稅提成，最終都包含在芯片價(jià)格里，由客戶買單。既然如此，更省成本的自研內(nèi)核為什么反而少見(jiàn)？因?yàn)榭绮贿^(guò)生態(tài)這道坎。集成電路行業(yè)最經(jīng)典的馬太效應(yīng)，莫過(guò)于某種芯片的客戶較多，便吸引更多的企業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)這類芯片，導(dǎo)致客戶進(jìn)一步增加，如此循環(huán)往復(fù)。把握住內(nèi)核機(jī)遇的Arm，就是強(qiáng)者恒強(qiáng)的典型。由于入局早，Arm獲得了極大的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，客戶群體隨業(yè)務(wù)增長(zhǎng)不斷擴(kuò)大，其產(chǎn)品在持續(xù)的迭代中也一直處于*水平。目前Arm擁有業(yè)內(nèi)最大的客戶和開(kāi)發(fā)者群體。可以說(shuō)，Arm內(nèi)核MCU的開(kāi)發(fā)模式，代表了整個(gè)行業(yè)的開(kāi)發(fā)習(xí)慣。使用Arm內(nèi)核設(shè)計(jì)MCU，自然是一眾MCU廠家的默認(rèn)選擇。因此，自研內(nèi)核的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手雖然只有Arm一家，但自研內(nèi)核的MCU卻要面對(duì)Arm聯(lián)盟的銅墻鐵壁。

Arm生態(tài)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)是挑戰(zhàn)者異常高的運(yùn)作成本。由于生態(tài)不完善，企業(yè)自研內(nèi)核不僅要設(shè)計(jì)芯片，還得下場(chǎng)兼做生態(tài)建設(shè)：既要配套軟件開(kāi)發(fā)工具，又要?jiǎng)裾f(shuō)客戶接受小眾產(chǎn)品。芯片往往因?yàn)閷W(xué)習(xí)成本高、工具鏈支持差、客戶主觀切換意愿弱，在推廣階段受阻。當(dāng)芯片設(shè)計(jì)從產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵變成長(zhǎng)鏈條的一環(huán)，投資回收的周期就會(huì)拉長(zhǎng)，成本大幅上升，種種挑戰(zhàn)都導(dǎo)向同一個(gè)結(jié)論：難以為繼。芯片設(shè)計(jì)本質(zhì)上是嚴(yán)肅的商業(yè)行為，無(wú)法帶來(lái)收益的創(chuàng)新無(wú)異于對(duì)資源的浪費(fèi)。沒(méi)有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，做自研內(nèi)核未必吃得開(kāi)，所以大部分MCU企業(yè)寧愿一直在Arm生態(tài)里卷，也不走自研內(nèi)核的路線。

從某種意義上講，當(dāng)前Arm稱霸內(nèi)核市場(chǎng)的局面，意味著上一輪內(nèi)核競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)結(jié)束。作為群雄逐鹿的勝利者，Arm架構(gòu)在MCU行業(yè)的地位，就像intel的x86之于CPU。明眼人都看得出來(lái)，只要適當(dāng)打理，這座龐大的帝國(guó)盡可千秋萬(wàn)代。然而，Arm的王位還沒(méi)坐熱，邊境就燃起了烽火。

只不過(guò)，這次Arm面對(duì)的不再是混戰(zhàn)的群雄，而是意欲單挑的RISC-V。

【時(shí)勢(shì)造英雄，RISC-V的機(jī)遇和崛起】

開(kāi)源內(nèi)核如此多，為什么選RISC-V？這里面既有時(shí)局的推動(dòng)，也離不開(kāi)RISC-V自身的努力。

開(kāi)源的RISC-V面世于2010年，直到2015年才成立基金會(huì)，創(chuàng)始成員也只有36個(gè)，可以說(shuō)初期反響平平，并未掀起什么風(fēng)浪。境況改善、進(jìn)入公眾視野，是2018年中美貿(mào)易摩擦的時(shí)候。那會(huì)兒美試圖對(duì)華封鎖芯片技術(shù)，華為等一批使用Arm內(nèi)核構(gòu)建移動(dòng)處理器的企業(yè)遭到制裁，輿論一片嘩然。雖然Arm作為全球化的IP供應(yīng)商，主觀上可能并無(wú)限制中國(guó)企業(yè)的意愿，但神仙打架，凡人遭殃。這家位于英國(guó)的日本公司，也只能接受美國(guó)的裹挾，成為其限制中國(guó)芯片發(fā)展的趁手工具。“架構(gòu)授權(quán)”到“架構(gòu)霸權(quán)”的轉(zhuǎn)變，一招釜底抽薪，讓國(guó)內(nèi)企業(yè)看到了全球分工的脆弱性。歐美技術(shù)割據(jù)每次加劇，國(guó)內(nèi)短板困境就愈發(fā)艱深，“國(guó)產(chǎn)替代、自主可控”等往日打雞血的口號(hào)，就顯得越真實(shí)、重要和緊迫。正是這時(shí)，RISC-V的備胎地位日益凸顯，開(kāi)啟了轉(zhuǎn)正之路。

上文已經(jīng)提過(guò)，自研內(nèi)核最大的問(wèn)題是生態(tài)建設(shè)成本太高。對(duì)于常規(guī)MCU企業(yè)，單打獨(dú)斗無(wú)異于飛蛾撲火，即使有意抱團(tuán)，玩家不夠，攢不起局，游戲也就無(wú)從開(kāi)始。RISC-V正是看準(zhǔn)了這一點(diǎn)，憑借開(kāi)源的架構(gòu)規(guī)范，吸引IP供應(yīng)商、芯片設(shè)計(jì)企業(yè)、方案商和終端客戶入局，將生態(tài)建設(shè)的成本分散到產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，最終在Arm的銅墻鐵壁上鑿出了一個(gè)窟窿。

中立、開(kāi)放的定位，意味著RISC-V不會(huì)被少數(shù)公司控制，更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)和更強(qiáng)的參與感充分調(diào)動(dòng)了產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的積極性。國(guó)內(nèi)，阿里巴巴、芯來(lái)科技、賽昉科技和中國(guó)臺(tái)灣的晶心科技等知名IP供應(yīng)商紛紛推出RISC-V內(nèi)核，海思、兆易創(chuàng)新、沁恒、泰凌微、博流智能等眾多芯片設(shè)計(jì)企業(yè)更是發(fā)布了大量的RISC-V MCU。國(guó)際上，高通聯(lián)合博世、英飛凌、Nordic和NXP成立RISC-V公司進(jìn)軍汽車行業(yè)、瑞薩將自研RISC-V內(nèi)核的MCU導(dǎo)向物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)電子。IAR、Segger、MRS、RT-Thread等公司和團(tuán)隊(duì)發(fā)布了適于RISC-V MCU的通用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。目前，RISC-V國(guó)際基金會(huì)已在全球70個(gè)*和地區(qū)發(fā)展出近4000名會(huì)員，RISC-V高速發(fā)展的時(shí)代似乎已經(jīng)到來(lái)。

【欣欣向榮的RISC-V生態(tài)，與暗流涌動(dòng)的同行競(jìng)爭(zhēng)】

最近夸RISC-V的文章不少，許多人對(duì)它的誤解卻并未消失。與常見(jiàn)的開(kāi)源軟件不同，RISC-V不直接提供現(xiàn)成可用的處理器內(nèi)核，而是開(kāi)放指令集架構(gòu)規(guī)范，鼓勵(lì)IP供應(yīng)商或芯片設(shè)計(jì)企業(yè)自行設(shè)計(jì)。

近幾年，RISC-V在Arm的地盤上攻城略地。中國(guó)作為RISC-V在亞洲的主戰(zhàn)場(chǎng)，本土IP供應(yīng)商自然一騎絕塵。例如，芯來(lái)科技的Bumblebee、N100、N300內(nèi)核對(duì)應(yīng)兆易創(chuàng)新GD32VF103和GD32VW553、中移芯昇CM32M43xR以及中微ANT32RV56xx；阿里巴巴的C906、E907內(nèi)核對(duì)應(yīng)博流BL606P和算能CV1812H；中國(guó)臺(tái)灣晶心科技的D45內(nèi)核對(duì)應(yīng)先楫HPM系列MCU等。

一些研發(fā)能力較強(qiáng)的MCU設(shè)計(jì)企業(yè)也對(duì)自研自用RISC-V內(nèi)核的道路進(jìn)行了探索。例如，南京沁恒的CH32V、CH32L、CH32X系列，以及上海海思的Hi3065H等，都使用了自研的RISC-V內(nèi)核。

根據(jù)RISC-V基金會(huì)2024年公布的研究報(bào)告，雖然RV芯片整體市占率在2022年僅有1%，但23年可達(dá)2.6%，此后一路狂飆，將于2030年超過(guò)20%。倪光南院士預(yù)言的x86、Arm、RISC-V三分天下的局勢(shì)，似乎指日可待。

【老模式的新窘境，MCU內(nèi)核供應(yīng)商微微尷尬】

毫無(wú)疑問(wèn)，市場(chǎng)份額的持續(xù)擴(kuò)大是RISC-V陣營(yíng)可圈可點(diǎn)的成就。但是在聯(lián)盟內(nèi)部，開(kāi)拓市場(chǎng)后的利益分配，也未嘗不存在競(jìng)爭(zhēng)。

我們已經(jīng)知道，在Arm一手建立的游戲規(guī)則下，MCU的設(shè)計(jì)模式是購(gòu)買IP組裝芯片。本土RISC-V IP供應(yīng)商+MCU設(shè)計(jì)企業(yè)的組合，雖然實(shí)現(xiàn)了“自組可控”，杜絕了“卡脖子”的可能性，但商業(yè)模式?jīng)]有改變，還是走上了Arm的老路。

不同的是，Arm“交朋友”風(fēng)格的版稅已經(jīng)很低。新晉的MCU內(nèi)核供應(yīng)商們，既要與Arm同臺(tái)競(jìng)技，又要面對(duì)一眾同門的壓力，可謂拒虎驅(qū)狼。當(dāng)前RISC-V市場(chǎng)遠(yuǎn)未開(kāi)發(fā)成熟，發(fā)展空間大但存量市場(chǎng)小，照中國(guó)人做生意的風(fēng)格，價(jià)格越做越低，有限空間下的競(jìng)爭(zhēng)壓力可想而知。考慮到芯片從研發(fā)到盈利的周期較長(zhǎng)，IP供應(yīng)商研發(fā)成本的回收周期也很長(zhǎng)，RISC-V生態(tài)建設(shè)如火如荼的背后，一眾MCU內(nèi)核供應(yīng)商的處境或許值得關(guān)注。

另一方面，內(nèi)核供應(yīng)商的激烈競(jìng)爭(zhēng)，雖讓MCU設(shè)計(jì)企業(yè)稍有*可占，長(zhǎng)遠(yuǎn)看卻不見(jiàn)得是件好事。如果運(yùn)氣差選擇了實(shí)力較弱的供應(yīng)商，未來(lái)供應(yīng)商盈利能力衰退，內(nèi)核研發(fā)與開(kāi)發(fā)工具的維護(hù)必然遲滯，牽連芯片競(jìng)爭(zhēng)力下降暫且不談，一旦研發(fā)停擺，MCU設(shè)計(jì)企業(yè)就不得不面臨更換供應(yīng)商的問(wèn)題，成本和風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)超前期收益。

反觀去年底海思發(fā)布的A²系列MCU和今年三月瑞薩發(fā)布的R9A02G021，都是企業(yè)基于自研RISC-V內(nèi)核構(gòu)建的MCU。大廠憑借雄厚的研發(fā)實(shí)力踏入自研RISC-V內(nèi)核賽道，確實(shí)從源頭上消除了供應(yīng)商相互競(jìng)爭(zhēng)的潛在隱患，但也讓MCU內(nèi)核供應(yīng)商的處境變得微妙：缺失頭部企業(yè)的支持，不但市場(chǎng)規(guī)模縮水，再造Arm神話的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)面臨降級(jí)也未可知。大廠自研內(nèi)核，或許意味著Arm一手*的“上游內(nèi)核IP供應(yīng)商+MCU芯片設(shè)計(jì)企業(yè)”的商業(yè)模式正在解構(gòu)，RISC-V生態(tài)共建的語(yǔ)境下，多模式并存的MCU設(shè)計(jì)紀(jì)元已經(jīng)開(kāi)啟。

【產(chǎn)品同質(zhì)化或成為下一輪關(guān)注的焦點(diǎn)】

在過(guò)去，Arm一家獨(dú)大的市場(chǎng)格局導(dǎo)致MCU形態(tài)千篇一律、市面產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重的論調(diào)已是老生常談。伴隨RISC-V陣營(yíng)逐步壯大，相同的擔(dān)憂并非空穴來(lái)風(fēng)。RISC-V國(guó)際基金會(huì)的CEO Calista Redmond就曾發(fā)文表示，供應(yīng)商要在開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提供差異化的服務(wù)。

差異化，簡(jiǎn)單講就是存同求異：在遵循RISC-V規(guī)范的前提下，IP供應(yīng)商和MCU設(shè)計(jì)企業(yè)，各家發(fā)揮特長(zhǎng)，做出特色。

MCU的特色如何挖掘？對(duì)內(nèi)核而言，優(yōu)化尺度是個(gè)難點(diǎn)：細(xì)微的改動(dòng)看不到競(jìng)爭(zhēng)力，過(guò)度改進(jìn)又會(huì)造出忒修斯之船——失去兼容性就意味著失去生態(tài)的庇護(hù)。早些年，IBM的Power架構(gòu)犧牲兼容性追求性能，最終敗給intel；MIPS因?yàn)樽非箪`活性導(dǎo)致架構(gòu)碎片化，后來(lái)敗給Arm，都是前車之鑒。MCU內(nèi)核優(yōu)化的另一個(gè)尷尬之處，在于效果改善不夠直觀，終端用戶體驗(yàn)上很難和同類產(chǎn)品拉出差距。如此看，RISC-V雖然開(kāi)放，也給內(nèi)核套上了韁繩，差異化在內(nèi)核層面的空間似乎有限。

相比之下，經(jīng)由MCU設(shè)計(jì)企業(yè)貢獻(xiàn)的產(chǎn)品特色，多是看得見(jiàn)、摸得著的。今年先楫發(fā)布的RISC-V微控制器HPM6800，就通過(guò)集成芯原2.5D GPU，讓產(chǎn)品的圖像處理性能大幅提升。南京沁恒內(nèi)置USB和以太網(wǎng)PHY的青稞RISC-V系列MCU，通訊接口的易用性也讓人印象深刻。由此看來(lái)，MCU廠商將RISC-V導(dǎo)入特定領(lǐng)域，再進(jìn)一步發(fā)展出特色，或許也不失為一計(jì)良策。

【尾聲】

RISC-V的興起既有*意志的縱橫捭闔，也離不開(kāi)本土企業(yè)的自發(fā)探索。席卷全球的燎原之勢(shì)讓我們有理由相信，RISC-V必將成為中國(guó)和*集成電路產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)的新支點(diǎn)，撬動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展達(dá)到新高度。

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