Arm和RISC-V也要一戰(zhàn)高下

隨著國內(nèi)集成電路初創(chuàng)企業(yè)的穩(wěn)定增長，Arm和RISC-V受到越來越多的關(guān)注。 一個(gè)是成熟的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，另一個(gè)是開放源代碼體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，該體系結(jié)構(gòu)已在業(yè)界引起廣泛關(guān)注。 Arm以其低功耗和低成本在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)取得了突破。 在過去的三年中，基于ARM體系結(jié)構(gòu)的芯片的平均年交付量已超過220億。 通過開源，RISC-V吸引了許多新興集成電路公司的熱情。 Arm對(duì)未來顯示出什么樣的發(fā)展趨勢(shì)? 如何結(jié)合高頻，低功耗，安全性和可靠性? RISC-V不可替代的優(yōu)勢(shì)是什么?

對(duì)此，天津飛騰信息技術(shù)有限公司副總經(jīng)理張承義認(rèn)為，“ Arm 架構(gòu)是一個(gè)充滿蓬勃生機(jī)，并正在迅速發(fā)展的生態(tài)體系，是信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中兼具開放性和性能優(yōu)勢(shì)的 CPU 架構(gòu)體系，且適用于各種嵌入式、移動(dòng)終端、桌面終端、服務(wù)器、云計(jì)算、甚至高性能計(jì)算機(jī)各種應(yīng)用領(lǐng)域，能夠打通從端到云的全棧生態(tài)，適應(yīng)當(dāng)前多形態(tài)信息系統(tǒng)之間協(xié)同、共生、互通的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。”

基于Arm架構(gòu)，打造三大CPU系列

飛騰采用的是 Arm V8 指令集架構(gòu)，自主開發(fā)兼容 ArmV8 指令集的 CPU 產(chǎn)品。目前主要有面向服務(wù)器、桌面終端和嵌入式三個(gè)領(lǐng)域的 CPU 產(chǎn)品，2017 年推出了高性能服務(wù)器 CPUFT-2000+/64 處理器，是國內(nèi)首款自主設(shè)計(jì)的 64通用 CPU，也是國際上首款兼容 ARM 指令集的 64通用 CPU;FT-2000+/64 能夠提供面向企業(yè)級(jí)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)所需的計(jì)算能力和訪存帶寬，目前在國內(nèi)政務(wù)云、金融、電信、能源等關(guān)鍵行業(yè)信息系統(tǒng)中;在服務(wù)器 CPU 產(chǎn)品線，公司 2020 年即將推出新一代多路服務(wù)器 CPU，支持 2~8 路服務(wù)器的構(gòu)建，滿足金融、電信等領(lǐng)域?qū)Ω咚懔Α⒋髢?nèi)存的應(yīng)用需求。

目前高效能桌面 CPU 主流產(chǎn)品是 2019 年推出的 FT-2000/4，適用于構(gòu)建桌面終端計(jì)算機(jī)，包括臺(tái)式機(jī)、一體機(jī)、筆記本電腦和瘦客戶端等產(chǎn)品，并可通過“降頻”、“減核”的方式，在能源、交通、化工、金融等關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)嵌入式低功耗應(yīng)用。聯(lián)想、長城、同方、浪潮、紫光等數(shù)十家整機(jī)廠商已經(jīng)基于 FT-2000/4 推出了各種類型終端并投放市場(chǎng)。針對(duì)高端嵌入式應(yīng)用，飛騰在 2017 年推出了 FT-2000A/2，適用于嵌入式工業(yè)控制、瘦客戶機(jī)等領(lǐng)域。目前飛騰 CPU 的出貨量已經(jīng)超過 70 萬片。

“高主頻、低能耗、安全可靠”一個(gè)都不能少

在高端應(yīng)用中，隨著芯片主頻的提高，功耗也會(huì)隨之提高，芯片廠商一直在平衡用戶對(duì)“高性能低功耗”的進(jìn)一步需求。在張承義看來，高性能和低功耗天生是一對(duì)矛盾，二者不可得兼，但是芯片廠商可以通過相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)來提高芯片產(chǎn)品的性能功耗比。同時(shí)，在芯片設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)增加豐富的軟件控制接口，使用戶能夠根據(jù)自己的應(yīng)用特征動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)性能和功耗。

無論是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，還是 5G、AI 應(yīng)用，用戶對(duì)安全的關(guān)注越來越高，為了應(yīng)對(duì)安全問題，Arm 發(fā)布了自身的安全架構(gòu)。飛騰也構(gòu)建了安全可信系統(tǒng)的產(chǎn)品棧，一方面，ARM 架構(gòu)本身就具有一些安全特性，飛騰在 CPU 設(shè)計(jì)時(shí)都實(shí)現(xiàn)了兼容支持。同時(shí)飛騰自定義了飛騰處理器的安全架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn) PSPA，從芯片設(shè)計(jì)層面實(shí)現(xiàn)安全相關(guān)功能、提升芯片安全特性。PSPA 是國產(chǎn) CPU 企業(yè)首次發(fā)布 CPU 層面的安全架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，從 CPU 層面實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自底向上的本質(zhì)安全，構(gòu)建主動(dòng)免疫可信計(jì)算平臺(tái)。飛騰已發(fā)布的 FT-2000/4 中實(shí)現(xiàn)了 PSPA 標(biāo)準(zhǔn)，從 CPU 層面為可信計(jì)算提供了有效支撐。

順應(yīng)邊緣計(jì)算發(fā)展，看好綠色設(shè)計(jì)市場(chǎng)

我們從近十年互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展可以看到，不同的產(chǎn)業(yè)階段對(duì) IT 基礎(chǔ)架構(gòu)和計(jì)算能力會(huì)提出不同的要求。新應(yīng)用、新技術(shù)、新架構(gòu)是未來數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，計(jì)算平臺(tái)創(chuàng)新是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。隨著自動(dòng)駕駛、云游戲、VR/AR 等應(yīng)用的興起，以及物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用、短視頻、個(gè)人娛樂、人工智能的爆炸式增長，用戶對(duì)應(yīng)用體驗(yàn)的追求不斷提高。同時(shí)，邊緣計(jì)算逐漸興起，未來超過 70%的數(shù)據(jù)和應(yīng)用將在邊緣產(chǎn)生和處理。

對(duì)于邊緣計(jì)算的未來發(fā)展，張承義表示，“未來，多種計(jì)算架構(gòu)并存，云服務(wù)的普及將是計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。飛騰也非?？粗胤细咝阅堋⒌凸?、低延時(shí)的綠色計(jì)算市場(chǎng)，以服務(wù)器和終端市場(chǎng)為發(fā)力點(diǎn)，致力于整合業(yè)內(nèi)生態(tài)伙伴資源，做大市場(chǎng)蛋糕，為產(chǎn)業(yè)提供綠色節(jié)能、安全可靠和優(yōu)異性能的算力基礎(chǔ)?！?

服務(wù)器市場(chǎng)，Arm已經(jīng)準(zhǔn)備就緒

在服務(wù)器市場(chǎng)，Arm 從未放棄，雖然已經(jīng)有很多公司放棄基于 Arm 架構(gòu)開發(fā)服務(wù)器產(chǎn)品，但是仍然有新來者開闊市場(chǎng)，亞馬遜 AWS、Ampere、華為等廠商已經(jīng)基于 Arm 架構(gòu)推出了服務(wù)器產(chǎn)品，只是市場(chǎng)規(guī)模還較小。

分析原因，張承義指出，在 2019 年前，服務(wù)器市場(chǎng)仍舊是 x86 占據(jù)絕對(duì)壟斷地位，但在 2019 年這種形式在悄然發(fā)生變化，全球 Arm 服務(wù)器市場(chǎng)份額已經(jīng)上升到了 1.3%，中國服務(wù)器市場(chǎng)中 Arm 服務(wù)器占比上升到了 5%。數(shù)據(jù)表明，Arm 服務(wù)器已經(jīng)找到自己的市場(chǎng)定位，逐漸受到了用戶的認(rèn)可。Arm 架構(gòu)由于其在嵌入式移動(dòng)終端領(lǐng)域的成功，在指令集架構(gòu)陣營里是一種獨(dú)特的存在，而 5G 應(yīng)用和云計(jì)算的加速發(fā)展，正在打破原有的市場(chǎng)格局，在相關(guān)解決方案中更加注重性能、能效以及面向特定業(yè)務(wù)的定制型優(yōu)化。信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新場(chǎng)景所帶來的海量數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲(chǔ)的需求，將產(chǎn)生新的巨大的市場(chǎng)，也會(huì)同時(shí)帶來對(duì)基礎(chǔ)計(jì)算架構(gòu)多元化的需求。

Arm和RISC-V之爭

RISC-V 架構(gòu)憑借開源性和靈活性吸引了眾多國內(nèi)半導(dǎo)體公司的關(guān)注，有些 IP 公司、芯片設(shè)計(jì)公司已經(jīng)開始基于 RISC-V 架構(gòu)開發(fā)產(chǎn)品，這難免對(duì) Arm 造成一定的市場(chǎng)壓力。但是張承義用 Windows 和 Linux 的故事做了解釋。

上世紀(jì)末，在操作系統(tǒng)領(lǐng)域，Windows 和 Linux 之間也有過類似討論，Windows 是 PC 端的絕對(duì)主流系統(tǒng)，Linux 相對(duì)小眾，但沒有兼容性等問題，移植起來相對(duì)容易。目前 Arm 和 RISC-V 的競爭也面臨相似局面。目前，在移動(dòng)終端及 IoT 領(lǐng)域，Arm 在產(chǎn)品覆蓋的全面性上，以及標(biāo)準(zhǔn)定制化方面，仍有很大優(yōu)勢(shì)。在云計(jì)算、桌面等領(lǐng)域，也有大量的企業(yè)級(jí)用戶投入了巨大的資源在構(gòu)建一個(gè)逐步完善的生態(tài)。RISC-V 對(duì)于芯片設(shè)計(jì)廠商在初期成本方面確實(shí)有一些優(yōu)勢(shì)，但在生態(tài)系統(tǒng)上尚難以提供完整的支持，指令集的任意擴(kuò)展也會(huì)導(dǎo)致軟件兼容的碎片化問題，所以對(duì)于芯片廠商來說，很大概率花在后續(xù)生態(tài)建設(shè)上的成本會(huì)抵消掉一些早期成本優(yōu)勢(shì)。而在一些對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的成熟度和統(tǒng)一性要求不高的應(yīng)用領(lǐng)域，如 MCU 等，是 RISC-V 可以重點(diǎn)發(fā)力的領(lǐng)域。

張承義強(qiáng)調(diào)，“Arm 架構(gòu)、x86 架構(gòu)這么多年來之所以在各自優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域里長期保持領(lǐng)先，是因?yàn)樗麄円呀?jīng)建立起了完整的生態(tài)，除了芯片架構(gòu)以外，生態(tài)周邊的產(chǎn)品也都是圍繞架構(gòu)來進(jìn)行整合的，在這一點(diǎn)上，RISC-V 是比較欠缺的，該陣營缺少一個(gè)強(qiáng)有力的代表企業(yè)來組織推動(dòng)。由于 RISC-V 開源的方式，大家都可以自由根據(jù)自己的需求進(jìn)行增刪等修改，最終用戶使用到的 RISC-V 架構(gòu)就有所差異，相應(yīng)的規(guī)范也不一樣，進(jìn)一步使得生態(tài)難以統(tǒng)一?！?