ARM的免费IP战略，能否撼动RISC-V的根基？
EDA365网2020-05-06 13:07
近日，ARM宣布了灵活访问计划（flexible access），该计划主要针对处于早期阶段的芯片初创企业。根据该计划，拥有不超过500万美元资金的初创公司可以免费试用各种ARM IP，从而使他们可以在整个产品开发周期内使用各种ARM解决方案进行实验，设计和原型设计。该计划涵盖的ARM IP包括了如Cortex -A，Cortex-R和Cortex-M处理器，部分ARM Mali GPU，ISP等等。此外，ARM还提供相关的培训服务来帮助初创公司更好地上手这些ARM IP。
该计划主要的目的是给初创企业一个试用ARM IP的机会，即在量产前试用ARM IP不收费，而仅仅在量产后才开始收费，相当于降低了初创公司在芯片开发初期的风险。事实上，Flexible Access这是ARM之前Design Start计划的延续。2015年，ARM通过Design Start计划免除了Cortex-M0 IP的试用费用，而到了2017年，该计划进一步纳入了Cortex-M3 IP。ARM在IP免费试用方面加大了力度，可以认为是对RISC-V生态的一种回应。
当前ARM和RISC-V生态
为了分析ARM此举对于RISC-V的影响，我们首先回顾一下当前ARM和RISC-V各自的生态。
ARM是目前SoC IP领域毫无疑问的领跑者。其IP库包含了从处理器，GPU，人工智能加速IP，安全解决方案，甚至标准单元库等等，其生态非常完整。在智能手机领域，ARM是事实上的唯一生态，几乎所有的智能手机SoC都在使用ARM的IP。而在智能手机之外的其他领域（例如高性能计算、汽车电子等），ARM生态也在积极开拓中。由于ARM生态的完整性，甚至可以整个SoC的绝大部分都使用ARM的IP，因此很适合对于IP定制化需求较小的客户。对于这些客户，完全可以在ARM的IP中根据自己的需求去挑选一系列不同规格的IP，并组合到一起来快速实现自己的SoC。
RISC-V则是新兴的处理器IP生态。RISC-V起源于加州大学伯克利分校的处理器项目，该项目经过多次迭代，最终将其指令集和参考处理器设计全部开源。这里和ARM有几点关键区别：
1.RISC-V生态是完全开源，即允许任何组织／个人自由修改和定制化指令集和处理器设计。同时，它也允许公司对于自己的RISC-V设计去做商业化，例如著名的SiFive就在设计自己的基于RISC-V的处理器，并将该处理器IP收费授权给客户。与此相对，ARM则是一个付费的生态，虽然它现在将一部分IP有条件地免去了试用的费用。因此，在讨论RISC-V和ARM的时候，我们需要厘清RISC-V生态（免费，开源），基于RISC-V的商业化IP（非开源），以及ARM（非开源）。
2.RISC-V目前还仅仅专注于处理器领域，而ARM除了处理器之外还有GPU、ISP、片上互联IP等等一系列IP。换句话说，用ARM你可以直接做出一整个SoC，而用RISC-V的话仅仅只能做处理器，没法涵盖其他IP。
因此，相比于ARM适合希望用标准化IP搭建自己SoC的客户，RISC-V更适合对于处理器有更多定制化需求的客户。对于在芯片产品中使用RISC-V的公司，大体可以分为将RISC-V用作产品核心模块的公司，以及将RISC-V用作产品辅助模块的公司（基于RISC-V设计提供IP授权的公司，最终的IP还是会流向前述的两类公司）。
将RISC-V用作产品核心模块的公司的产品主要是处理器系列产品，典型的公司包括美国的Esperanto，法国的Greenwaves，中国的睿思芯科、芯来科技等。使用RISC-V作为核心产品的公司通常具有能力基于开源的RISC-V指令集做大量定制化，并根据产品需求将RISC-V核的某些方面（例如性能，功耗，能效比等等）。例如，Esperanto使用RISC-V并且在大规模并行计算上做了大量优化，从而瞄准高性能计算市场；而睿思芯科则针对能效比做了定制化设计，从而让RISC-V能应用在终端人工智能应用上。
另一类使用RISC-V在芯片产品中的公司则是将RISC-V当作一个辅助处理器。例如，Nvidia和西部数据都在自己的芯片中应用了RISC-V核作为一个辅助处理器，作用是可以通过简单编程来实现对于SoC上其他IP的控制。随着SoC越来越复杂，许多IP本身的定位需要一个控制器／处理器去控制和编程，但是如果这些IP都需要由主AP控制则会影响整体性能，因此一个较好的策略就是使用RISC-V这样的核去做编程和控制。RISC-V在这方面的优势主要是轻量化（包括收费方面）以及可定制，但是相应地也需要使用团队有较强的能力才能较有信心地将轻量级可定制的RISC-V核去和其他IP做集成。
综上分析，我们认为ARM和RISC-V目前来说还是主要面向不同的市场和客户；ARM面对的是主流处理器生态客户，其完整的生态链可以帮助客户快速完成一个性能和可靠性都有所保证的SoC；而RISC-V面对的是对于处理器有一定定制化能力以及需求的客户，可以帮助公司以较低的代价完成定制化的处理器核。
ARM的灵活访问计划能否撼动RISC-V生态？
首先，我们认为ARM的灵活访问计划不会改变将RISC-V用作产品核心模块的公司使用RISC-V。这是因为，这些公司使用RISC-V的主要原因是因为其可扩展性和可定制化。我们知道，ARM的处理器授权大体可以分为架构授权和非架构授权两类。绝大多数公司使用ARM都是非架构授权，即ARM提供处理器核的设计，而授权公司则只能在物理实现层面（例如布局布线）上做一些优化，但是没有办法修改ARM的设计。而架构授权则是ARM提供处理器核的指令集授权，客户在确保不更改指令集的前提下可以在微架构等方面做更多的定制化。然而，架构授权收费非常高，因此只有像高通这样的巨头才有财力和动力去获取ARM的架构授权。这次ARM的灵活访问计划涉及的是部分处理器IP非架构授权的有限免费使用，与架构授权没有关系。
而RISC-V相当于是直接提供了免费的架构授权，并且还允许用户做自己的定制化和拓展。将RISC-V用作产品核心模块的公司正是希望能充分利用RISC-V这一点的优势来做自己的差异化产品；相反，ARM在未来几年基本可能会提供免费的架构授权，更不用说允许客户自行扩展ARM的指令集，因此，这次的灵活访问计划并不会改变这些公司使用RISC-V。
另一方面来说，ARM的灵活访问计划对于提供RISC-V处理器IP的公司是有一定影响的。原因当然和收费以及商业模式有关，因为之前确实一些RISC-V处理器的IP公司将价格较低作为自己产品的一个亮点，那么随着ARM越来越重视RISC-V这个对手并且也开始打价格战，RISC-V IP授权就会面临更大的压力。
从近期来看，ARM的灵活访问计划覆盖的范围还较小，只是针对初创公司，因此对于希望使用RISC-V作为辅助核的大公司来说仍然不会受到该计划的影响；但是我们预期在未来ARM会将其免费策略的覆盖范围逐渐增大，因此RISC-V IP公司必须要做出相应的对策，而不能仅仅是提供“比ARM更低价的IP”。我们认为，RISC-V IP可以在垂直和水平两个方向做出对应。
在水平方向，RISC-V IP必须在已有的IP产品中做差异化，例如更灵活的定制化和更快的交付周期等。举例来说，ARM的核心只能提供有限种性能／功耗／面积的组合，而RISC-V IP如果能提供更多灵活性，让用户根据自己的需求去提交定制化的性能指标，而IP提供者则能利用敏捷设计等工具快速交付精确符合用户需求的定制化RISC-V IP，这将可能成为RISC-V相对ARM的重要差异化方向（即对于同一个目标市场，ARM可以提供有限种IP解决方案，而RISC-V则可以提供近乎无限种根据用户需求定制的IP）。
从垂直角度上来说，则是需要RISC-V IP公司能够去开拓更多的市场。如之前所讨论的，RISC-V IP目前大多数应用仍然是辅助核，如果RISC-V IP公司能开拓更多的市场，我们才能看到RISC-V真正走进主流。把垂直以及水平结合起来，我们认为RISC-V IP未来的方向应当是开拓更多的市场，并且在每一个细分市场以差异化的方法（例如定制化设计）去和ARM竞争，这样才能让RISC-V IP走向下一个阶段。希望RISC-V在未来的道路能越走越好。
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