算力大爆炸
大爆炸是宇宙產生的起源，而下一次產業革命的大爆炸，必將由科技來推動。中國能否引領接下來的產業革命，科技力量的發展是關鍵。算力智庫以國內最具代表性的公司企業為例，剖析產業的發展路線和趨勢，推出算力大爆炸欄目。
從Ai到智能製造，科技發展的最上層，無不受芯片產業發展的影響，芯片也成為接下來全球科技產業競爭的重要抓手。而芯片最上層是芯片架構。此前，掌握在Inter、AMD、ARM幾大巨頭下的架構格局正在被開源架構所打破，算力大爆炸首期以芯片架構為主題，剖析開源架構出現後，中國的芯片機遇。
搭載了麒麟990芯片的華為Mate30今天正式發佈，其性能足以媲美選擇高通和蘋果最新芯片的旗艦機。尤其是集成了5G基帶，這款芯片可謂目前國產芯片的最高水準。
然而美中不足的是，國產芯片的外表下，麒麟990仍然有著“外國血統”。麒麟990的芯片架構一直被國外公司ARM所掌控，而“中興事件”和“ARM斷供”的發生，正在讓這一制約著我國芯片發展的隱患，逐漸演變成“顯疾”。
當然，國際上並非沒有第三方芯片架構，尤其是開源架構RISC-V的出現，讓不甘心被鉗制的我們看到了另一個方向。
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全球芯片格局，兩大架構壟斷下的生態
在芯片產業中，中國所擅長的是芯片產業下游的封裝測試階段，技術含量較低。而最上游的芯片IP架構、EDA設計工具、光刻機等軟硬件設備的核心技術都由國外提供。直到“中興事件”的爆發讓“中國缺芯”這個問題進入大眾視野。
就在數月前，華為被美國列入出口管制“實體清單”，其中ARM公司也斷絕了與華為的芯片授權業務。
雖然華為此前已經購買了ARM V8指令集的終身授權，停止授權並不意味著華為不能使用ARM的架構，但ARM的停止授權意味著華為將無法使用ARM後續推出的新架構服務。
芯片一直存在兩大主流架構：X86架構以及ARM架構，其中，X86架構由於其體積大，功耗高，性能強的特點，主要用於PC及服務器芯片。ARM體積小、能耗低但性能不如X86架構，因此在PC時代一直處於弱勢。然而智能手機的需求完全貼合了ARM架構的特點，因此ARM成為手機芯片主流，在目前手機芯片市場中佔據了90%以上的份額。
如果要徹底解決芯片在架構層面受到鉗制的局面，就需要尋找一個替代方案，市場上，的確也誕生了一些開源芯片架構。
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打破壟斷的嘗試，開源芯片競爭力幾何？
2010年，伯克利大學，計算機科學教授David Patterson及其團隊開始了RISC-V指令集架構的設計。原因是他們發現包括ARM、MIPS、SPARC、X86等多個指令集不僅設計越來越複雜，而且還存在知識產權問題。
團隊用了3個月時間完成了RISC-V指令集的初始設計開發，之後於2011年5月第一次公開標準。2014年，RISC-V的第一批標準定型。其間，隨著標準的發佈和改進，進行了多次流片驗證。
RISC-V指令集完全開源、設計簡單、易於移植Linix系統，採用模塊化設計，擁有完整工具鏈。RISC-V雖然不是第一個開源的的指令集(ISA)，但它是第一個被設計成可以根據具體場景選擇適合指令集的架構。基於RISC-V指令集架構可以設計服務器CPU，家用電器CPU，工控CPU和傳感器CPU，尤其在Ai芯片領域可以發揮很大作用。
RISC-V的出現迅速吸引了世界的注意，RISC-V可以讓用戶有機會避免Intel x86知識產權體系的鎖定和ARM高昂的芯片特許使用費。最重要的是，開源架構的出現可以讓企業免受政治因素的影響而受制於人。
開源芯片RISC-V的優勢還體現在以下五個方面：
1. 極簡。RISC-V憑藉技術上的後發優勢，擁有精簡的篇幅長度，比起冗長、指令繁多、互不兼容的傳統商業架構，優勢十分明顯，RISC-V的架構手冊只有上百頁，相比起ARM兩千多頁的手冊，開發人員能快速投入開發。
2. 乾淨。RISC-V清晰區分了用戶和特權指令子集，避免了對特殊微架構和特殊工藝的要求，因此具有普適性，可顯著降低成本。
3. 模塊化。RISC-V的指令分為核心基礎指令集和標準可擴展指令子集。基礎指令集很小，但是可以根據用戶需求去加載擴展集，後者確保了指令能夠應用於不同場景。
4. 可擴展。充分考慮了芯片設計的可擴展性和專用性需求，具有變長指令編碼，並預留了大量的可用編碼空間，使得未來指令擴展方便可行。
5. 穩定。經過若干年的迭代，基準指令和一些標準可擴展指令已經確定，新功能的實現只需增加擴展子集，而無需發佈整個指令集的新版本。由於RISC-V使用BSD License開源協議，指令集徹底開放，給予使用者很大自由，允許使用者修改和重新發布開源代碼，也允許基於開源代碼開發商業軟件發佈和銷售。
RISC-V具有很強的後發優勢，能從開發時間和授權費用等層面大大降低芯片設計門檻，3-5人的小團隊在3-4個月內，只需幾萬元便能研製出一款有市場競爭力的芯片，從而促進芯片產業的繁榮，能更好地支持人工智能等新一代信息技術和數字經濟的發展。
上述的RISC-V優勢主要在於其開源架構的身份，如果和同為開源芯片的架構對比，其優勢就沒那麼明顯了。
2018年12月，Wave Computing公司宣佈將MIPS指令集置於開源。MIPS是為數不多能在ARM的覆蓋下可以拿到部分市場份額的芯片架構。而MIPS的開源也讓RISC-V面臨了很大的挑戰。
芯片架構的競爭力不僅體現在開發成本上，更多是體現在生態體系的建立。X86架構隨著windows系統的普及獨佔鰲頭，ARM也是趁著安卓系統的東風奠定行業地位。因此，開源芯片最重要的便是發展自己的生態，而已經商用多年，並積累了一定的下游生態，開發工具更成熟的MIPS的開源，也讓RISC-V感受到了競爭壓力。
MIPS授權業務總裁的阿特斯威夫特曾表示，如果這發生在兩三年前，那麼RISC-V永遠不會誕生。
另一方面，雖然MIPS和RISC-V都是開源芯片，但是開源並不代表免費，只是費用相對較低而已。
對X86和ARM來說，開源架構在商業生態和使用及開發習慣上仍然不具競爭力，更需要警惕的是“國外一開源，我們就自主”這種聲音的出現，CPU架構從上世紀90年代的10多家到現在以X86和Arm為主，背後其實是更深刻商業規律在主導。
有業內人士指出，芯片架構尤其是更多開源架構的出現，可能會重新走到了上世紀90年代有多家指令集架構競爭的局面，對芯片開發公司來說並沒有節省什麼成本，反而因為各自微架構的特殊性帶來操作系統和應用程序的不兼容。
但是對中國來說，開源架構的出現確實讓我們看到國產芯片不受壟斷的可能，而在生態建設上，中國也具備很強的規模優勢。
目前，針對RISC-V和MIPS架構，我們已經形成了一定生態規模，以龍芯、阿里、北京君正等為代表的企業正在做出自己的嘗試。
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開源架構雙雄並立，
國內企業的開源嘗試
RISC-V的推動，以及MIPS、Power Architecture等架構先後走向開源，可以說從低端IoT，主流終端核心、通信領域，再到高性能計算領域，全方位對ARM架構進行包圍。既巧妙避開英特爾（Intel）和ARM 巨頭盤踞的PC 、手機領域，又依賴其性能很好的滿足AI、物聯網市場需求。
RISC-V：
芯片開源正在成為業界努力的方向，最具代表性的是開源架構RlSC-V。在一些新興的邊緣領域，比如物聯網（IoT）、人工智能（AI）、邊緣計算（Edge Computing）領域，RISC-V依據高能效低成本解決方案將在未來具有很大的爆發空間，國內外企業紛紛基於開源指令集架構RISC-V尋求芯片設計的突破。ARM的忠實用戶華為、高通、Google等，為分散風險，尋求更大的創新，也紛紛加入了開源架構RlSC-V的陣營。
然而作為芯片架構界的“新人”，不同於MIPS已經落地多年並形成一定生態和產品，RISC-V從零開始建立體系，在國內亟需標杆級的企業來扛起這面大旗，這次，首先站出來的是阿里巴巴。
2018年的杭州雲棲大會上，阿里巴巴旗下的平頭哥半導體正式誕生，得益於RICS-V開源的優勢，時隔不到一年，2019年7月25日首款基於RISC-V架構的芯片玄鐵910便問世了。
作為平頭哥的首個產品，玄鐵910將大大降低高性能端上芯片的設計製造成本，未來將應用在5G、人工智能、網絡通信、自動駕駛等領域中。
當然，即便是開源架構，要實際落地一款芯片，依靠一家互聯網公司去撐起產業略顯力不從心，因此，平頭哥半導體是由國產芯片企業中天微與阿里旗下達摩院芯片團隊整合而成，阿里全資控股。
這種強強聯合的模式並非業界新模式，國內通用MCU的龍頭，兆易創新（603986.SH）也於8月22日攜手芯來科技（Nuclei）發佈了全球首個基於RISC-V開源架構內核的32位通用MCU產品---GD32VF103系列，並提供了從芯片到程序代碼庫、開發套件、設計方案等完整工具鏈支持並持續打造RISC-V開發生態。
和平頭哥一樣，兆易創新想做的不僅僅是基於開源框架去打造芯片，而是希望能引領生態。
根據計劃，未來平頭哥也將全面開放玄鐵910 IP Core，全球開發者可以免費下載該處理器的FPGA代碼，快速開展芯片原型設計和架構創新。並推出面向領域定製優化的芯片平臺(Domain specific SoC)，提供包括CPU IP、SoC平臺以及算法在內的軟硬件資源，面向不同AIoT場景為企業和開發者提供不同層次的芯片服務。
可見，國內芯片企業的目標不僅是做出產品，還希望在生態建立初期能夠快速擴大影響力。
隨著近 2 年 RISC-V 生態快速崛起，對 ARM 在物聯網市佔擴張造成不小威脅，RISC-V架構開放、靈活、低功耗的特點，也吸引了包括樂鑫科技、華米科技、北京君正、聯發科等上市公司紛紛佈局研發基於RISC-V架構的芯片，未來這一生態還將繼續擴大。
MIPS：
除了ARM、RISC-V之外，低功耗處理器另一重量級對手MIPS，在2018年12月宣佈開源之後，就成為RISC-V在AI時代強有力的競爭者。 相比RISC-V是芯片架構的新生力量，MIPS則已經發展了近30個年頭，其在傳統物聯網市場包括機頂盒、錄音筆、智能手錶獲得了不錯的應用，基於MIPS架構的芯片也已有85億顆的芯片在數千種商業解決方案中交付使用。
資料來源：公開資料
出於芯片技術體系的自主可控，防止技術壟斷，我國早在2001年已經開始佈局。在當時的幾大芯片架構MIPS、ARM、X86架構中，中科院選擇了耗能低性能良好的MIPS架構尋求突破，主導開發的幾代芯片均是基於MIPS架構，目前國內MIPS陣營的北京君正、神州龍芯的核心團隊也均來自中科院體系。 作為MIPS陣營裡面的中堅力量，北京君正創造性地推出了其獨特的MIPS32兼容的微處理器技術XBurst，能夠在極低的功耗下高速發射指令，其主頻、多媒體性能、面積和功耗均領先於工業界現有的32位RISC微處理器內核。 北京君正長期的芯片設計經驗的積累，其開發出來的芯片在耗能低性能具有相當不錯的市場競爭力，同一結點水平下，君正的嵌入式CPU技術在功耗上只有ARM同類產品的1/3-1/2，其芯片產品在智能硬件領域獲得廣泛應用。 但是，由於嵌入式CPU芯片必須結合操作系統平臺的支持，才能應用到各種領域，而安卓的操作系統已經是ARM的天下。相對於手機芯片廠商美國高通、華為海思、紫光展銳的ARM芯片架構，擁有MIPS架構芯片的北京君正存在著芯片和軟件的不兼容問題，因此其產品在智能手機與平板電腦上均無作為，目前芯片的應用主要集中於低端便攜消費電子產品。 相比北京君正，神州龍芯研發的基於MIPS的嵌入式處理器核主攻高性能市場，客戶集中於軍工領域，目前產品主要包括龍芯2號單核處理器系列以及龍芯3號多核處理器系列，應用於桌面辦公、服務器、工業控制、網絡安全以及物聯網等。
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中國的機會? 打破巨頭壟斷路在何方
隨著全球芯片產業的整合，目前在芯片市場中的主流無非是基於ARM架構和x86架構，德州儀器、愛立信、英偉達等競爭者的相繼退出，預示著未來芯片產業的勝者將更多依賴企業自身龐大的資金實力和持續不斷的投入。
芯片架構的成功，除了技術方面，生態問題始終是制約一個架構發展的最大瓶頸。新研發出來的芯片產品如果沒機會到市場去試錯，沒有進入市場的良性循環，不管是軟件還是硬件，都很難達到用戶滿意的水平。一個芯片的成功，一定是它應用生態的成功。華為海思的麒麟芯片能夠獲得不錯的發展，一方面是因為華為在人才和資金等資源上的鉅額投入，另一方面也得益於華為手機的廣闊市場。市場的反映以及用戶的反饋都是麒麟處理器迭代完善的方向和動力。
要實現國產芯片自主可控發展，打破國外巨頭壟斷格局，不僅要迅速行動抓住時機，還應以市場為導向，找準適合的市場定位。以人工智能技術為引領的新一代信息技術包括AIoT、5G、雲計算、邊緣計算、大數據、AR/VR等新技術的湧現，或會是芯片格局的重要機會。
一方面，新老芯片架構處於同一起跑線，此前老架構積累的生態優勢不復存在，另一方面，與PC 時代、移動互聯網時代不同，AIoT 時代的芯片應用場景更加豐富多元，企業需要能快速實現可商用的芯片，RISC-V 、MIPS等架構具備開放、靈活、低功耗等優點，被認為是 AIoT 場景最核心的芯片架構之一。
PC時代成就了英特爾x86，移動時代成就了ARM，人工智能時代，以RISC-V為代表的開源芯片架構或許是國產芯片彎道超車，實現國產芯片自主可控的機會。
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