平头哥的开局与破局

芯片

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一夜之间,芯片业成为科技媒体的热门话题。

7 月 25 日,阿里巴巴旗下半导体公司平头哥,在上海阿里云峰会上发布RISC-V处理器玄铁910。平头哥对外宣称,这是业界性能最强的一款RISC-V处理器,在性能方面支持 16 核,单核性能达到7.1 Coremark/MHz,主频达到2.5GHz,比目前业界最好的RISC-V处理器性能高40%以上。这是成立不到一年的平头哥半导体的处女作。

玄铁 910 直接对并非ntel类似通的通用芯片。一方面,其应用场景不是PC,不是移动,而是5G基站、人工智能、自动驾驶等IoT场景;另一方面,它不是一款完整集成芯片,而是一个跟ARM类似的IP core,采取开源模式,基于但又比ARM更开放5G、人工智能、网络通信、自动驾驶等领域的开发者,可以定制自有芯片提高性能提高一倍以上,同时将成本降低一半以上。

2018 年杭州云栖大会上,平头哥半导体公司宣告成立时备受关注,这是阿里亲自做芯片的起点。玄铁 910 作为首秀,堪称惊艳。

同一时间,高通、英特尔和苹果在移动芯片市场正展开一场三角恋。

7 月 26 日,苹果宣布将以 10 亿美元价格从英特尔手中收购智能手机调制解调器业务,以及一系列专利和大约 2200 名员工,这是苹果继 2014 年以 30 亿美元收购Beats后的第二大收购案。

通过这项收购,苹果将强化自主芯片研发能力,补足5G芯片短板。今年 4 月,苹果与高通达成和解协议,在付出了至少 45 亿美元的代价后,iPhone将获得高通的基带支持。高通与苹果和解后,这两年为苹果提供基带的“替补”Intel意识到地位不保,暂缓手机芯片开发。 10 亿美元出售手机基带意味着Intel一直努力的移动战略受重创,同时,英特尔公布第二季度净利润同比下降17%。接下来,Intel将保留非智能手机应用开发调制解调器的权利,包括为个人电脑、物联网设备和自动驾驶汽车开发。

平头哥玄铁 910 瞄准IoT时代,苹果收购IntelAIoT带意在5G……作为IT产业基石的芯片产业,正暗里涌动。有野心的科技巨头们,正在新一轮芯片浪潮中正在角力。

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第三次芯片浪潮

谈到芯片浪潮,我想到了《浪潮之巅》这本书。尽管因为“公司基因论”等观点,该书作者吴军这段时间备受争议,但这本书对于了解科技发展史的价值不容置疑。

《浪潮之巅》用大量篇幅描述了半导体产业的发展,以此呈现IT产业的发展规律。半导体是计算机、互联网甚至IT产业的起点,硅谷之所以叫硅谷,正是因为硅是半导体的原料,硅谷正是因为因为聚集大量的半导体公司而得名。这些公司中,英特尔抓住PC 浪潮,高通抓住移动浪潮,这样的浪又大又高,站在“浪潮之巅”的企业都成了巨头。

既然是浪潮,就有潮起潮落。今天,不论是PC还是移动芯片,发展都已接近极限。五年前PC衰落,芯片“够用了”很难再有升级动能,Intel大力转型移动;Intel移动化尚未成功,手机市场又进入下滑周期,移动芯片面临“够用了”的状况,智能手机的瓶颈不再是计算性能,而是网速、续航、交互,ARM被软银收购, 2019 年第二财季高通营收下降4.6%,芯片巨头都在寻找新的方向。

“ 18 个月性能翻番、成本减半”的摩尔定律,失效了。芯片产业的第三次浪潮是什么?《浪潮之巅》出版于 2012 年,当时移动互联网方兴未艾,书中没有提及, 2016 年吴军在一次演讲中给出论断:

“继PC互联网时代造出英特尔和微软,移动互联网时代成就ARM(高通)和谷歌几大巨头后,万物互联时代也会诞生新的巨头。谁要是把操作系统问题解决了,谁就是下一个Google和微软。谁要是把处理器问题解决好了,你就是下一个英特尔和高通。”

吴军认为,下一波芯片和OS浪潮均是万物互联,对此我表示认同。

2016 年,IoT还只是概念; 2019 年5G商用,低时延、高带宽和大容量三大特性最大受益者是IoT,如智能家居、可穿戴设备、智能汽车、智能医疗、智能物流、智能制造等等。而AI基于IoT设备获得的海量数据将更快进化,也将拥有更多落地场景。AIoT成为移动互联网后的新浪潮。

芯片产业面临截然不同的市场需求。IoT设备的芯片,不再只是PK计算性能或者成本,碎片化的应用场景,对功耗、体积、性能、价格都有全然不同的要求,定制化、专用化芯片成为趋势,Intel、高通的通用芯片模式不再有效,新的巨头会诞生,芯片产业版图很可能会被重划。

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架构是核心战场

前两波浪潮中,芯片大战的中心战场都是芯片架构,确切地说是指令集架构。

一个计算机设备从底层向上分别是硬件层、操作系统和应用程序,程序员的代码通过编译等环节形成可执行程序,在运行时会被汇编成机器指令,最终成为 0101 这样的二进制代码被芯片执行。不同芯片都有自己的语言来识别程序代码,这就是指令集,它将基础运算模块化和公式化,大幅提高了编程效率和运行效率,打开了CPU性能提升的一扇大门,是计算机工业化的关键一步。

现在,计算系统结构指令集合一共有两种:一种是复杂指令( CISC ),另一种是简单指令( RISC ),不同指令集意味着不同的芯片架构。

Intel在PC时代脱颖而出打了两场关键战役,一个是通过与微软结盟成Win-Tel阵营,打压摩托罗拉等对手;另一个则是与精简指令集玩家的持久战,Intel采取CISC,RISC是更先进的指令集,处理器设计更简单,可以更好地流水作业速度更快,有更低的能耗比。

RISC来势汹汹,但Intel没有被革命。十年间,通过投入大量人力物力财力,以及基于Win-Tel形成的兼容性生态壁垒,Intel凭借着基于CISC的X86 架构,战胜了精简指令集玩家们,《浪潮之巅》认为,“英特尔不是靠技术,而是靠市场打赢的此战。

CISC最大缺陷是能耗很高。“一个酷睿处理器如果昼夜不停使用,一年的耗电量已经等同于它的价格。”但在PC时代,消费者对耗电问题感知很弱。移动时代兴起的智能手机,则对能耗提出全新的要求,因为续航问题。

Intel的X86 架构捉襟见肘,ARM强势崛起,ARM一方面基于RISC架构,具有高性能、低功耗、小体积等优势,更加适合移动设备,特别是在低功耗上具有先天优势。另一方面采取授权模式,ARM不做芯片,给是给芯片公司提供授权,高通、联发科、华为麒麟、苹果A系列,全部都是ARM架构芯片。此间,Intel怎么努力都很难在移动市场有所作为了,大势不可逆。

第一次芯片浪潮,基于复杂指令集(CISC)的X86 战胜了基于RISC的指令集架构;第二次芯片浪潮,基于RISC的ARM成功逆袭。AIoT时代,第三次芯片浪潮席卷而来。

在5G通信加持下,云端结合成趋势,边缘计算兴起,AliOS等基于云的OS将爆发,这一切都对芯片架构提出新的要求。AIoT设备变得更加碎片化,它们有的对能耗敏感(如共享单车智能锁),有的对性能敏感(如需要进行大量机器视觉计算的端侧AI设备),有的对价格敏感(如工业互联网领域的智能传感器),有的对时延敏感(如无人车)……X86 和ARM架构都已很难满足AIoT设备复杂的计算需求, 2010 年诞生的RISC-V的机会来了。

RISC-V基于RISC,具有精简指令集的优势,如高性能、低功耗,相比Arm架构处理器,功耗低 5- 6 倍、面积效率提升 5 倍。更重要的是,RISC-V更加开放、灵活和普惠,开源意味着任何企业和学术团队都可基于RISC-V构建自己的处理器设计架构,开发者具有很高自由度,针对碎片化的IoT场景优化,没有专利授权费用,对创业公司、中小企业非常友好。

RISC-V已成气候,中国工程院院士倪光南指出,未来RISC-V很可能成为世界主流的CPU之一,CPU领域将形成Intel、ARM、RISC-V三分天下的格局。

第三次芯片浪潮如果诞生新的巨头,极大概率会诞生于RISC-V指令集阵营,平头哥玄铁 910 就是基于RISC-V的处理器架构实现,基于公开环境下的测试显示,是目前RISC-V架构下的性能最强的处理器,开局不错。

那么,瞄准AIoT时代的平头哥能否登上第三次芯片浪潮的巅峰?

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