【2020年芯片行業(yè)研究報告】

CPU 是計算機(jī)系統(tǒng)的核心，架構(gòu)是 CPU 的基石

美國太平洋時間 2020 年 9 月 13 日，美國圖形處理器和人工智能芯片巨頭英偉達(dá)（NVDA US，無評級）在官網(wǎng)宣布計劃以總價為 400 億美元的英偉達(dá)股票和現(xiàn)金從日本的軟銀和 軟銀愿景基金收購全球最大處理器內(nèi)核 IP（Intellectual Property）供應(yīng)商 ARM Limited。據(jù) ARM 官網(wǎng)介紹，全球超過 95%的智能手機(jī)基于 ARM IP 開發(fā)，中美貿(mào)易摩擦的時代背 景下，繼 X86 架構(gòu)被美國牢牢掌控之后，ARM 架構(gòu)或同時被美國公司掌控，引發(fā)市場對 中國缺少自主處理器架構(gòu)和芯片產(chǎn)業(yè)鏈安全廣泛關(guān)注。

因此，我們對處理器發(fā)展史、ARM 公司、ARM 與中國的合作以及處理器架構(gòu)自主可控發(fā) 展等方面進(jìn)行研究分析，我們認(rèn)為中國芯片公司和 ARM 在移動互聯(lián)時代合作中實現(xiàn)雙贏， 國產(chǎn)智能手機(jī)、多媒體領(lǐng)域 SoC 達(dá)到世界領(lǐng)先，高端 32 位 MCU 實現(xiàn)了突破。未來智慧 物聯(lián)時代帶來極為豐富的應(yīng)用場景和智能設(shè)備需求，基于 ARM 架構(gòu)的國產(chǎn) MCU、SoC 應(yīng)用有廣闊的發(fā)展空間。同時，我們認(rèn)為英偉達(dá)收購 ARM 或?qū)⒅厮苋蛐酒a(chǎn)業(yè)格局， 在中美貿(mào)易摩擦背景下，ARM 架構(gòu)因其技術(shù)和市場地位有成為管制技術(shù)的潛在可能性。我們認(rèn)為這種不確定性或?qū)⒋碳ぶ袊灾骰M(jìn)程提速。RISC-V 架構(gòu)憑借開源和開放等優(yōu) 點，有望成為中國 AIoT 領(lǐng)域自主可控處理器架構(gòu)的最佳選擇。

X86 架構(gòu)是目前唯一的主流復(fù)雜指令集，壟斷個人計算機(jī)和服務(wù)器處理器市場。X86 架構(gòu) 是英特爾公司在 1978 年發(fā)布。在過去四十多年，x86 家族不斷壯大，從桌面轉(zhuǎn)戰(zhàn)筆記本、 服務(wù)器、超級計算機(jī)。目前，X86 架構(gòu)授權(quán)被英特爾、超微半導(dǎo)體（AMD US，無評級） 和臺灣威盛三家把持。其中，英特爾和 AMD 的 X86 處理器在桌面電腦和筆記本市場占據(jù) 主導(dǎo)地位。據(jù) 2017 年 IDC 的報告統(tǒng)計，X86 處理器在服務(wù)器市場占有率也高達(dá) 96%。根 據(jù) Mercury Research 統(tǒng)計，2019 年臺灣威盛僅占有 0.1%的 X86 桌面處理器市場份額

ARM 指令集架構(gòu)作為目前最成功 RISC 架構(gòu)，主導(dǎo)了智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)芯片處理器市場。 根據(jù)英偉達(dá)公告，基于 ARM 架構(gòu)的芯片已累計出貨 1800 億顆。ARM 架構(gòu)處理器在智能 手機(jī)芯片、車載信息芯片、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)微控制器等領(lǐng)域占到 90%以上市場份額。90 年代，MIPS 和 Alpha 作為知名 RISC 在與 X86 競爭計算機(jī)市場中失敗，又在錯過智能 終端高速發(fā)展的機(jī)遇中走向衰弱。2010 年發(fā)布的 RISC-V 作為從發(fā)明伊始即以開源為最 大特色的 RISC ISA 受到全球?qū)W界、產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。全球頂級學(xué)府、科研機(jī)構(gòu)、芯片 巨頭紛紛參與，各國政府出臺政策支持 RISC-V 的發(fā)展和商業(yè)化。RISC-V 有望成為 X86 和 ARM 之后 ISA 第三極。

處理器微架構(gòu)是指令集架構(gòu)的物理實現(xiàn)

馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代計算機(jī)的基礎(chǔ)。1946 年美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾伊曼提出存儲程 序原理，把程序本身當(dāng)作數(shù)據(jù)來對待，程序和該程序處理的數(shù)據(jù)用同樣的方式存儲，并確 定了存儲程序計算機(jī)的五大組成部分和基本工作方法。馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)主要由 CPU、 存儲器（Memory）和輸入輸出設(shè)備（I/O Device）組成。在該體系結(jié)構(gòu)下，指令和數(shù)據(jù)需 要從同一存儲空間存取，經(jīng)由同一總線傳輸，無法重疊執(zhí)行。馮·諾依曼體系的 CPU 工 作分為 5 個階段：取指令階段（instruction fetch）、指令譯碼階段（instruction decode）、 執(zhí)行指令階段（execute）、訪存取數(shù)（read memory）和結(jié)果寫回（write back）。

哈佛結(jié)構(gòu)是另一種主要計算機(jī)架構(gòu)體系。與馮諾依曼處理器相比，哈佛結(jié)構(gòu)的指令和數(shù)據(jù) 存在兩個相互獨立的存儲器模塊，使用兩條獨立的總線連接 CPU 和存儲模塊。而在改進(jìn) 型哈佛結(jié)構(gòu)（Modified Harvard Architecture）中，指令和數(shù)據(jù)存在兩個相互獨立的存儲器 模塊，但是共用地址和數(shù)據(jù)總線。現(xiàn)代的復(fù)雜芯片上，已經(jīng)看到純粹的馮·諾伊曼體系或 者哈佛體系，而大多數(shù)能看到是兩者融合或者并存的體系。

實現(xiàn)指令集架構(gòu)的物理電路被稱為處理器的微架構(gòu)（Micro-architecture）。因此，通俗來 講處理器架構(gòu)就是處理器電路。通常，具備獨立設(shè)計處理器微架構(gòu)的企業(yè)被認(rèn)為有處理器 研發(fā)能力。大多數(shù)情況下，一種處理器的微架構(gòu)是針對一種特定指令集架構(gòu)進(jìn)行物理實現(xiàn)。少部分處理器架構(gòu)設(shè)計為了更好的兼容性，會在電路設(shè)計上實現(xiàn)多個指令集架構(gòu)。雖然， 指令集架構(gòu)可以授權(quán)給多家企業(yè)，但微架構(gòu)的設(shè)計細(xì)節(jié)，也就是對指令的物理實現(xiàn)方式是 各家廠商絕對保密的。由于處理器的功能要求、使用場景不同、各家企業(yè)設(shè)計技術(shù)的差異 等因素，即使基于同一指令集架構(gòu)，各個企業(yè)也會設(shè)計生產(chǎn)出不同的處理器架構(gòu)。

在計算機(jī)時代，英特爾和 AMD 等主要處理器廠商研發(fā)處理器架構(gòu)僅供應(yīng)自家處理器芯片。作為壟斷個人電腦和服務(wù)器的 X86 架構(gòu)陣營，英特爾和 AMD 繼續(xù)延續(xù)只為自家處理器芯 片設(shè)計供應(yīng)處理器內(nèi)核的模式。2016 年，AMD 和中國服務(wù)器企業(yè)海光合作，授權(quán)給海光 的 Zen 架構(gòu)正是處理器微架構(gòu)。這個授權(quán)物實際就是 AMD 根據(jù) X86 架構(gòu)設(shè)計完成的處理 器電路，并不是 X86 指令集架構(gòu)。即使是以這種 IP 授權(quán)方式的合作，在 X86 陣營中也是 極少的個例。

在智能移動設(shè)備興起的近 20 年，以 ARM 模式為代表的內(nèi)核微架構(gòu) IP 授權(quán)模式興起。ARM 開發(fā)內(nèi)核微架構(gòu)后，將它們以 IP 形式上架出售，芯片廠商以 ARM 授權(quán)的內(nèi)核為基礎(chǔ)設(shè)計 芯片使用或?qū)ν怃N售。基于 ARM 精簡指令集架構(gòu)的 ARM 內(nèi)核微架構(gòu) IP 選擇多樣、設(shè)計 精簡可靠、在低功耗領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異，這種授權(quán)模式在以手機(jī)、平板為代表的移動終端芯片、 機(jī)頂盒、視頻監(jiān)控等應(yīng)用媒體芯片等應(yīng)用為代表移動智能領(lǐng)域獲得廣泛的成功。ARM 因 此也成為移動互聯(lián)時代的處理器 IP 授權(quán)霸主。

產(chǎn)業(yè)分工細(xì)化，ARM 成為處理器 IP 授權(quán)領(lǐng)域王者

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)垂直分工催生芯片 IP 產(chǎn)業(yè)

20 世紀(jì) 90 年代開始，信息產(chǎn)業(yè)核心從個人計算機(jī)向手機(jī)產(chǎn)業(yè)過渡，信息時代從互聯(lián)網(wǎng)為 主體的階段向移動互聯(lián)階段過渡。智能移動終端和智能多媒體產(chǎn)品更加復(fù)雜多樣，對芯片 功能和性能需求差異化增加了設(shè)計的復(fù)雜度。另一方面，隨著摩爾定律推進(jìn)，先進(jìn)工藝制 程芯片設(shè)計研發(fā)資源和成本持續(xù)增加。根據(jù) 2020 年 IBS 報告預(yù)測，一款先發(fā)使用 5nm 制 程芯片設(shè)計成本將高達(dá) 4.97 億美元,相比 16nm 增長多達(dá) 5 倍；即使 5nm 將來成為成熟制 程，單款芯片設(shè)計成本也將高達(dá) 2.5 億美元，接近 7nm 的先發(fā)芯片設(shè)計成本。全球半導(dǎo) 體產(chǎn)業(yè)在 fabless+foundry+OSAT（無晶圓設(shè)計+晶圓代工+封裝測試）的分工大趨勢下繼 續(xù)細(xì)化分工，芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步拆分出芯片 IP（Intellectual Property）產(chǎn)業(yè)。

半導(dǎo)體 IP（Intellectual Property）指已驗證的、可重復(fù)利用的、具有某種確定功能的集成 電路模塊。IP 供應(yīng)商專注開發(fā) IP 微架構(gòu)，通過收取 IP 架構(gòu)授權(quán)費、版稅進(jìn)行盈利。設(shè)計 公司在芯片設(shè)計中將得到授權(quán)的 IP 直接集成到芯片中實現(xiàn)功能，避免重新開發(fā)。根據(jù) Markets and Markets 預(yù)測,半導(dǎo)體 IP 市場到 2024 年將達(dá)到 65 億美元規(guī)模，市場增長的 推動因素是消費電子領(lǐng)域不斷進(jìn)步的多核技術(shù)和現(xiàn)代 SoC 設(shè)計領(lǐng)域持續(xù)增加的需求。根 據(jù) IP 功能細(xì)分，處理器 IP 占據(jù)整最大的 IP 市場份額，根據(jù) IPnest 統(tǒng)計，2019 年包括 CPU、GPU、NPU、VPU、DSP 和 ISP 六大類處理器 IP 占全市場 51%份額。

ARM 與移動互聯(lián)時代互相成就

ARM 英文全稱 Advanced RISC Machines，總部位于英國劍橋。該公司成立于 1990 年 11 月，是蘋果電腦，Acorn 電腦集團(tuán)和 VLSI Technology 的合資公司。ARM 不制造芯片， 也不銷售實際的芯片給終端客戶，而是通過授權(quán)其 RISC ISA 和處理器設(shè)計方案，由合作 伙伴生產(chǎn)出各具特色的芯片。ARM 公司利用架構(gòu)授權(quán)的模式與伙伴達(dá)成雙贏，迅速成了 全球性的精簡指令集微處理器標(biāo)準(zhǔn)的締造者。2016 年 7 月，日本軟銀（Softbank）宣布 斥資 243 億英鎊收購 ARM 公司，但在業(yè)務(wù)上仍然保持獨立運營。

ARM 憑借在通用處理器 IP 領(lǐng)域壟斷優(yōu)勢，在 IP 營收上穩(wěn)居全球 IP 供應(yīng)商排名榜首?；?于 ARM 指令集開發(fā)的 ARM 處理器內(nèi)核被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、電視機(jī)、汽車、智能家 居、智慧城市和可穿戴等設(shè)備上。據(jù)軟銀 2017 年世界大會公布的 ARM 市場份額顯示， 超過 99%的智能手機(jī)、調(diào)制解調(diào)器，超過 95%的車載信息設(shè)備和超過 90%的可穿戴設(shè)備 搭載了 ARM 架構(gòu)處理器。

ARM 不出售芯片只授權(quán)架構(gòu)，商業(yè)模式開創(chuàng)半導(dǎo)體行業(yè)先河

作為半導(dǎo)體企業(yè)，ARM 獨特的商業(yè)模式是不設(shè)計和制造整芯片，而是專注處理器內(nèi)核架 構(gòu)的授權(quán)。ARM 一直以來保持作為處理器 IP 供應(yīng)商的中立地位。中立地位幫助 ARM 通 過架構(gòu)授權(quán)廣泛推廣了基于 ARM 架構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)。ARM 處理器架構(gòu)授權(quán)主要分為指令集 授權(quán)和處理器架構(gòu)授權(quán)兩個層次：一是 ARM 指令集架構(gòu)授權(quán)，二是 ARM 處理器架構(gòu)授 權(quán)。公司收入來源包括：1）對半導(dǎo)體公司的授權(quán)費用，一定時間范圍內(nèi)是一次性的；2） 半導(dǎo)體公司向其他客戶銷售芯片的 royalty 費用，客戶每生產(chǎn)一顆芯片 ARM 都有一定百分 點的版稅收入；3）向半導(dǎo)體公司、用戶提供技術(shù)咨詢服務(wù)的費用。

ARM 通過指令集架構(gòu)授權(quán)在技術(shù)上與合作伙伴互相緊密對接

ARM 指令集架構(gòu)授權(quán)指 ARM 將 ARM RISC 精簡指令集授權(quán)給受讓方。受讓方可以對 ARM 指令集進(jìn)行大幅度改造，甚至可以對 ARM 指令集進(jìn)行擴(kuò)展或縮減。之后，受讓方根 據(jù)自己改進(jìn)過的指令集研發(fā)處理器架構(gòu)，從而在根源上做到了對處理器架構(gòu)的差異化設(shè)計， 保持對自研芯片的掌控力，達(dá)成獨特競爭力同時又兼容 ARM 的完善生態(tài)環(huán)境。而 ARM 在這種合作模式中與合作伙伴結(jié)成高度緊密的技術(shù)合作關(guān)系。

蘋果的 A 系列處理器是基于 ARM 指令集架構(gòu)授權(quán)自研內(nèi)核的成功典范。2012 年 9 月， 蘋果隨 iPhone5 上市發(fā)布了 A6 處理器 SoC，這顆 SoC 基于 ARMv7 架構(gòu)打造的 Swift 內(nèi) 核微架構(gòu)開啟了蘋果基于 ARM 架構(gòu)自研處理器內(nèi)核的序幕。2013 年 9 月，蘋果率先發(fā)布 搭載基于 ARMv8 架構(gòu)研發(fā)的 64 位 Cyclone 架構(gòu)的雙核 A7 處理器。A7 作為世界首款 64 位智能手機(jī)處理器，在性能表現(xiàn)力壓還在 32 位四核方案上競爭的安卓陣營。蘋果 A 系列 處理器內(nèi)核性能力壓所有安卓陣營競爭對手序幕由此開啟，并延續(xù)至今。2020 年，蘋果 宣稱新發(fā)布的 A14 Bionic 芯片性能已經(jīng)堪比部分筆記本處理器。

蘋果在今年 WWDC2020 宣布 Mac 電腦將轉(zhuǎn)向使用公司自主開發(fā)的基于 ARM 架構(gòu)處理器。我們認(rèn)為，蘋果結(jié)束與英特爾長達(dá) 15 年的合作，轉(zhuǎn)而使用自研 ARM 處理器最重要目的是 進(jìn)一步封閉蘋果的軟硬件生態(tài)。蘋果希望如同 iPhone 的成功一樣，從硬件上得到充分自 主，做到差異化競爭優(yōu)勢。從 ARM 角度來看，蘋果一旦成功也將幫助 ARM 實現(xiàn)一直以 來希望撕開 X86 壟斷的個人計算機(jī)市場的野心。

ARM 提供多樣化處理器內(nèi)核 IP 授權(quán)，與生態(tài)伙伴實現(xiàn)雙贏

ARM 處理器架構(gòu)授權(quán)指 ARM 將自行設(shè)計的處理器內(nèi)核 IP 授權(quán)給客戶?？蛻艨梢灾苯訉?內(nèi)核 RTL（Register Transition Level）代碼在芯片前端設(shè)計時集成在芯片處理器模塊中?？蛻粢部梢詫μ幚砥骶彺?、核數(shù)、頻率進(jìn)行配置。通過系統(tǒng)總線與其他的功能模塊、外設(shè) 接口、主存儲接口模塊等連接，生成完整的芯片。ARM 為各種應(yīng)用場景提供多樣化的家 族化處理器 IP 解決方案，覆蓋高性能計算、高性能實時、低功耗嵌入式、云端計算、硬 件安全和高性能機(jī)器學(xué)習(xí)等場景。ARM 的處理器 IP 授權(quán)模式為合作伙伴提供可靠處理器 的同時降低芯片開發(fā)成本，推動應(yīng)用的創(chuàng)新。而廣泛的合作伙伴豐富了 ARM 的生態(tài)，奠 定 ARM 在智能時代中智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域處理器主導(dǎo)地位。

ARM Cortex 系列處理器內(nèi)核是 ARM 家族中占據(jù)處理器 IP 市場的核心系列。其中， Cortex-A 系列面向高性能計算需求、運行豐富操作系統(tǒng)和程序任務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域。例如智能 手機(jī)、平板電腦、機(jī)頂盒、數(shù)字電視、路由器和監(jiān)控 SoC 芯片等。Cortex-A 目前有 A7x 系列為代表的性能大核產(chǎn)品線和 A5x 系列為代表低功耗小核產(chǎn)品線。

現(xiàn)代多核 SoC 為了兼顧性能峰值表現(xiàn)和低功耗，經(jīng)常同時集成一定數(shù)量大核和小核。其 中大核運行短時間的高性能需求任務(wù)；小核運行低性能需求的任務(wù)或者在待機(jī)狀態(tài)支持背 景任務(wù)運行。目前，除了蘋果自研處理器內(nèi)核以外，以高通、海思、聯(lián)發(fā)科為首的安卓智 能機(jī) SoC 芯片設(shè)計企業(yè)都采用 Cortex-A7x 和 A5x 搭配作為內(nèi)核集合（cluster）配置。其 中，高通和華為會在架構(gòu)上做不同程度的優(yōu)化。

相比 Cortex-A 處理器內(nèi)核，Cortex-M 處理器內(nèi)核被設(shè)計成面積更小，能效比更高。通常 這些處理器的流水線很短，設(shè)計簡單，最高時鐘頻率很低，功耗表現(xiàn)優(yōu)異。Cortex-M 系 列在目前智能互聯(lián)時代應(yīng)用前景非常廣闊，覆蓋智能測量、人機(jī)接口設(shè)備、汽車和工業(yè)控 制系統(tǒng)、大型家用電器、消費性產(chǎn)品和醫(yī)療器械等應(yīng)用需求，Cortex-M 在目前全球 32 位 MCU 市場占據(jù)主導(dǎo)地位。Cortex-R 處理器是面向?qū)崟r應(yīng)用的高性能處理器系列，運行在 比較高的時鐘頻率，其響應(yīng)延遲非常低。主要應(yīng)用于硬盤控制器，汽車傳動系統(tǒng)和無線通 訊的基帶控制等領(lǐng)域。

ARM 助力國產(chǎn)芯片質(zhì)與量雙擊，收購案或刺激自主可控提速

智能移動設(shè)備普及，ARM Cortex-A 助力國產(chǎn)智能終端 SoC 崛起

根據(jù) CINNO Research 發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，2020 年上半年，國內(nèi)市場智能機(jī)銷量約 1.4 億部，其中華為（含榮耀）市場份額達(dá)到 40.2%。另據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu) Counterpoint 發(fā)布的 報告顯示，2020Q2海思麒麟芯片占據(jù)41%的國內(nèi)智能手機(jī)芯片市場份額，成為國內(nèi)第一。同時，海思麒麟芯片在全球智能機(jī)芯片市場份額提升到 16%，超過蘋果和三星。近年來華 為手機(jī)質(zhì)和量形成雙擊，特別是旗艦手機(jī)得到全球市場廣泛認(rèn)可。除去全球疫情蔓延和美 國打壓帶來的國貨消費潮等偶然因素，我們認(rèn)為內(nèi)在主因是基于硬件上的自主創(chuàng)新獲得的 用戶體驗提升和形成差異化競爭。搭載 ARM 處理器的華為海思自研的麒麟芯片是一系列 硬件創(chuàng)新的核心之一。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) fabless+foundry+OSAT 分工體系從工程上成就了包括麒麟芯片在內(nèi)的海思芯 片的成功。華為對海思不斷持續(xù)巨額投入帶來的芯片設(shè)計能力提升成功對接全球最先進(jìn)的 制程工藝和封裝工藝。而在芯片設(shè)計領(lǐng)域，ARM 的處理器 IP 授權(quán)模式成為歷代麒麟芯片 成功的重要因素之一。ARM 的授權(quán)模式對麒麟芯片積極影響有以下幾方面：一是在創(chuàng)業(yè) 初期，ARM 的授權(quán)模式可以幫助作為后發(fā)者的海思在處理器內(nèi)核性能上直接拉到和安卓 陣營競爭對手同一個層級。二是對于 ARM 在智能手機(jī)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，使海思自研手機(jī) 芯片能夠借助 ARM 完善的生態(tài)，幫助華為手機(jī)快速進(jìn)入主流智能機(jī)市場。三是基于消費 電子市場的特點，ARM 的處理器授權(quán)有效縮短了包括海思在內(nèi)的企業(yè)開發(fā)周期和成本。

除了基于 ARM 公版內(nèi)核架構(gòu)開發(fā)芯片以外，華為已經(jīng)具備基于 ARM 指令集架構(gòu)的處理 器內(nèi)核開發(fā)能力。海思在麒麟 990 官方發(fā)布和配置表都宣稱為使用“基于 A76”（A76 Based） 內(nèi)核，顯示海思已經(jīng)對 ARM 處理器內(nèi)核和指令集有深入了解，掌握了自行對架構(gòu)修改的 能力。2019 年 1 月，華為跟進(jìn)一步發(fā)布自研服務(wù)器芯片鯤鵬 920。該服務(wù)器芯片搭載了 64 顆海思基于 ARMv8 架構(gòu)自研的泰山內(nèi)核。整體服務(wù)器性能較市場現(xiàn)有競品提升 20%。2019 年 5 月，華為宣布獲得 ARMv8 架構(gòu)永久授權(quán)，并且強調(diào)華為海思有持續(xù)自行開發(fā)設(shè) 計基于 ARM 授權(quán)架構(gòu)的處理器。

近年來，智能手機(jī) SoC 以外的國產(chǎn)智能終端 SoC 芯片也借助 Cortex-A 系列處理器 IP 逐 步實現(xiàn)國產(chǎn)替代。國產(chǎn)搭載 ARM 架構(gòu)處理器的 SoC 涵蓋了智能高清機(jī)頂盒、IPC、網(wǎng)絡(luò) 攝像頭、車載娛樂信息設(shè)備等。根據(jù)格蘭研究院數(shù)據(jù)，2018 年華為海思和晶晨股份（688099， 無評級）分別占據(jù)國內(nèi) 60.7%和 32.6%的 IPTV/OTT 機(jī)頂盒芯片市場。而在 2013 年，歐 洲芯片巨頭意法半導(dǎo)體還占據(jù)國內(nèi)機(jī)頂盒芯片市場 30%以上。在安防領(lǐng)域，以海思為代表 的國內(nèi)廠商已經(jīng)實現(xiàn) IPC 芯片實現(xiàn)低端替代到全檔次布局。

物聯(lián)網(wǎng)時代 MCU 需求提升，本土廠商借助 ARM Cortex-M 卡位高端市場

根據(jù) IC Insights 數(shù)據(jù)，2019 年 MCU 全球銷售額為 164 億美元。產(chǎn)品主要用于汽車電子、 工控/醫(yī)療、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和消費電子等領(lǐng)域，占比分別為 33%、25%、23%和 11%。IC Insights 同時預(yù)計 MCU 在經(jīng)歷 2019 年和 2020 年下滑后，將在 2021 年出現(xiàn)溫和復(fù)蘇，銷售額將 增長 5%至 157 億美元，其次是 2022 年將同比增長 8%，2023 年將同比增長 11%。屆時 MCU 收入將創(chuàng)下 188 億美元的新高。全球 MCU 市場主要由瑞薩電子（日本）、恩智浦（荷 蘭）、英飛凌（德國）、微芯科技（美國）、三星電子（韓國）、意法半導(dǎo)體（意法）、賽普 拉斯（美國）占據(jù)。

根據(jù) HIS 和 ASPENCORE 數(shù)據(jù)，2019 年中國 MCU 市場規(guī)模達(dá)到 256 億人民幣。中國 MCU 應(yīng)用市場主要集中在家電/消費電子、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、汽車電子、智能卡、工控等領(lǐng)域， 市場占比分別為 25.6%、18.4%、16.2%、15.3%和 11.2%。受益于國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)和新能源 車行業(yè)的增長領(lǐng)先于全球，中國 MCU 市場規(guī)模在 2008 年到 2018 年間 CAGR 為 7.2%， 領(lǐng)先全球。同時，HIS 預(yù)計 2022 年，中國 MCU 市場規(guī)模將達(dá)到 319 億人民幣，增速繼 續(xù)超過全球。預(yù)計 2020 年國產(chǎn) MCU 廠商的銷售額將達(dá)到 148 億元人民幣，占整個中國 MCU 市場的 55%。

ARM Cortex-M 處理器助力國內(nèi)廠商卡位 MCU 市場的價值鏈上游。目前，國內(nèi) MCU 廠 商在消費電子、智能卡和水電煤氣儀表等中低端應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)替代。隨著物聯(lián)網(wǎng)終端 需求推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)時代任務(wù)的復(fù)雜化對計算能力的要求將使 MCU 往 16 或 32 位設(shè)計。32 位 MCU 是基于未來物聯(lián)網(wǎng)的市場發(fā)展方向。既滿足廠商上述要求又具有豐富生態(tài)系統(tǒng)資 源的 ARM Cortex-M 系列處理器內(nèi)核成為 32 位 MCU 內(nèi)核市場主導(dǎo)。兆易創(chuàng)新、中穎電 子等國內(nèi) MCU 廠商也紛紛借助基于 ARM Cortex-M 系列處理器的 32 位 MCU 積極布局國 內(nèi)中高端市場，向產(chǎn)業(yè)價值鏈上游卡位。國產(chǎn) 32 位 MCU 已經(jīng)開始進(jìn)入國外傳統(tǒng)廠商所 壟斷的高端 MCU 市場。

作為國產(chǎn) IC設(shè)計領(lǐng)軍企業(yè)，兆易主要提供基于 ARM Cortex-M 系列 32 位通用 MCU 產(chǎn)品， 其 GD32 是 ARM? Cortex-M3 及 Cortex-M4 內(nèi)核通用 MCU 產(chǎn)品系列，也是目前中國 32 位通用 MCU 主流產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、人機(jī)互動、電機(jī)控制、安防家弄、智能 家居家電及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。根據(jù)公司 2020 年中報，兆易 MCU 產(chǎn)品包括 330 余個產(chǎn)品型 號、23 個產(chǎn)品系列和 11 種不同封裝類型，累計出貨已超過 4 億顆。2020 年 7 月，兆易 創(chuàng)新發(fā)布基于全新 Arm Cortex-M33 內(nèi)核的 GD32E5 系列高性能微控制器，確定以無線連 接、電池供電設(shè)備以及便攜式、可穿戴設(shè)備、汽車級 MCU 幾大方向的產(chǎn)品路線。

ARM 收購案重塑全球產(chǎn)業(yè)格局，自主替代或?qū)⒓铀?/span>

美國太平洋時間 2020 年 9 月 13 日，美國圖形處理器和人工智能芯片巨頭英偉達(dá)（NVDA US，無評級）在官網(wǎng)宣布計劃以總價為 400 億美元的英偉達(dá)股票和現(xiàn)金從日本的軟銀和 軟銀愿景基金收購全球最大處理器 IP（Intellectual Property）供應(yīng)商 ARM Limited。英偉 達(dá)表示本次收購計劃旨在結(jié)合英偉達(dá)大的人工智能技術(shù)和 ARM 龐大的計算生態(tài)系統(tǒng)，推 動英偉達(dá)成為從云端、智能手機(jī)、PC、自動駕駛汽車和機(jī)器人深入到邊緣物聯(lián)網(wǎng)的全球 領(lǐng)先的 AI 公司。英偉達(dá)同時承諾延續(xù) ARM 的開放式授權(quán)模式，保持其客戶中立性，并 利用 NVIDIA 技術(shù)擴(kuò)展 ARM 的 IP 授權(quán)組合。無論如何整合，作為世界最大的處理器 IP 供應(yīng)商 ARM 收購案將重塑全球芯片產(chǎn)業(yè)格局。

中國智慧物聯(lián)市場前景廣闊，ARM 授權(quán)仍是雙贏選擇

“十三五”期間中國物聯(lián)網(wǎng)市場穩(wěn)步增長，未來市場前景樂觀。中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的 《2020-2025 年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場前景及投資機(jī)會研究報告》預(yù)計，2020 年中國物聯(lián) 網(wǎng)市場規(guī)模將突破 2 萬億，達(dá)到 22165 億元，“十三五”期間年均復(fù)合增長率達(dá) 24%。另 根據(jù)工信部數(shù)據(jù)顯示，截至 2018 年 6 月底，全國物聯(lián)網(wǎng)終端用戶已達(dá) 4.65 億戶。預(yù)計智 能消費設(shè)備的普及以及人工智能技術(shù)的應(yīng)用在未來仍將支撐中國物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的穩(wěn)步增長 趨勢。

同時，中國人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L。根據(jù)艾媒咨詢發(fā)布的《2020 上半年中國人工智 能產(chǎn)業(yè)專題研究報告》顯示，預(yù)計 2020 年國內(nèi)人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過 1500 億元， 同比增長率達(dá)到 26.2％。截至 2020 年 6 月，全國已有 24 個省市發(fā)布了人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā) 展規(guī)劃，其中有 18 個制定了具體的產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展目標(biāo)，這 18 個省市 2020 年的人工智能 核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模目標(biāo)達(dá)到近 4000 億，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家制定的 1500 億。

我們認(rèn)為中國作為全球最大的電子和半導(dǎo)體市場，是目前 ARM 生態(tài)中的國內(nèi)芯片廠商短 期不會受到收購案的沖擊的最有利因素。首先，英偉達(dá)為了實現(xiàn)繼續(xù)保持 ARM 在處理器 IP 授權(quán)的主導(dǎo)地位，兌現(xiàn) ARM 中立性的承諾是成功的關(guān)鍵。其次，無論是從商業(yè)直接收 益角度，還是維持并擴(kuò)展 ARM 產(chǎn)業(yè)生態(tài)，英偉達(dá)和 ARM 都不會錯過中國廣闊的智慧物 聯(lián)、人工智能市場。另外，由于中國在全球市場的地位，中國反壟斷監(jiān)管部門的審批或?qū)?ARM 收購案成功與否的決定因素之一。我們認(rèn)為中美貿(mào)易摩擦和收購案導(dǎo)致半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) 集中度大幅提升兩大重要因素或致使收購案在通過中國反壟斷審查的曲折程度超過 2018 年高通-恩智浦收購案。倪光南院士公開預(yù)測中國商務(wù)部會否決本收購案。

ARM 收購案或帶來技術(shù)供應(yīng)不穩(wěn)定性，國產(chǎn)處理器或?qū)⒓铀僮灾骺煽靥幚砥靼l(fā)展

我們認(rèn)為 ARM 指令集架構(gòu)和處理器內(nèi)核架構(gòu)在移動和智能物聯(lián)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和市場壟 斷地位有可能為美國的管制技術(shù)。目前，美國已經(jīng)在 X86 架構(gòu)、EDA 工具、晶圓代工的 設(shè)備、材料等多個芯片產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)扼住整個全球產(chǎn)業(yè)鏈。其中，作為壟斷個人計算機(jī)和 服務(wù)器的 X86 架構(gòu)完全掌握在英特爾手中，只授權(quán)給 AMD 和臺灣威盛兩家。英特爾和 AMD 過去數(shù)十年在 X86 架構(gòu)上的耕耘，已經(jīng)建立起了堅固的專利墻。而 ARM 架構(gòu)和處 理器 IP 授權(quán)智能終端、工業(yè)、車載、家居物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域芯片處理器內(nèi)核的地位能夠進(jìn)一 步提升美國對整個芯片產(chǎn)業(yè)的控制力。

因此，ARM 收購案帶來的不穩(wěn)定性或刺激中國處理器自主化加速。結(jié)合過去幾年美國針 對中國頂尖科技企業(yè)進(jìn)行“實體清單”管制的案例分析，ARM 的技術(shù)管制和許可證制度 是有可能被實施到各細(xì)分領(lǐng)域具備挑戰(zhàn)美國科技實力的頂尖中國公司。從歷史來看，即使 中國廣闊的智慧物聯(lián)市場是美國企業(yè)繼續(xù)合作的最強動力，但美國企業(yè)從來都是堅決配合 執(zhí)行美國政府的出口管制。過去由于 X86 的計算機(jī)和服務(wù)器壟斷地位，國內(nèi)自主 CPU 突破方向是以計算機(jī)和服務(wù)器處理器芯片為主。我們認(rèn)為，ARM 的收購案或?qū)⑼苿訃a(chǎn) CPU 研發(fā)向智能終端、工業(yè)互聯(lián)、車規(guī)車載、家居物聯(lián)網(wǎng)等 AIoT 領(lǐng)域芯片處理器全方面擴(kuò)展。

RISC-V 引產(chǎn)業(yè)關(guān)注，開源模式賦予國內(nèi)處理器換道超車機(jī)會

RISC-V 是新興精簡指令集，開源模式吸引關(guān)注

2011 年，新興的開源架構(gòu) RISC-V 出現(xiàn)引起全球處理器產(chǎn)學(xué)研關(guān)注。RISC-V 是一種簡單、 開放、免費的全新精簡指令集架構(gòu)，其最大的特點是“開放”。它的開放性允許它可以自 由地被用于任何目的、允許任何人設(shè)計、制造和銷售基于 RISC-V 的芯片或軟件，這種開 放性在處理器領(lǐng)域是徹底的第一次。RISC-V 起源于 2010 年加州大學(xué)伯克利分校的 David Patterson 教授與 Krste Asanovic 教授研究團(tuán)隊準(zhǔn)備啟動一個新項目。項目需要選 擇一種處理器指令集。由于當(dāng)時已有的指令集 ARM、MIPS、SPARC、X86 存在設(shè)計越 來越復(fù)雜和知識產(chǎn)權(quán)問題，因此他們開始重新設(shè)計一套指令集。

伯克利大學(xué)團(tuán)隊在指令集發(fā)布同時決定將 RISC-V 指令集徹底開放，使用 BSD License 開源協(xié)議設(shè)計了開源處理器核 Rocket Core。伯克利研究團(tuán)隊認(rèn)為，指令集作為軟硬件接 口的一種說明和描述規(guī)范，不應(yīng)該像 ARM、PowerPC、X86 等指令集那樣需要付費授權(quán) 才能使用，而應(yīng)該開放和免費。他們選擇的 BSD 開源協(xié)議給予使用者很大自由，允許使 用者修改和重新發(fā)布開源代碼，也允許基于開源代碼開發(fā)商業(yè)軟件發(fā)布和銷售。因此 BSD 開源協(xié)議對商業(yè)集成很友好，很多的企業(yè)在選用開源產(chǎn)品時都會首選 BSD 開源協(xié)議。

RISC-V 基金會于 2015 年由硅谷相關(guān)公司發(fā)起并成立，RISC-V 商業(yè)化進(jìn)入快車道?；?會作為非盈利性組織，負(fù)責(zé) RISC-V 指令集架構(gòu)及其軟硬件生態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)化、保護(hù)和推廣。RISC-V 成立時基金會董事會來自 Bluespec、谷歌、Microsemi、英偉達(dá)、恩智浦半導(dǎo)體、 加州大學(xué)伯克利分校和西部數(shù)據(jù)的七名代表組成。據(jù) RISC-V 基金會統(tǒng)計，目前已有來自 25 個國家的 210 多個機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)和個人加入。中國企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)積極參與基金會，阿 里巴巴、華為、中興通訊和賽昉科技目前是基金會頂級成員。

RISC-V 架構(gòu)迎 AIoT 新機(jī)遇

由于長期的發(fā)展，X86 和 ARM 形成了強大生態(tài)體系，RISC-V 在短期內(nèi)難以在計算機(jī)領(lǐng) 域和移動互聯(lián)領(lǐng)域替代 X86 和 ARM。但在新興的 AIoT 時代，RISC-V 將迎來機(jī)遇。包括 ARM 在內(nèi)的 CPU 架構(gòu)經(jīng)過幾十年的發(fā)展演變，已變得極為復(fù)雜和冗繁。即使是作為精簡 指令集的 ARM 架構(gòu)文檔也長達(dá)數(shù)千頁。指令數(shù)目已經(jīng)日趨復(fù)雜，并且版本眾多，彼此之 間既不兼容，也不支持模塊化。另外現(xiàn)有主流指令集還存在著高昂的專利和架構(gòu)授權(quán)問題。作為設(shè)計之初就定位為完全開源架構(gòu)的 RISC-V，后發(fā)優(yōu)勢規(guī)避了計算機(jī)體系幾十年發(fā)展 的彎路。架構(gòu)文檔只有二百多頁，基本指令數(shù)目僅 40 多條。模塊化使得用戶可根據(jù)需求 自由定制，配置不同的指令子集。

精簡和靈活使新興的 RISC-V 架構(gòu)在智能物聯(lián)網(wǎng)市場有機(jī)會實現(xiàn)突破。智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT） 時代帶來的低延時大容量萬億設(shè)備互聯(lián)，場景豐富、萬物互聯(lián)、智能化將催生新的芯片市 場需求。但是豐富的應(yīng)用場景也導(dǎo)致 AIoT 市場呈現(xiàn)碎片化和多樣化，對 CPU 的需求也極 為多樣。現(xiàn)有的處理器設(shè)計并不能有效應(yīng)對。RISC-V 架構(gòu)的極致精簡和靈活的架構(gòu)以及 模塊化的特性，可以針對不同應(yīng)用靈活修改指令集和芯片架構(gòu)設(shè)計。相比之下使用 ARM 往往只能做一個標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，很難實現(xiàn)差異化。此外，很多智能設(shè)備對于成本較敏感， RISC-V 架構(gòu)免費授權(quán)的特點對于芯片廠商也非常重要。

市場調(diào)研機(jī)構(gòu) Semico Research 研究結(jié)果顯示，預(yù)計到 2025 年，采用 RISC-V 架構(gòu)的芯 片數(shù)量將增至 624 億顆。在包括計算機(jī)，消費者，通訊，運輸和工業(yè)市場在內(nèi)的細(xì)分市場， 2018 年至 2025 年復(fù)合增長率高達(dá) 146%。Semico Research 與 RISC-V 基金會共同確 定了 34 個細(xì)分市場，并研究了每個市場的 CPU IP 內(nèi)核的總可用市場和 RISC-V IP 內(nèi)核 的服務(wù)可用市場，最終對 2025 年數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)測。研究認(rèn)為四個具有使用 RISC-V 內(nèi)核 的高價值機(jī)會是高性能多核 SoC、高性價比多核 SoC、基礎(chǔ) SoC 和 FPGA。

CPU 自主可控道阻且長，發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢布局 RISC-V

我們認(rèn)為開放和合作使 RISC-V 有潛力成為中國處理器自主可控的指令集架構(gòu)選擇。RISC-V 架構(gòu)開源模式使該指令集架構(gòu)避免如 X86 和 ARM 被極少數(shù)公司控制，從而在架 構(gòu)源頭實現(xiàn)自主可控。廣闊的使用前景和未來潛在市場規(guī)模，吸引了全球著名企業(yè)、研究 機(jī)構(gòu)和高等學(xué)府積極合作，多方投入合作有望促進(jìn) RISC-V 產(chǎn)業(yè)鏈成熟和生態(tài)的完善。生 態(tài)繁榮的前景有利于國內(nèi)參與企業(yè)持續(xù)盈利，提高繼續(xù)投入積極性，進(jìn)入良性發(fā)展循環(huán)。樂觀的市場預(yù)期、成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和完善的開發(fā)生態(tài)，是 RISC-V 成為主流指令集架構(gòu)，甚 至于成為 X86 和 ARM 外指令集架構(gòu)第三極的必備條件。

全面布局指令集架構(gòu)優(yōu)化、處理器內(nèi)核開發(fā)和終端芯片設(shè)計，是真正實現(xiàn)處理器自主可控 的客觀要求。RISC-V 強調(diào)完全開源的設(shè)計，并且讓取用者可任意加上專屬指令集，甚至 可以自由選擇將架構(gòu)封閉還是維持開源。因此，雖然指令集架構(gòu)是開源免費，但是基于指 令集衍生的專利、內(nèi)核微架構(gòu)并不是開源和免費。目前，RISC-V 指令集和微架構(gòu)均已發(fā) 展出開放免費、可授權(quán)和封閉的三種知識產(chǎn)權(quán)模式。

目前，類似于 ARM 商業(yè)模式的 RISC-V 內(nèi)核 IP 授權(quán)公司已經(jīng)興起。美國 SiFive 由 RISC-V 創(chuàng)始人 Krste Asanovic 創(chuàng)立，是世界最大的 RISC-V 商業(yè)處理器 IP 授權(quán)公司。目前 SiFive 已完成 E 輪融資，股東除了專業(yè) VC 以外還有高通、西部數(shù)據(jù)、SK 海力士等半導(dǎo)體行業(yè) 巨頭。SiFive 產(chǎn)品已涵蓋 MCU、邊緣計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、存儲器、AR/VR、機(jī)器 學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。臺灣的晶心科技是另一家著名 RISC-V 內(nèi)核 IP 提供商。2020 年 10 月，瑞 薩半導(dǎo)體（Renesas）宣布開始采用晶心旗下 AndesCore IP 32 位 RISC- V CPU 內(nèi)核開 發(fā)新的特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

以中美貿(mào)易摩擦為鑒，安卓式的開源陷阱需要被避免：谷歌利用安卓開源免費的框架，吸 引智能手機(jī)廠商使用安卓。再把 GMS（Google Mobile Service）閉源做成授權(quán)模式，成 為自己盈利模式。在美國對華為進(jìn)行“實體清單”制裁時，谷歌毫不猶豫停止 GMS 授權(quán)， 使華為智能手機(jī)因無法下載、更新、使用 Gmail、Youtube、Google Map 等廣泛普及的應(yīng) 用，在海外市場陷入被動。

從處理器發(fā)展史來看，一款指令架構(gòu)的成功，不僅僅在于芯片設(shè)計成功，更需要完善的軟 硬件生態(tài)系統(tǒng)。英特爾推動的 x86 架構(gòu)市場龐大，從傳統(tǒng) PC 到數(shù)據(jù)中心規(guī)模的服務(wù)器 都在使用基于 x86 架構(gòu)的處理器，同時相關(guān)軟件帶動的應(yīng)用服務(wù)也有長達(dá) 40 年的優(yōu)化 發(fā)展歷史。ARM 的 IP 授權(quán)模式已經(jīng)趨于完善，ARM 架構(gòu)已催生龐大的移動和智能設(shè) 備市場應(yīng)用規(guī)模，加上有 EDA 公司、晶圓代工廠、軟件公司在 ARM 生態(tài)上的鼎力支持， 盡管授權(quán)費用高昂，各大芯片廠商依舊愿意進(jìn)行合作。目前，RISC-V 生態(tài)剛開始起步， 操作系統(tǒng)、編譯器、開發(fā)工具、EDA 工具等配套逐漸起步完善。推動生態(tài)系統(tǒng)的深度發(fā)展， 有利于吸引更多企業(yè)使用 RISC-V 架構(gòu)，將 RISC-V 打造成主流架構(gòu)。

AIoT 市場碎片化以及 RISC-V 架構(gòu)本身開源靈活的特點，更需要國內(nèi)外通過開放合作推 進(jìn) RISC-V 架構(gòu)向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。維護(hù) RISC-V 開放合作，更有利于 RISC-V 良性發(fā)展， 積極參與全球合作，中國企業(yè)可以提高自身技術(shù)能力，提高中國在處理器領(lǐng)域話語權(quán)；積 極推進(jìn)國內(nèi)生態(tài)企業(yè)合作，有效整合資源，形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈，將自主可控處理器和龐大 豐富智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有效對接，形成雙擊。

AIoT 爆發(fā)在即，國內(nèi)多方面推進(jìn) RISC-V 發(fā)展

政策陸續(xù)出臺，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展

上海在國內(nèi)第一個出臺與 RISC-V 相關(guān)的扶持政策。2018 年 7 月，上海市經(jīng)信委發(fā)布《上 海市經(jīng)濟(jì)信息化委關(guān)于開展 2018 年度第二批上海市軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金 （集成電路和電子信息制造領(lǐng)域）項目申報工作的通知》，將從事 RISC-V 相關(guān)設(shè)計和開 發(fā)的公司作為扶持對象。2018 年 10 月，樂鑫 ESP32-Marlin 物聯(lián)網(wǎng)芯片項目入選擬支持 項目。2020 年 2 月，廣東省人民政府辦公廳印發(fā)的《加快半導(dǎo)體及集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若 干意見的通知》中，明確將 RISC-V（基于精簡指令集原則的開源指令集架構(gòu)）芯片設(shè)計 列入芯片設(shè)計重點發(fā)展方向。

產(chǎn)學(xué)研齊登場，積極投身國內(nèi)外合作

除了參與 RISC-V 基金會以外，中國的企業(yè)和科研院所在國內(nèi)外還以各類技術(shù)共享平臺、 論壇、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等形式的參與合作。2018 年 10 月 17 日，由國內(nèi)外 RISC-V 領(lǐng)域重點企 業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、和行業(yè)協(xié)會發(fā)起成立中國 RISC-V 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。聯(lián)盟秉承開放、合作、平等、 互利的原則，致力于解決中國 RISC-V 領(lǐng)域共同面對的關(guān)鍵問題，建立中國國產(chǎn)自主、可 控、安全的 RISC-V 異構(gòu)計算平臺，促進(jìn)形成貫穿 IP 核、芯片、軟件、系統(tǒng)、應(yīng)用等環(huán) 節(jié)的 RISC-V 產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。

2018 年 11 月 8 日，中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟在烏鎮(zhèn)舉行的第五屆世界互聯(lián)網(wǎng) 大會上宣布成立，聯(lián)盟理事長由倪光南院士擔(dān)任。CRVA 聯(lián)盟旨在召集從事 RISC-V 指令 集、架構(gòu)、芯片、軟件和整機(jī)應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企事業(yè)單位及相關(guān)社會團(tuán)體，自愿組成 一個全國性、綜合性、聯(lián)合性和非營利性的社團(tuán)組織。此聯(lián)盟將圍繞 RISC-V 指令集，整 合各方資源，通過產(chǎn)、學(xué)、研、用深度融合，力圖推進(jìn) RISC-V 生態(tài)在國內(nèi)的快速發(fā)展。同日，同樣在世界物聯(lián)網(wǎng)大會上，RISC-V 基金會在宣布成立中國顧問委員會將就 RISC-V 基金會的教育和應(yīng)用推廣戰(zhàn)略提供指導(dǎo)。

2019 年，新的非營利性全球組織 OpenHW Group 成立，旨在通過提供合作平臺，創(chuàng)建生 態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的焦點，以及促進(jìn)開源處理器的采用，以及為處理器內(nèi)核提供開源基于 RISC-V 架構(gòu)的 Core-V IP。包括阿里巴巴、華為、恩智浦、英偉達(dá)、Silicon Labs 和蘇黎世聯(lián)邦理 工大學(xué)、美國猶他大學(xué)在內(nèi)的國內(nèi)外頂尖企業(yè)和院校成為 OpenHW Group 的加盟成員。

科研機(jī)構(gòu)發(fā)力，展開多領(lǐng)域研究

依托國內(nèi)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，基于 RISC-V 架構(gòu)研究在多領(lǐng)域內(nèi)展開。在 2015 年之前，大 多數(shù)微結(jié)構(gòu)和芯片相關(guān)的研究受限于指令集的授權(quán)問題而難以開展。隨著 RISC-V 開源開 放理念的流行，越來越多的科研項目受益于 RISC-V 而得以開展。

根據(jù)中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟不完全統(tǒng)計，截至 2019 年 2 月，圍繞 RISC-V 開 展科學(xué)研究或領(lǐng)域生態(tài)調(diào)研的科研機(jī)構(gòu)包括但不限于：北京大學(xué)、南京大學(xué)、南開大學(xué)、 寧波中國科學(xué)院信息技術(shù)應(yīng)用研究院、鵬城實驗室、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、上?？萍?大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)、中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科 學(xué)院計算技術(shù)研究所、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所、中國科學(xué)院微電子所和中國科學(xué)院信息 工程研究所等。預(yù)計未來國內(nèi)基于 RISC-V 的研究將越來越繁榮。

企業(yè)積極投身產(chǎn)業(yè)化，自主產(chǎn)品不乏亮點

根據(jù)中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟統(tǒng)計，截至 2018 年年底，可查詢到的與 RISC-V 芯片、硬件、軟件、投資、知識產(chǎn)權(quán)及生態(tài)相關(guān)的中國公司（含外資公司中國分公司）數(shù) 量已接近一百家。

近年來，國產(chǎn) RISC-V 商業(yè)化產(chǎn)品不斷落地，其中不乏亮點。阿里巴巴旗下平頭哥半導(dǎo)體 推出的玄鐵 910 AI 向量加速引擎的 64 位 16 核處理器在性能方面優(yōu)于 ARM Cortex-A73；玄鐵 902/903 已被應(yīng)用于 IoT 和工業(yè)控制的 MCU。2018 年 9 月，華米科技（HMI.US） 正式發(fā)布了“黃山 1 號”，成為全球可穿戴領(lǐng)域的第一顆 AI 芯片。作為后續(xù)產(chǎn)品，黃山 2 號 RISC-V 智能可穿戴芯片，將于 2020Q4 量產(chǎn)。華米宣稱黃山 2 號相比于在可穿戴設(shè)備 中常見的 ARM Cortex-M4 架構(gòu)處理器，整體運算效率提升了 38%。

國內(nèi)出現(xiàn)本土基于 RISC-V 處理器 IP 核供應(yīng)商與本土設(shè)計企業(yè)聯(lián)手先例。2019 年 8 月 22 日，兆易創(chuàng)新發(fā)布了全球首款基于 RISC-V 內(nèi)核的 GD32VF103 系列 MCU。該款 MCU 采 用 Bumblebee 處理器內(nèi)核是兆易創(chuàng)新攜手 RISC-V 處理器內(nèi)核 IP 和解決方案廠商芯來科 技（未上市）面向物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合開發(fā)的一款商用 RISC-V 處理器內(nèi)核。本次合作實現(xiàn)了本土 處理器 IP 供應(yīng)商和本土芯片設(shè)計公司意義非凡的聯(lián)手。

國內(nèi) MCU 和 RISC-V 產(chǎn)業(yè)鏈重點公司情況

平頭哥半導(dǎo)體（未上市）：

芯片新型架構(gòu)開發(fā)數(shù)據(jù)中心和嵌入式 IoT 芯片產(chǎn)品。其中，玄鐵 CPU C910 搭載 AI 向量 加速引擎的高性能 64 位 RISC-V 架構(gòu)多核處理器；無劍 SoC 平臺采用軟硬融合、端云一 體的設(shè)計理念，全棧集成芯片、操作系統(tǒng)和算法等技術(shù)，賦能客戶開發(fā)出可規(guī)?；慨a(chǎn)的 芯片產(chǎn)品；含光 NPU 高性能 AI 推理芯片用于數(shù)據(jù)中心、邊緣服務(wù)器和大型端上。

兆易創(chuàng)新（603986 CH）：

兆易創(chuàng)新為國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體芯片設(shè)計公司之一。根據(jù)公司 2020 年中報披露，MCU 產(chǎn)品 累計出貨數(shù)量已超過 4 億顆，客戶數(shù)量超過 2 萬家。報告期內(nèi)，公司成功量產(chǎn)發(fā)布兩個系 列新產(chǎn)品，拓展 MCU 在物聯(lián)網(wǎng)和智能化產(chǎn)業(yè)的廣泛應(yīng)用，滿足工業(yè)應(yīng)用級別的高精度、 高可靠性需求：基于 Arm? Cortex?-M23 內(nèi)核 MCU 的最新產(chǎn)品，GD32E232 系列超值型 微控制器和基于 Arm? Cortex?-M33 高精度實時工業(yè)控制 E507/E503 系列 MCU。此外， 公司繼續(xù)推進(jìn)通用 RISC-V MCU GD32V 產(chǎn)品系列開發(fā)，為客戶提供完整的軟件包、開發(fā) 套件、解決方案等支持，在報告期內(nèi) GD32V 也已與主流 IDE 工具廠商 IAR、Segger 達(dá) 成合作，豐富了 GD32V 產(chǎn)品生態(tài)。

中穎電子 (300327 CH):

中穎電子是無晶圓廠的純芯片設(shè)計 Fabless 模式公司，主要從事自主品牌的集成電路芯片 研發(fā)設(shè)計及銷售，并提供相應(yīng)的系統(tǒng)解決方案和售后的技術(shù)支持服務(wù)，主要產(chǎn)品為工業(yè)控 制級別的微控制器 MCU 芯片和 OLED 顯示驅(qū)動芯片。微控制器系統(tǒng)主控單芯片主要用于 家電主控、鋰電池管理、電機(jī)控制、智能電表及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

芯來科技（未上市）：

芯來科技是中國大陸首家專業(yè) RISC-V 處理器內(nèi)核 IP 和解決方案公司。自研推出的 RISC-V 處理器 IP 已授權(quán)多家知名芯片公司進(jìn)行量產(chǎn)，實測結(jié)果達(dá)到業(yè)界一流指標(biāo)。芯來 科技是本土 RISC-V 生態(tài)引領(lǐng)者，攜手合作伙伴發(fā)布了全球首顆基于 RISC-V 內(nèi)核的量產(chǎn) 通用 MCU 產(chǎn)品，目前已經(jīng)全面推向市場。芯來科技目前是 RISC-V 基金會銀級會員，中 國 RISC-V 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CRVIC）發(fā)起單位和副理事長單位，以及中國開放指令集生態(tài) （RISC-V）聯(lián)盟（CRVA）會員單位。

匯頂科技（603160 CH）：

匯頂科技是一家基于芯片設(shè)計和軟件開發(fā)的整體應(yīng)用解決方案提供商，目前主要面向智能 移動終端市場提供領(lǐng)先的人機(jī)交互和生物識別解決方案，并已成為安卓陣營全球指紋識別 方案第一供應(yīng)商。匯頂科技目前 MCU 產(chǎn)品包括基于 ARM Cortex-M0 內(nèi)核的 GMF03x 系 列 MCU 和基于 RISC-V 架構(gòu)的高性能、低功耗 GM6x5x 系列指紋算法 MCU。

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