近日，芯片設計巨頭ARM公司宣布一項重大決定：拒絕向中國多家企業，包括華為、阿裏巴巴等，出售其先進的CPU芯片設計IP——Neoverse V1和V2系列。
此番拒絕背後的主要原因，在於Neoverse V系列是ARM當前最先進的IP產品，效能卓越。然而，受限於美國的禁令，ARM公司不得不做出這一艱難選擇。
簡而言之，就是技術落後的芯片可以隨意使用，但先進的技術則受到限制。
那麽，ARM的「斷供」將會帶來哪些影響？在失去ARM的架構和指令集後，中國的芯片產業又將如何應對？
芯片架構與指令集的重要性
談及芯片，人們往往會想到蘋果仿生、高通驍龍、華為麒麟等知名品牌，但對於架構和指令集，卻往往知之甚少。
芯片作為一種高度復雜和精密的元件，其設計、制造和封裝都需要極高的技術水平。而芯片設計的起點，便是離不開架構和指令集的。一款芯片效能強大的基礎，便是擁有一個先進的指令集架構。
那麽，架構和指令集究竟是什麽呢？讓我們來一探究竟。
實際上，架構與指令集在某種程度上可以視為相近的概念，尤其對於非專業人士而言。但嚴格來說，兩者還是存在顯著區別的。
我們可以透過一個簡單的炒菜例子來理解：
炒菜的流程包括買菜、擇菜、洗菜、切菜、點火、燒油、翻炒、放調料和出鍋等步驟。這些步驟又可以細分為更小的步驟，如洗菜需要找菜盆、接水、放菜、洗凈和控水等。這些大大小小的步驟組合在一起，就構成了一個「炒菜指令集」。只要按照這個指令集操作，就能炒出一盤菜來，盡管味道可能因人而異。
同樣地，在手機芯片領域，指令集就是芯片處理各種計算步驟的細分和固定組合。這些組合也是可以改動的，就像炒菜時可以選擇不同的切菜方式和買菜方式一樣。
而架構，則是為了實作指令集所設計的硬體。可以理解為，指令集是一個步驟規劃，而架構則是將這個規劃落實在芯片上的具體電路。
當然，相同的指令集可以由不同的架構實作，例如英特爾和AMD都使用X86指令集，但芯片架構卻有所不同。英特爾芯片分為北橋和南橋，分別負責連線不同的元件；而AMD則將記憶體控制器整合在CPU中，以加速CPU和記憶體的傳輸速度。
實際上，即使架構不同、指令集不同，只要能夠得到相同的結果也是可以接受的。但由於指令集已經寫入芯片中，不同的指令集和架構會導致電路、寄存器、數據頻寬等方面的差異，從而使得芯片效能產生顯著區別。最典型的例子便是ARM與X86架構的差異。
ARM架構：精簡指令集的典範
ARM架構以其精簡指令集而著稱。它的基本思想是盡量簡化電腦指令功能，只保留功能簡單的指令，以減少指令的平均執行周期並提高CPU的主頻。同時，ARM大量使用通用寄存器來提高子程式的執行速度。這種指令集更適合行動裝置、嵌入式裝置等套用場景。
X86架構：復雜指令集的代表
相比之下，X86架構則屬於復雜指令集。它是電腦最底層的機器指令，也是CPU能夠直接辨識的指令。X86架構要求電腦整體效能更快更穩定，但同時也帶來了更大的能耗。因此，復雜指令集更適合台式電腦、超級電腦等套用場景。
總的來說，一款芯片的核心數量、SIMD處理器數量、ALU和FPU的數量以及它們之間的連線方式等功能實作，都是依靠架構來實作的。
ARM的強大與尷尬處境
ARM公司成立於1990年，總部位於英國劍橋，是全球領先的半導體智慧財產權（IP）提供商。ARM並不直接生產和銷售實際的芯片，而是向芯片廠商提供IP授權（智慧財產權）。盡管如此，這個IP授權卻具有極高的價值。
目前，全球超過四分之一的電子裝置都在使用ARM的技術，智慧型手機領域的使用比例更是高達95%以上。蘋果、高通、三星、華為、聯發科、小米、OPPO、vivo等知名企業都不同程度地使用了ARM的IP授權。
然而，令人難以想象的是，這樣一家強大的企業卻並不怎麽賺錢。
ARM在建立初期僅有12個工程師團隊，蘋果公司曾是其主要股東之一，提供了大量資金支持。同時，VLSI Technology也提供了裝置支持。ARM憑借天時地利與英特爾形成錯位競爭，其設計的移動芯片IP授權超過了165家公司，並生產了超過100億個芯片，從而奠定了市場地位。
1997年，ARM營收達到了2660萬英鎊、凈利潤290萬英鎊。這一年，ARM成功上市，公司市值迅速飆升，短短幾個月內便成為了一家價值十億美元的企業。
30多年來，ARM一直是芯片架構開發的領導者。它並不直接設計和制造芯片，但其提供的指令集架構卻成為了蘋果、華為、高通、聯發科等芯片設計的基礎。可以說，ARM壟斷了智慧型手機的微處理器技術。
2015年，【富比士】將ARM評為世界五大最具創新力的公司之一。
然而，2016年7月，軟銀以234億英鎊（折合人民幣2200億）的高價收購了ARM公司。軟銀曾幻想ARM能像阿裏巴巴一樣帶來高額報酬，因為物聯網的普及將使得所有事物，甚至是一頭牛，都能被連線起來。而物聯網所需要的龐大芯片市場將由ARM提供授權。
但事實證明，軟銀的期望落空了。物聯網的發展遠沒有想象的那樣迅速。數據顯示，2015年到2019年，ARM的營收僅增長了20%，達到了19億美元；凈利潤更是暴跌70%，僅為2.76億美元；而成本卻增加了9億美元。即便到了2021年，ARM的營收也僅為27億美元，凈利潤10億美元。而采用ARM架構的芯片一年出貨量達到了292億顆，累計出貨量更是超過了2250億顆。
相比之下，使用ARM技術的蘋果大賺了6506億人民幣（凈利潤），高通也賺得了630億人民幣（凈利潤）。簡單對比可以看出，蘋果的凈利潤是ARM的92倍，高通則是ARM的9倍。可以說，ARM在盈利方面確實表現不佳。
面對盈利困境，軟銀的孫正義感到十分焦急。尤其是軟銀在收購後虧損數十億美元後，孫正義明顯感受到了資金壓力。他公開表示，ARM的未來有很多種選項，包括上市、部份出售、全部出售和合並等。而相比於IPO，出售可以更快地獲得資金，這也是軟銀一直沒有放棄的方式。
很快，輝達向軟銀丟擲了橄欖枝，提出以近400億美元的價格收購ARM。對於軟銀和輝達來說，這是一筆雙贏的交易。然而，由於ARM的強大地位，收購這樣一家公司需要獲得英國、中國、美國和歐盟的批準，審批時間長達18個月。最終，收購議案被否決，ARM再次陷入危機。
為了應對危機，ARM采取了多項措施，包括上市計劃、裁員、高管調整以及最近的改變IP授權策略，以期獲得更大的利益。
ARM的授權策略主要分為兩類：技術授權與架構授權。
技術授權模式下，企業可以直接購買ARM的CPU核心，並結合自家的NPU、GPU、基頻等元件，構建成完整的處理器，最後交由代工廠生產。華為、三星、高通和聯發科等便是此模式的代表。
架構授權則允許企業購買ARM的架構後，根據自身需求對CPU進行修改，再與其他自研元件整合，形成完整的處理器方案，最終由晶圓代工廠進行制造。蘋果便是這一模式的典型例子。
兩種授權的核心差異在於，技術授權成本相對較低，但限制了對CPU的修改，因此最終產品的效能可能受到一客製約。相比之下，架構授權費用更高，卻賦予了企業更大的自由度，只要技術實力足夠，便能打造出效能卓越的產品。這正是蘋果A系列芯片在效能上超越驍龍和麒麟的重要原因。
ARM的授權費用會根據企業的規模和盈利能力進行調整，以吸引更多中小企業，擴大客戶基礎。然而，這種靈活的定價策略也曾導致ARM與高通之間的激烈沖突。
2021年，高通以14億美元收購了Nuvia，這家公司在短短一年內便設計出了一款能效比遠超AMD、高通和蘋果的芯片。高通意圖利用這項技術，卻遭遇了ARM的反對，因為Nuvia也使用了ARM的IP授權，且授權費用較低。ARM要求高通按高通自身的標準增加授權費用，但高通拒絕，雙方因此陷入持久的爭執，甚至對簿公堂。
最終，ARM與高通決定不續簽2024年到期的授權協定。同時，ARM要求所有使用其公版CPU的企業必須接受包含GPU、NPU、ISP在內的整套處理器方案，不得再使用第三方架構模組。這意味著，高通、聯發科等使用ARM授權的廠商未來只有兩個選擇：要麽采用全套ARM產品，要麽購買架構授權並自行開發CPU。
ARM的這一舉措無疑給其客戶帶來了巨大壓力。在此背景下，RISC-V架構迎來了發展機遇。
RISC-V是一個基於精簡指令集的開源架構，起源於2010年的加州大學柏克萊分校。其最大特點是開源，允許任何人自由設計、制造和銷售RISC-V芯片及軟體。盡管初期因生態不足而開發難度大，但RISC-V已悄然成為全球第三大芯片架構。
隨著ARM授權策略的調整，越來越多的芯片廠商開始轉向RISC-V架構。英特爾、谷歌和蘋果等科技巨頭也紛紛表達了對RISC-V的支持。
在國內，倪光南院士早在2018年就提出了擺脫對ARM依賴的建議。ARM在2019年暫停了對華為的授權，進一步驗證了倪光南的擔憂。如今，ARM又拒絕向中國企業提供最新的芯片架構，這使得國內企業更加迫切地尋求替代方案。
RISC-V架構因此成為了一個理想的選擇。阿裏平頭哥的玄鐵系列芯片便是基於RISC-V研發的成功案例。截至2022年11月底，國內企業已釋出了多達11款國產RISC-V芯片，進步顯著，未來有望打破ARM在移動端的壟斷地位。
總結而言，中國在芯片架構、制造和EDA等方面都面臨著嚴峻的挑戰。在美國的壓力下，這些領域的國際巨頭紛紛對國內芯片企業施壓。如何破局、如何擺脫「卡脖子」問題，成為中國芯片產業亟待解決的關鍵。中國芯片何時能成為全球領導者，仍需時間和努力來驗證。
