近日，芯片设计巨头ARM公司宣布一项重大决定：拒绝向中国多家企业，包括华为、阿里巴巴等，出售其先进的CPU芯片设计IP——Neoverse V1和V2系列。
此番拒绝背后的主要原因，在于Neoverse V系列是ARM当前最先进的IP产品，性能卓越。然而，受限于美国的禁令，ARM公司不得不做出这一艰难选择。
简而言之，就是技术落后的芯片可以随意使用，但先进的技术则受到限制。
那么，ARM的「断供」将会带来哪些影响？在失去ARM的架构和指令集后，中国的芯片产业又将如何应对？
芯片架构与指令集的重要性
谈及芯片，人们往往会想到苹果仿生、高通骁龙、华为麒麟等知名品牌，但对于架构和指令集，却往往知之甚少。
芯片作为一种高度复杂和精密的元件，其设计、制造和封装都需要极高的技术水平。而芯片设计的起点，便是离不开架构和指令集的。一款芯片性能强大的基础，便是拥有一个先进的指令集架构。
那么，架构和指令集究竟是什么呢？让我们来一探究竟。
实际上，架构与指令集在某种程度上可以视为相近的概念，尤其对于非专业人士而言。但严格来说，两者还是存在显著区别的。
我们可以通过一个简单的炒菜例子来理解：
炒菜的流程包括买菜、择菜、洗菜、切菜、点火、烧油、翻炒、放调料和出锅等步骤。这些步骤又可以细分为更小的步骤，如洗菜需要找菜盆、接水、放菜、洗净和控水等。这些大大小小的步骤组合在一起，就构成了一个「炒菜指令集」。只要按照这个指令集操作，就能炒出一盘菜来，尽管味道可能因人而异。
同样地，在手机芯片领域，指令集就是芯片处理各种计算步骤的细分和固定组合。这些组合也是可以改动的，就像炒菜时可以选择不同的切菜方式和买菜方式一样。
而架构，则是为了实现指令集所设计的硬件。可以理解为，指令集是一个步骤规划，而架构则是将这个规划落实在芯片上的具体电路。
当然，相同的指令集可以由不同的架构实现，例如英特尔和AMD都使用X86指令集，但芯片架构却有所不同。英特尔芯片分为北桥和南桥，分别负责连接不同的组件；而AMD则将内存控制器集成在CPU中，以加速CPU和内存的传输速度。
实际上，即使架构不同、指令集不同，只要能够得到相同的结果也是可以接受的。但由于指令集已经写入芯片中，不同的指令集和架构会导致电路、寄存器、数据带宽等方面的差异，从而使得芯片性能产生显著区别。最典型的例子便是ARM与X86架构的差异。
ARM架构：精简指令集的典范
ARM架构以其精简指令集而著称。它的基本思想是尽量简化计算机指令功能，只保留功能简单的指令，以减少指令的平均执行周期并提高CPU的主频。同时，ARM大量使用通用寄存器来提高子程序的执行速度。这种指令集更适合移动设备、嵌入式设备等应用场景。
X86架构：复杂指令集的代表
相比之下，X86架构则属于复杂指令集。它是计算机最底层的机器指令，也是CPU能够直接识别的指令。X86架构要求计算机整体性能更快更稳定，但同时也带来了更大的能耗。因此，复杂指令集更适合台式电脑、超级计算机等应用场景。
总的来说，一款芯片的核心数量、SIMD处理器数量、ALU和FPU的数量以及它们之间的连接方式等功能实现，都是依靠架构来实现的。
ARM的强大与尴尬处境
ARM公司成立于1990年，总部位于英国剑桥，是全球领先的半导体知识产权（IP）提供商。ARM并不直接生产和销售实际的芯片，而是向芯片厂商提供IP授权（知识产权）。尽管如此，这个IP授权却具有极高的价值。
目前，全球超过四分之一的电子设备都在使用ARM的技术，智能手机领域的使用比例更是高达95%以上。苹果、高通、三星、华为、联发科、小米、OPPO、vivo等知名企业都不同程度地使用了ARM的IP授权。
然而，令人难以想象的是，这样一家强大的企业却并不怎么赚钱。
ARM在创建初期仅有12个工程师团队，苹果公司曾是其主要股东之一，提供了大量资金支持。同时，VLSI Technology也提供了设备支持。ARM凭借天时地利与英特尔形成错位竞争，其设计的移动芯片IP授权超过了165家公司，并生产了超过100亿个芯片，从而奠定了市场地位。
1997年，ARM营收达到了2660万英镑、净利润290万英镑。这一年，ARM成功上市，公司市值迅速飙升，短短几个月内便成为了一家价值十亿美元的企业。
30多年来，ARM一直是芯片架构开发的领导者。它并不直接设计和制造芯片，但其提供的指令集架构却成为了苹果、华为、高通、联发科等芯片设计的基础。可以说，ARM垄断了智能手机的微处理器技术。
2015年，【福布斯】将ARM评为世界五大最具创新力的公司之一。
然而，2016年7月，软银以234亿英镑（折合人民币2200亿）的高价收购了ARM公司。软银曾幻想ARM能像阿里巴巴一样带来高额回报，因为物联网的普及将使得所有事物，甚至是一头牛，都能被连接起来。而物联网所需要的庞大芯片市场将由ARM提供授权。
但事实证明，软银的期望落空了。物联网的发展远没有想象的那样迅速。数据显示，2015年到2019年，ARM的营收仅增长了20%，达到了19亿美元；净利润更是暴跌70%，仅为2.76亿美元；而成本却增加了9亿美元。即便到了2021年，ARM的营收也仅为27亿美元，净利润10亿美元。而采用ARM架构的芯片一年出货量达到了292亿颗，累计出货量更是超过了2250亿颗。
相比之下，使用ARM技术的苹果大赚了6506亿人民币（净利润），高通也赚得了630亿人民币（净利润）。简单对比可以看出，苹果的净利润是ARM的92倍，高通则是ARM的9倍。可以说，ARM在盈利方面确实表现不佳。
面对盈利困境，软银的孙正义感到十分焦急。尤其是软银在收购后亏损数十亿美元后，孙正义明显感受到了资金压力。他公开表示，ARM的未来有很多种选项，包括上市、部分出售、全部出售和合并等。而相比于IPO，出售可以更快地获得资金，这也是软银一直没有放弃的方式。
很快，英伟达向软银抛出了橄榄枝，提出以近400亿美元的价格收购ARM。对于软银和英伟达来说，这是一笔双赢的交易。然而，由于ARM的强大地位，收购这样一家公司需要获得英国、中国、美国和欧盟的批准，审批时间长达18个月。最终，收购议案被否决，ARM再次陷入危机。
为了应对危机，ARM采取了多项措施，包括上市计划、裁员、高管调整以及最近的改变IP授权策略，以期获得更大的利益。
ARM的授权策略主要分为两类：技术授权与架构授权。
技术授权模式下，企业可以直接购买ARM的CPU核心，并结合自家的NPU、GPU、基带等组件，构建成完整的处理器，最后交由代工厂生产。华为、三星、高通和联发科等便是此模式的代表。
架构授权则允许企业购买ARM的架构后，根据自身需求对CPU进行修改，再与其他自研组件整合，形成完整的处理器方案，最终由晶圆代工厂进行制造。苹果便是这一模式的典型例子。
两种授权的核心差异在于，技术授权成本相对较低，但限制了对CPU的修改，因此最终产品的性能可能受到一定制约。相比之下，架构授权费用更高，却赋予了企业更大的自由度，只要技术实力足够，便能打造出性能卓越的产品。这正是苹果A系列芯片在性能上超越骁龙和麒麟的重要原因。
ARM的授权费用会根据企业的规模和盈利能力进行调整，以吸引更多中小企业，扩大客户基础。然而，这种灵活的定价策略也曾导致ARM与高通之间的激烈冲突。
2021年，高通以14亿美元收购了Nuvia，这家公司在短短一年内便设计出了一款能效比远超AMD、高通和苹果的芯片。高通意图利用这项技术，却遭遇了ARM的反对，因为Nuvia也使用了ARM的IP授权，且授权费用较低。ARM要求高通按高通自身的标准增加授权费用，但高通拒绝，双方因此陷入持久的争执，甚至对簿公堂。
最终，ARM与高通决定不续签2024年到期的授权协议。同时，ARM要求所有使用其公版CPU的企业必须接受包含GPU、NPU、ISP在内的整套处理器方案，不得再使用第三方架构模块。这意味着，高通、联发科等使用ARM授权的厂商未来只有两个选择：要么采用全套ARM产品，要么购买架构授权并自行开发CPU。
ARM的这一举措无疑给其客户带来了巨大压力。在此背景下，RISC-V架构迎来了发展机遇。
RISC-V是一个基于精简指令集的开源架构，起源于2010年的加州大学伯克利分校。其最大特点是开源，允许任何人自由设计、制造和销售RISC-V芯片及软件。尽管初期因生态不足而开发难度大，但RISC-V已悄然成为全球第三大芯片架构。
随着ARM授权策略的调整，越来越多的芯片厂商开始转向RISC-V架构。英特尔、谷歌和苹果等科技巨头也纷纷表达了对RISC-V的支持。
在国内，倪光南院士早在2018年就提出了摆脱对ARM依赖的建议。ARM在2019年暂停了对华为的授权，进一步验证了倪光南的担忧。如今，ARM又拒绝向中国企业提供最新的芯片架构，这使得国内企业更加迫切地寻求替代方案。
RISC-V架构因此成为了一个理想的选择。阿里平头哥的玄铁系列芯片便是基于RISC-V研发的成功案例。截至2022年11月底，国内企业已发布了多达11款国产RISC-V芯片，进步显著，未来有望打破ARM在移动端的垄断地位。
总结而言，中国在芯片架构、制造和EDA等方面都面临着严峻的挑战。在美国的压力下，这些领域的国际巨头纷纷对国内芯片企业施压。如何破局、如何摆脱「卡脖子」问题，成为中国芯片产业亟待解决的关键。中国芯片何时能成为全球领导者，仍需时间和努力来验证。
