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分析 丨不是Arm買不起,而是RISC-V更有性價(jià)比

芯查查 ? 來源:芯查查 ? 作者:芯查查 ? 2023-12-14 17:14 ? 次閱讀
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RISC-VArm同樣是嵌入式設(shè)備的主要處理器內(nèi)核,并且RISC-V芯片的出貨量在增加,RISC-V陣營新品頻出,有后來者居上的勢頭。

例如,11月21日,平頭哥推出3款玄鐵RISC-V處理器:首次實(shí)現(xiàn)AI矩陣擴(kuò)展的C907、滿足Vector1.0標(biāo)準(zhǔn)的C920,以及實(shí)時(shí)處理器R910,推動(dòng)RISC-V在自動(dòng)駕駛人工智能、企業(yè)級(jí)SSD、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域的應(yīng)用。

11月30日,瑞薩電子成功設(shè)計(jì)、測試并推出基于開放標(biāo)準(zhǔn)RISC-V指令集架構(gòu)(ISA)的32位CPU內(nèi)核,瑞薩是業(yè)內(nèi)首個(gè)為32位通用RISC-V市場獨(dú)立研發(fā)CPU內(nèi)核的廠商,其RISC-V CPU的CoreMark/MHz性能達(dá)到3.27,超過業(yè)內(nèi)同類架構(gòu),包含可提高性能的擴(kuò)展,同時(shí)減少代碼量。

圖源:瑞薩電子在應(yīng)用端,目前RISC-V和Arm都在向服務(wù)器和AI應(yīng)用等高性能計(jì)算領(lǐng)域滲透,兩者未來發(fā)展態(tài)勢如何?下面從性價(jià)比角度對(duì)比這2種處理器架構(gòu)。

授權(quán)和商業(yè)模式?jīng)Q定成本
Arm尋求收購失敗之后,已經(jīng)成功IPO上市,盡管如此,市場和競爭環(huán)境都在發(fā)生改變,Arm仍試圖擴(kuò)大收入。此前有消息指出,Arm計(jì)劃改變專利費(fèi)的收取模式、并調(diào)整相關(guān)費(fèi)用。

Arm提出的新授權(quán)模式將不再根據(jù)芯片的價(jià)值向芯片制造商收取專利費(fèi),而是根據(jù)移動(dòng)設(shè)備的平均售價(jià)(ASP)來設(shè)定費(fèi)用。收取授權(quán)費(fèi)的對(duì)象也改變,Arm或不再向高通、聯(lián)發(fā)科、三星等芯片制造商收取每顆芯片2%的專利費(fèi),轉(zhuǎn)而向最終搭載這些芯片的設(shè)備制造商(例如智能手機(jī)廠商)終端產(chǎn)品,收取售價(jià)1-2%的授權(quán)費(fèi)。根據(jù)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù),將智能手機(jī)出貨量分為高端、中端和低端,不包括蘋果。假設(shè)每個(gè)類型的每部手機(jī)的特許權(quán)使用費(fèi)分別為12美元、6美元和3美元,增量收入和利潤將為Arm帶來額外的54億美元的營業(yè)利潤,這幾乎是Arm營業(yè)收入的10倍。

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圖注:Arm曾提出新授權(quán)模式,圖例為非蘋果手機(jī)產(chǎn)生的授權(quán)費(fèi)將顯著提升Arm收入(圖源:semianalysis)

要看到的是,Arm在移動(dòng)設(shè)備、嵌入式設(shè)備領(lǐng)域具有比較大的市場份額,資料顯示,有超過95%的智能手機(jī)正在直接或間接使用Arm授權(quán)的指令集。Arm新的授權(quán)模式一旦實(shí)施,影響是巨大的。手機(jī)領(lǐng)域最明顯的影響是下游OEM除了要向高通支付授權(quán)費(fèi)外,還需向Arm支付芯片費(fèi)用,直接造成成本大幅增加。

綜合來看,RISC-V在授權(quán)方式、處理器設(shè)計(jì)、成本、產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系等方面來看,兩種都具有獨(dú)特優(yōu)勢,企業(yè)在為其項(xiàng)目選擇架構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮這些優(yōu)勢。

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圖注:RISC-V和Arm的授權(quán)和商業(yè)模式對(duì)比(芯查查制表)

性能對(duì)比:Arm有生態(tài)加持,RISC-V的模塊定制有前景
下面先以Cortex-A76與P670為例,對(duì)比RISC-V和Arm架構(gòu)性能。Arm的Cortex-A78在峰值單線程性能方面略高于SiFive的P670(使用RISC-V)。盡管Cortex-A78在原始性能方面占據(jù)主導(dǎo)地位,但P670的計(jì)算密度是它的兩倍。因此,考慮到SiFive的P670處理器的物理尺寸是其競爭對(duì)手的一半,其峰值單線程性能可與Cortex-A78相媲美。

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圖注:Arm的Cortex-A76與SiFive的P670性能(圖源:makeuseof)

Cortex-A78于2020年12月推出,P670于2022年11月1日亮相,兩者有近兩年的研發(fā)差距。Arm的最新處理器在Armv9 ISA上運(yùn)行,比Cortex-A78的Armv8有了實(shí)質(zhì)改進(jìn),Armv9處理器的性能提高了約30%,能效提高了50%。在純性能方面,Arm處理器保持領(lǐng)先地位,然而SiFive的P670的計(jì)算密度是Cortex-A78的兩倍,使RISC-V處理器在緊湊型處理器上,特別是可穿戴設(shè)備中處于有利地位。能效比是性能對(duì)比的另一個(gè)方面,RISC-V和Arm都采用精簡指令集計(jì)算(RISC)理念,因此在技術(shù)選型的時(shí)候,有必要研究區(qū)分能效性能的衡量。Arm對(duì)能效的關(guān)注,結(jié)合其廣泛的生態(tài)系統(tǒng)和處理器系列,使各種行業(yè)和應(yīng)用的節(jié)能設(shè)備得以開發(fā)。而RISC-V因其定制潛力而具有廣闊前景,但其開放性需要更時(shí)間和資源投入,以充分利用其節(jié)能功能。

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圖注:供應(yīng)商和工具都比較豐富,RISC-V生態(tài)逐漸強(qiáng)大(圖源:芯查查SaaS)
兩者同樣能夠駕馭AI與汽車應(yīng)用RISC-V和Arm在嵌入式系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用不用贅述,但是在高性能計(jì)算和汽車領(lǐng)域,兩者有各自優(yōu)勢。

定制化仍然是RISC-V在高性能計(jì)算領(lǐng)域的法寶,RISC-V ISA的模塊化允許開發(fā)具有自定義擴(kuò)展和硬件加速器的高性能處理器,從而能夠高效處理復(fù)雜的工作負(fù)載,例如AI、機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析?;赗ISC-V的HPC處理器示例包括SiFive U74和RISC-V BOOM無序超標(biāo)量處理器。

此外,RISC-V正在探索用于安全關(guān)鍵型和實(shí)時(shí)系統(tǒng),如汽車、航空航天和工業(yè)控制應(yīng)用。RISC-V的開源特性使處理器設(shè)計(jì)能夠透明、徹底地驗(yàn)證,對(duì)于確保關(guān)鍵系統(tǒng)的安全性和可靠性至關(guān)重要。

Arm處理器也越來越多地被數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算(HPC)市場采用。Arm Neoverse平臺(tái)包括Neoverse N1和E1處理器,面向云基礎(chǔ)設(shè)施和邊緣計(jì)算應(yīng)用,為數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載提供高性能和高能效,該產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,例如NVIDIA GH200 Grace Hopper超級(jí)芯片采用了72顆Arm Neoverse核心,加上來自NVIDIA的GPU組合,其AI性能較基于x86架構(gòu)的系統(tǒng)可提升10倍。

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圖注:NVIDIA GH200 Grace Hopper超級(jí)芯片采用Arm Neoverse搭配NVIDIA GPU,滿足AI性能的需求(圖源:Arm)
此外,Arm處理器也被用于安全關(guān)鍵型和實(shí)時(shí)系統(tǒng),例如汽車、航空航天和工業(yè)控制應(yīng)用。Cortex-R系列針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化,提供快速的中斷響應(yīng)時(shí)間和確定性行為,使其適用于這些要求苛刻的應(yīng)用。

小 結(jié)
RISC-V仍然有需要補(bǔ)強(qiáng)的地方,比如生態(tài)碎片化、缺少標(biāo)準(zhǔn)化帶來的產(chǎn)品和軟件兼容問題。但是RISC-V對(duì)于我國有著非常大的意義,正如倪光南院士在近期的行業(yè)活動(dòng)中提到,RISC-V發(fā)布到現(xiàn)在十多年的時(shí)間,走過了過去其他芯片可能需要幾十年的時(shí)間取得的成就,RISC-V的累計(jì)出貨量中50%來自于中國。當(dāng)前,我國正在大力發(fā)展汽車電子和AI應(yīng)用,RISC-V可以抓住這些機(jī)遇加速發(fā)展,本文通過對(duì)比表明RISC-V是比較現(xiàn)實(shí)的技術(shù)選擇之一。

審核編輯 黃宇

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