隨著國內(nèi) IC 創(chuàng)業(yè)公司不斷增加，Arm 和 RISC-V 受到越來越高的關(guān)注，一個是成熟架構(gòu)體系，一個是新興開源架構(gòu)體系，在業(yè)界頗受關(guān)注。Arm 憑借低功耗和低成本，在移動互聯(lián)網(wǎng)市場已經(jīng)打出一片天地，過去三年，基于 Arm 架構(gòu)的芯片平均每年出貨量超過 220 億顆。RISC-V 憑借開源吸引了一眾新興 IC 公司的熱捧。展望未來，Arm 呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢？如何兼具高主頻、低能耗、安全可靠的特性？哪些優(yōu)勢 RISC-V 不可替代？

帶著這些問題，特邀天津飛騰信息技術(shù)有限公司副總經(jīng)理張承義參與新一期專題 --《Arm 架構(gòu)的“期中考試”》。 張承義認為，“ Arm 架構(gòu)是一個充滿蓬勃生機，并正在迅速發(fā)展的生態(tài)體系，是信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中兼具開放性和性能優(yōu)勢的 CPU 架構(gòu)體系，且適用于各種嵌入式、移動終端、桌面終端、服務(wù)器、云計算、甚至高性能計算機各種應(yīng)用領(lǐng)域，能夠打通從端到云的全棧生態(tài)，適應(yīng)當(dāng)前多形態(tài)信息系統(tǒng)之間協(xié)同、共生、互通的技術(shù)發(fā)展趨勢。”

基于Arm架構(gòu)，打造三大CPU系列

飛騰采用的是 Arm V8 指令集架構(gòu)，自主開發(fā)兼容 ArmV8 指令集的 CPU 產(chǎn)品。目前主要有面向服務(wù)器、桌面終端和嵌入式三個領(lǐng)域的 CPU 產(chǎn)品，2017 年推出了高性能服務(wù)器 CPUFT-2000+/64 處理器，是國內(nèi)首款自主設(shè)計的 64 核通用 CPU，也是國際上首款兼容 ARM 指令集的 64 核通用 CPU；FT-2000+/64 能夠提供面向企業(yè)級信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)所需的計算能力和訪存帶寬，目前在國內(nèi)政務(wù)云、金融、電信、能源等關(guān)鍵行業(yè)信息系統(tǒng)中；在服務(wù)器 CPU 產(chǎn)品線，公司 2020 年即將推出新一代多路服務(wù)器 CPU，支持 2~8 路服務(wù)器的構(gòu)建，滿足金融、電信等領(lǐng)域?qū)Ω咚懔Α⒋髢?nèi)存的應(yīng)用需求。

目前高效能桌面 CPU 主流產(chǎn)品是 2019 年推出的 FT-2000/4，適用于構(gòu)建桌面終端計算機，包括臺式機、一體機、筆記本電腦和瘦客戶端等產(chǎn)品，并可通過“降頻”、“減核”的方式，在能源、交通、化工、金融等關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)嵌入式低功耗應(yīng)用。聯(lián)想、長城、同方、浪潮、紫光等數(shù)十家整機廠商已經(jīng)基于 FT-2000/4 推出了各種類型終端并投放市場。針對高端嵌入式應(yīng)用，飛騰在 2017 年推出了 FT-2000A/2，適用于嵌入式工業(yè)控制、瘦客戶機等領(lǐng)域。目前飛騰 CPU 的出貨量已經(jīng)超過 70 萬片。

“高主頻、低能耗、安全可靠”一個都不能少

在高端應(yīng)用中，隨著芯片主頻的提高，功耗也會隨之提高，芯片廠商一直在平衡用戶對“高性能低功耗”的進一步需求。在張承義看來，高性能和低功耗天生是一對矛盾，二者不可得兼，但是芯片廠商可以通過相關(guān)設(shè)計技術(shù)來提高芯片產(chǎn)品的性能功耗比。同時，在芯片設(shè)計時會增加豐富的軟件控制接口，使用戶能夠根據(jù)自己的應(yīng)用特征動態(tài)地調(diào)節(jié)性能和功耗。

無論是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，還是 5G、AI 應(yīng)用，用戶對安全的關(guān)注越來越高，為了應(yīng)對安全問題，Arm 發(fā)布了自身的安全架構(gòu)。飛騰也構(gòu)建了安全可信系統(tǒng)的產(chǎn)品棧，一方面，ARM 架構(gòu)本身就具有一些安全特性，飛騰在 CPU 設(shè)計時都實現(xiàn)了兼容支持。同時飛騰自定義了飛騰處理器的安全架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn) PSPA，從芯片設(shè)計層面實現(xiàn)安全相關(guān)功能、提升芯片安全特性。PSPA 是國產(chǎn) CPU 企業(yè)首次發(fā)布 CPU 層面的安全架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，從 CPU 層面實現(xiàn)計算機系統(tǒng)自底向上的本質(zhì)安全，構(gòu)建主動免疫可信計算平臺。飛騰已發(fā)布的 FT-2000/4 中實現(xiàn)了 PSPA 標(biāo)準(zhǔn)，從 CPU 層面為可信計算提供了有效支撐。

順應(yīng)邊緣計算發(fā)展，看好綠色設(shè)計市場

我們從近十年互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展可以看到，不同的產(chǎn)業(yè)階段對 IT 基礎(chǔ)架構(gòu)和計算能力會提出不同的要求。新應(yīng)用、新技術(shù)、新架構(gòu)是未來數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，計算平臺創(chuàng)新是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)。隨著自動駕駛、云游戲、VR/AR 等應(yīng)用的興起，以及物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用、短視頻、個人娛樂、人工智能的爆炸式增長，用戶對應(yīng)用體驗的追求不斷提高。同時，邊緣計算逐漸興起，未來超過 70%的數(shù)據(jù)和應(yīng)用將在邊緣產(chǎn)生和處理。

對于邊緣計算的未來發(fā)展，張承義表示，“未來，多種計算架構(gòu)并存，云服務(wù)的普及將是計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。飛騰也非常看重符合高性能、低功耗、低延時的綠色計算市場，以服務(wù)器和終端市場為發(fā)力點，致力于整合業(yè)內(nèi)生態(tài)伙伴資源，做大市場蛋糕，為產(chǎn)業(yè)提供綠色節(jié)能、安全可靠和優(yōu)異性能的算力基礎(chǔ)。”

服務(wù)器市場，Arm已經(jīng)準(zhǔn)備就緒

在服務(wù)器市場，Arm 從未放棄，雖然已經(jīng)有很多公司放棄基于 Arm 架構(gòu)開發(fā)服務(wù)器產(chǎn)品，但是仍然有新來者開闊市場，亞馬遜 AWS、Ampere、華為等廠商已經(jīng)基于 Arm 架構(gòu)推出了服務(wù)器產(chǎn)品，只是市場規(guī)模還較小。

分析原因，張承義指出，在 2019 年前，服務(wù)器市場仍舊是 x86 占據(jù)絕對壟斷地位，但在 2019 年這種形式在悄然發(fā)生變化，全球 Arm 服務(wù)器市場份額已經(jīng)上升到了 1.3%，中國服務(wù)器市場中 Arm 服務(wù)器占比上升到了 5%。數(shù)據(jù)表明，Arm 服務(wù)器已經(jīng)找到自己的市場定位，逐漸受到了用戶的認可。Arm 架構(gòu)由于其在嵌入式移動終端領(lǐng)域的成功，在指令集架構(gòu)陣營里是一種獨特的存在，而 5G 應(yīng)用和云計算的加速發(fā)展，正在打破原有的市場格局，在相關(guān)解決方案中更加注重性能、能效以及面向特定業(yè)務(wù)的定制型優(yōu)化。信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新場景所帶來的海量數(shù)據(jù)計算、存儲的需求，將產(chǎn)生新的巨大的市場，也會同時帶來對基礎(chǔ)計算架構(gòu)多元化的需求。

Arm和RISC-V之爭

RISC-V 架構(gòu)憑借開源性和靈活性吸引了眾多國內(nèi)半導(dǎo)體公司的關(guān)注，有些 IP 公司、芯片設(shè)計公司已經(jīng)開始基于 RISC-V 架構(gòu)開發(fā)產(chǎn)品，這難免對 Arm 造成一定的市場壓力。但是張承義用 Windows 和 Linux 的故事做了解釋。

上世紀末，在操作系統(tǒng)領(lǐng)域，Windows 和 Linux 之間也有過類似討論，Windows 是 PC 端的絕對主流系統(tǒng)，Linux 相對小眾，但沒有兼容性等問題，移植起來相對容易。目前 Arm 和 RISC-V 的競爭也面臨相似局面。目前，在移動終端及 IoT 領(lǐng)域，Arm 在產(chǎn)品覆蓋的全面性上，以及標(biāo)準(zhǔn)定制化方面，仍有很大優(yōu)勢。在云計算、桌面等領(lǐng)域，也有大量的企業(yè)級用戶投入了巨大的資源在構(gòu)建一個逐步完善的生態(tài)。RISC-V 對于芯片設(shè)計廠商在初期成本方面確實有一些優(yōu)勢，但在生態(tài)系統(tǒng)上尚難以提供完整的支持，指令集的任意擴展也會導(dǎo)致軟件兼容的碎片化問題，所以對于芯片廠商來說，很大概率花在后續(xù)生態(tài)建設(shè)上的成本會抵消掉一些早期成本優(yōu)勢。而在一些對生態(tài)系統(tǒng)的成熟度和統(tǒng)一性要求不高的應(yīng)用領(lǐng)域，如 MCU 等，是 RISC-V 可以重點發(fā)力的領(lǐng)域。

張承義強調(diào)，“Arm 架構(gòu)、x86 架構(gòu)這么多年來之所以在各自優(yōu)勢領(lǐng)域里長期保持領(lǐng)先，是因為他們已經(jīng)建立起了完整的生態(tài)，除了芯片架構(gòu)以外，生態(tài)周邊的產(chǎn)品也都是圍繞架構(gòu)來進行整合的，在這一點上，RISC-V 是比較欠缺的，該陣營缺少一個強有力的代表企業(yè)來組織推動。由于 RISC-V 開源的方式，大家都可以自由根據(jù)自己的需求進行增刪等修改，最終用戶使用到的 RISC-V 架構(gòu)就有所差異，相應(yīng)的規(guī)范也不一樣，進一步使得生態(tài)難以統(tǒng)一。”
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