芯片架构设计风云榜 (I) 安谋

何谓计算机架构指令集？它是指示计算机硬件执行某种运算、处理功能的命令的集合。它 (指令集) 是设计时固化整合在CPU内部的逻辑电路中的“硬程序”，而非代码，故在CPU里没有“指令集”的实体。可以将指令集视为计算机软件与CPU之间的一个接口，软件系统所下达的每一个命令都需要CPU根据预先设定好的某一条指令来完成。CPU依靠外来指令 (软件) “激活”自己内存的指令 (集)，来计算和操控电脑。每款CPU在设计时就规定了一系列与电脑其它部件相配合的指令系统，不同的CPU使用的指令集不同。预先存储的指令越多，CPU就越“聪明”，可以做的“动作”就越多。预先存储的指令越先进，CPU就越高级。于此，有人将指令集在计算机软件运行中扮演的作用比作我们“语言中的字、单词、和发音。” 

说到计算机架构指令，就必须要提到安谋 (当然还有本文不讨论的x86). 相信大名鼎鼎的安谋对读者并不陌生。安谋实为ARM 的汉语发音，也是Advanced RISC (Reduced Instruction Set Computing) Machine的缩写，意为高级精简指令集计算机。今日在计算机架构指令设计地位如日中天的安谋其实出身卑微：它源于赫尔曼·豪瑟 (Hermann Hauser) 这位奥地利籍物理学博士 (图 Google Images) 和英国工程师克里斯·柯里 (Chris Curry)(图 Google Images) 1978年在英国剑桥创立的一家名字叫CPU的公司。CPU是Cambridge Processor Unit三个单词的第一个字母，意思是“剑桥处理器单元”。1979年，公司改称Acorn Computer Ltd。也在这年，加州大学伯克利分校的大卫·帕特森 (David Patterson) (图 Google Images) 教授提出了相对于主流、但更繁琐、复杂的英特尔x86架构 (The X86 architecture) 指令的RISC的想法，主张硬件应该专注于加速常用的指令，较为复杂的指令则利用常用的指令去组合。

1981年Acorn公司从美国加州大学伯克利分校得到了一个简化指令集 (RISC)，并在此基础上继续进行深化研发，最终由索非·威尔森 (Sophie Wilson) (图 Google Images) 和史蒂夫·弗伯 (Steve Furber) (图 Google Images) 这两位剑桥大学的计算机科学家在1985年完成了微处理器的设计。Acorn给它命名为Acorn RISC Machine (ARM1)，之后，Acorn陆续推出了 ARM2，ARM3等。

1990年，Acorn成立了一家名叫ARM (Advanced RISC Machines) 的公司，与苹果 (Apple) 公司和芯片厂商VLSI合作。其中苹果以150万英镑入股，芯片厂商VLSI投入25万英镑，而Acorn本身则以知识产权作价150万英镑，和12名工程师入股。ARM这时做出了公司发展中的最为重要的决策-以授权，而非生产芯片的方式，将芯片设计方案转让给其他公司，即“伙伴” (Partnership) 这种IP知识产权 (Intellectual Property) 授权的商业模式。ARM则收取一次性技术授权费用和版税提成。

此后，ARM在给包括高通在内的公司授权过程中积累了经验，持续改良技术。但真正让ARM改变命运的是移动电话时代，尤其是ARM的大客户——诺基亚(Nokia)。

当时，诺基亚被建议在即将推出的GSM手机上使用德州仪器的ARM芯片系统设计。诺基亚最初对默默无闻的ARM是排斥的。但ARM根据诺基亚的需求，专门开发出了缩减占用手机内存空间的16位的定制指令集，让诺基亚无话可说。而第一部采用ARM处理器的GSM手机诺基亚6110上市后 (图 Google Images)，获得了极大的成功，也让ARM芯片设计一夜之间在业界盛名远扬。随后ARM推出的ARM7等系列芯片，受到热捧，授权给了160多家公司，包括苹果 (ipod、iPhone)，谷歌 (安卓 Android), 微软 (Windows8平台)，和知名半导体公司如全志科技 (Allwinner)、爱特梅尔 (Atmel)、博通公司 (Broadcom)、凌云半导体 (Cirrus Logic)、飞思卡尔 (Freescale)、高通 (Qualcomm)、富士通 (Fujitsu)、英特尔 (Intel)、国际商业机器公司 (IBM)，英飞凌科技 (Infineon)，任天堂 (Nintendo)，恩智浦半导体 (NXP)、OKI电气工业，三星电子 (Samsung Electronics)，夏普 (Sharp)，意法半导体 (STMicroelectronics)，德州仪器 (TI) 和VLSI科技等，这些公司均拥有各个不同形式的ARM授权。安谋由此赚得盆满钵满，其公司价值大涨，持续盈利前景看好，引起投资人亲睐。

2016年7月18日，日本软银集团 (Softbank)(图 Google Images) 同意以243亿英镑 (约309亿美元) 全现金方式收购安谋公司。交易于2016年9月5日完成，成为软银集团旗下的全资子公司。抱着安谋公司这只下金蛋的母鸡，软银本可就此每天坐家数钱，尽享财富带来的快意人生。怎料天有不测风云，买下生金蛋的安谋公司四年后的软银集团，因投资失误不得不将其提款机安谋公司出售。2020年9月14日，英伟达 (NVIDIA) 宣布出价400亿美元 (这项交易包含215亿美元Nvidia股票及120亿美元现金，软银将持有Nividia最多8.1%流通股。此外，根据合约中的额外对价条款，软银可能还可再获得50亿美元的现金或股票。)，从日本软银集团手中收购安谋控股 (图 Google Images)。此项交易仍须获得英国、中国、欧盟和美国相关机构的批准，监管审批可能需要长达一年半的时间。

英伟达收购安谋公司一事，让本就对安谋 (和英特尔) 主宰芯片架构指令设计市场，收取高额授权费不满的业界，加大对英伟达拥有的安谋公司垄断的担心。由此，RISC-V这款可能替代安谋的芯片架构指令设计受到越来越多的关注。

*诚邀感兴趣的博友品论。

未完待续

参考资料

关哥打野. (2020). 龙芯对外公开的LoongArch指令集. 腾讯网. 链接 https://xw.qq.com/cmsid/20200818A0TNHG00

黑洞照耀宇宙. (2020). 如果ARM（安谋）最终被NVIDIA（英伟达）收购，相关终端厂商是否会转向risc-v？ 知乎. 链接https://www.zhihu.com/question/414958057/answer/1427979577

华强微电子. (2019). RISC-V叩开IoT芯片大门 面临“碎片化”与“安全性”双重考验. 百度百科. 链接 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1634398373363147084&wfr=spider&for=pc

萦梦灬落雨. (2019). 浅谈RISC-V指令集架构的来龙去脉. bilibili. 链接 https://www.bilibili.com/read/cv5022050

小枣君. (2020). 如何看待观点「华为没有核心技术，因为芯片用的是ARM（安谋）架构，一旦被停止授权，就会做不出芯片」？ 知乎.链接 https://www.zhihu.com/question/296178433/answer/692275926

Burt, J. (2020). Alibaba on the bleeding edge of Risc-V with XT910. Next Platform. 链接 https://www.nextplatform.com/2020/08/21/alibaba-on-the-bleeding-edge-of-risc-v-with-xt910/

Feldman, M. (2020). EUROPEAN PROCESSOR INITIATIVE READIES PROTOTYPE. THE NEXTPLATFORM. 链接 https://www.nextplatform.com/2020/01/27/european-processor-initiative-readies-prototype

Goodwins, R. (2019). RISC-V opens up processor design. NDNet. 链接 https://www.zdnet.com/article/risc-v-opens-up-processor-design/ 

Guee程序员. (2020). 如何看待龙芯对外公开的 LoongArch 指令集？知乎. 链接 https://www.zhihu.com/question/414069789

Hu, D. (2018). CISC(复杂指令集）与RISC（精简指令集）的区别. CSDN. 链接 https://blog.csdn.net/m0_37608982/article/details/81865927

MIT Technology Review科技评论. (2020). 丢掉幻想！龙芯中科将推出LoongArch自主指令集，深度兼容Windows、Linux、Android程序. 麻省理工科技评论. 链接  http://www.mittrchina.com/news/5506

Mutschler, A. S. (2017). RISC-V pros and cons. SEMICONDUCTOR ENGINEERING. 链接  https://semiengineering.com/risc-v-pros-cons/

Wiki. (2020). Berkeley RISC. 链接 https://en.wikipedia.org/wiki/Berkeley_RISC

Wiki. (2020). RISC-V.  链接 https://en.wikipedia.org/wiki/RISC-V

 

[国华P]

回复 'OnStrike' 的评论 : 从可查到的资料看，海思半导体有限公司得到的最早版本授权是“ARMv7”，而ARMv7。由于ARM尚未公开它授权的公司，目前根据其ARMv7产考手册推断，华为最早可在2010年获得授权，但很可能是在那之后。

[OnStrike]

华为是什么时候得到授权的？