芯片ip设计是什么意思-什么是芯片架构？芯片架构的重要性

目前我国主要停留在芯片领域的制造和设计软件上，但2020年9月14日，美国芯片巨头英伟达宣布将以400亿美元从日本软银手中收购全球最大的半导体IP提供商。 此次收购一旦完成，无疑会给我国芯片设计行业带来更大的挑战。 可以说，如果ARM投入了Nvidia的怀抱，我们还需要尽快解决一个问题。 这个问题在于，除了光刻机和EDA软件之外，对芯片开发至关重要的另一项基础技术——指令集架构。

也许指令集架构对您来说听起来很陌生。 为了方便大家理解，我们有必要先说一下NVIDIA和ARM这两家公司。 说起Nvidia，很多人应该都有些了解，尤其是喜欢玩游戏的朋友。 大多数计算机都配备了 Nvidia GPU（显卡）。 是目前全球最大的图形处理芯片设计公司。 市场份额为73%，远高于竞争对手AMD的27%。 随着英伟达在人工智能和数据中心方面的不断发力，其市值在20年内正式超越美国芯片龙头英特尔，达到超过3000亿美元。 在迎来光明时刻的同时，英伟达也一直想弥补自己在移动领域的短板。 事实上，不仅是英伟达，传统上生产PC芯片的英特尔、AMD在手机和平​​板电脑领域都没有做到。 这背后的主要原因是与指令集架构有关的原因。

谁开始制造移动芯片？ 它是英国ARM公司。 目前，全球90%以上的移动终端设备均采用基于ARM架构的芯片。 ARM的崛起主要有两个原因。 ，ARM设计的芯片指令集架构比Intel设计的更适合移动设备。 其主要特点是功耗低、成本低。 从苹果的iPod到第一代iPhone，全部采用ARM芯片架构。 后来奠定了ARM在移动终端的地位。 2、在经营策略上，ARM采用IP授权模式，即向其他公司出售芯片设计方案，通过技术授权费和专利费进行运营。 由于费用不高，芯片设计公司的早期研发成本和风险大大降低，进而促进许多公司愿意采用ARM技术，因此ARM生态系统越来越大。 高通、苹果、华为、三星以及想要收购ARM的Nvidia都在部分芯片上采用了ARM架构。

事实上，ARM的成功与当今很多互联网公司的成功非常相似。 它首先以低价占领市场。 1000万美元之间，客户每卖出一块基于ARM技术的芯片，就需要支付1%到2%的专利费。 白菜价低，我国的芯片设计公司未来也可以借鉴ARM的模式，快速拓展市场。

ARM的低成本模式也有一个问题，那就是营收无法增长。 2017年至2019年三年，ARM营收分别为18.3亿美元、18.36亿美元、18.98亿美元。 2016年孙正义的软银收购ARM后，ARM的营收基本没有上涨。 要知道软银花了320亿美元收购了它。 对ARM寄予厚望的孙正义也表示，这是他一生中最重要的事情。 可惜他高估了ARM的盈利能力，四年后决定将其出售。 当然，如果不是这几年软银的间接投资，估计他还要持有ARM一段时间。 毕竟，400亿美元卖给英伟达卡通人物，除去各种费用，相当于软银没赚到钱。

根据软银与英伟达的协议，软银支付给软银的400亿美元中，215亿是英伟达的股票，1​​20亿是现金，还有价值15亿的股票送给ARM员工，并在ARM完成2019年业绩目标后，未来，它将再给予软银50亿现金和股票。 事实上，软银是英伟达的主要股东之一。 这个操作可以说是为了他们而做的。 通过收购ARM，Nvidia可以将技术整合到ARM生态系统中。 ，相当于一下子对移动芯片市场产生了巨大影响。 同时，在数据中心、人工智能、物联网等领域，两者非常互补。

在这次交易中，软银不仅收回了部分资金，还重仓了英伟达。 有了ARM的加持，英伟达的实力将会大幅提升，未来在资本市场上的盈利空间将会很大。 更大的话语权，这就是软银本可以选择ARM上市，但他没有，而是决定卖给英伟达。 这笔交易对于ARM来说基本上没有什么好处，反而会让ARM在未来的发展中处于劣势。 ，很多芯片公司都采用ARM架构，这些芯片公司都是有竞争力的，Nvidia也不例外。 因此，英伟达收购ARM会让其他芯片公司担心ARM会失去独立性和独立性。 中立性。

从长远来看，ARM被收购后，除了外部业务的价格上涨之外，不可避免的是技术将逐渐融入Nvidia，这将导致ARM的商业模式不复存在，变成以研发部门为主服务于英伟达。 CEO黄仁勋承诺保持ARM的独立性，但有多少人能相信呢？ 大家开始制定B计划，一旦ARM从英国公司变成美国公司，英国在技术方面的话语权就会减少。 它是美国的附庸，所以消息一出，知道收购会对ARM产生重大影响的创始人Herman Hauser就写信给英国首相鲍里斯，希望英国政府能够阻止收购。

幸运的是，这种规模的收购要遵守国际反垄断法，而且每个国家都有自己的反垄断法。 因此，大型跨国公司若想收购，必须获得其产品所在国政府的批准。 如果其中一国反对，要么退出该国市场，要么只能放弃收购。 因此，英伟达和软银虽然宣布了收购，但仍需要获得英国、欧盟、中国等国家的同意。 要知道，目前中国设计的高端芯片95%都采用ARM技术。 因此，英伟达能否成功收购ARM仍然是一个很大的变数。 然而，对于我们民族芯片的长远发展来说，最重要的是实现芯片指令集架构的自主研发，完善包括GPU、CPU、操作系统、软件和硬件在内的整个生态，这样我们的芯片产业才能实现闭环，真正做到自给自足。

美国芯片巨头英伟达试图收购英国ARM，背后的深层含义涉及到芯片行业的核心技术指令集和微架构。 集合和微架构到底是用来做什么的，我国目前在这个领域面临的困难，以及未来如何突破。 首先，我们来谈谈指令集。 我们的手机和电脑等设备中最核心的部件就是CPU，它负责各种计算，让我们在使用的时候能够实现各种功能，而用户感受到的功能都是基于软件层面的，无论你是在手机上阅读微信或者在电脑上打开网页，实现这些功能的基础就是一个完整的操作系统。

完整的操作系统目前在全球被美国垄断。 电脑端有微软的Windows和苹果的Mac，手机端有谷歌的Android和苹果的IOS。 操作系统是由程序员用C、C++等高级语言编写的。 它的目的很简单，就是向CPU发出指令，让CPU按照我们的要求进行计算。 机器无法理解编程语言。 要知道CPU的物理本质只是一个电路元件，所以当操作系统发送指令时，需要通过编译器将其转换为二进制代码，即0和1的个数。对于指令为了最大限度地发挥CPU的性能，芯片公司在研发之初就为处理器建立了一套完整的指令集。

目前最流行的指令集有两种，CISC复杂指令集和RISC精简指令集。 这两种指令集的区别从名字上就可以看出，复杂指令集支持的指令更多，而且每次的运算要求都不同。 它有自己的一套完整的指令。 例如，当你去超市买牙膏时，你需要走出去，走进超市购买这些步骤。 所以，要实现购买牙膏的整个流程，也就是我们所说的指令，从一开始就设计在芯片里。 其中，如果你想买水果，还有一套购买水果的说明。 因此，采用复杂指令设计的CPU功能更强大，计算效率更高。

早期，复杂指令集中的各种指令中约有20%会被重复使用，使用频率占整个程序代码的80%，而剩下的80%指令则不经常使用，仅占程序设计的20%。 %，就像我们刚才说的买牙膏和买水果，80%的步骤是一样的，只是牙膏和水果不同，而简化指令集就是把复杂的指令集简化。 每个需求都有一组单独的指令。 简单来说，无论你去超市买什么，走进超市购买的步骤都是一样的，所以每次你买不同的东旭，你用这几个步骤（说明），你就不用仅仅因为买了不同的东西就需要设计不同的指令集ip形象，所以简化指令集对于芯片开发的门槛较低，而且比复杂指令集更适合计算困难的计算机CPU，简化指令集更适合适用于计算要求较低、功耗较低的手机CPU。

在这两种指令集的基础上，分别产生了不同的架构。 最有代表性的就是Intel的x86架构，还有一个就是ARM架构。 x86架构基于复杂指令集，ARM架构基于精简指令集。 那么架构是什么意思呢？ 简单来说，架构基本上就等于指令集，这也是我们经常使用指令集架构这个词的原因，所以当有人谈到芯片架构时，主要指的是指令集架构、指令集和指令集。建筑学。 唯一不同的是，对于CPU来说，架构是指在指令集的基础上芯片ip设计是什么意思，对CPU所包含的控制单元、逻辑单元、存储单元等部件进行的一系列完整的设计安排。

在CPU中，还有另一种架构，我们称之为微架构。 在购买电脑时，我们经常会看到四核、六核等信息。 这里的核心是指CPU的核心，而微架构是指这些核心的设计包括核心能够达到的最高频率、核心在一定频率下能够执行的计算量、能耗等。如果说指令集架构是上层芯片操作逻辑规范，那么微架构就是底层电路设计的实现，是在指令集架构的框架内进行的。指令系统架构。 在行业中，微架构是芯片研发企业的核心，也是技术含量最高的领域之一。 是自主微架构研发的实现。 企业能否真正拥有CPU的自主开发能力，这也是目前我国很多芯片设计公司面临的问题。

计算机端的芯片，从指令集到微架构，主要被Intel和AMD垄断。 同样，由于Intel很少对外授权X86架构，中国企业在自研计算机CPU方面还比较空白。 他们在做，但没有很强的市场影响力。 手机端的芯片被ARM垄断，我国大部分芯片设计公司基本都购买ARM的设计方案。

苹果、高通等公司虽然也采用ARM作为指令集架构，但他们的微架构完全是自己开发的，CPU能力比公版ARM强很多。 我国，包括华为，目前虽然拥有ARM指令集架构的永久授权，但微架构的研发能力还很弱。 把元器件和组件结合起来，让其效率更高，就是别人做出来的核心，我们组装起来，我们组装起来，接下来的重要任务就是我们现有的芯片企业要实现自己的核心微芯片的研发架构实际上是设计我们自己的芯片。

那么，我国应该如何走出自己芯片架构的困境呢？ 首先，在指令集层面，RISC是目前业界最有前途的新架构，有弯道超车的机会。 这是一个开源指令集架构，是免费的。 它诞生于2010年，甚至比ARM还要精简。 ，并建立了不同的模块来应对不同的场景，因此，开发起来更加容易，而且最终生产出来的芯片会比现在的ARM具有更低的成本和功耗，再加上开源定制的特点，就使得它具有未来物联网领域前景巨大，而且芯片公司可以修改指令集，扩展并销售修改后的设计方案芯片ip设计是什么意思，有机会催生下一个ARM，国内很多芯片公司都已经成立了RISC-V产业联盟，大家将共同努力，推动RISC-V更快的发展。

然后是操作系统层面，必须对指令集形成生态支持，就像X86的成功是因为Windows，ARM是因为Android和IOS，RISC-V也需要与其绑定，而在同时操作系统可以覆盖大量的用户和软件开发者，但这也是一个很大的困难，因为操作系统和指令集是相互赋能的，而RISC-V还没有完全发展起来，所以会有没有哪个企业愿意构建一个基于RISC-V的操作系统。 如果没有操作系统的支持，RISC-V的发展将会非常缓慢。 目前，一些解决方案是从需要强大操作系统的物联网领域入手。 一开始，逐步进入移动端和电脑端。 当然，还有终极绝招，就是自己开发指令集、微架构和操作系统。 中国的龙芯中科已经做到了这一点，那些指令集Longacre也已经开发出来了。 相信未来会有更多有实力、有决心的企业加入到自主芯片研发的大军中。