cpu ip授权是什么意思啊-上车吧，国产CPU

“来吧奔腾电脑，让他们代替我思考。”

1999年朴树在《新男孩》中唱出这句台词时，x86架构芯片正在经历一场波澜壮阔的变革。 随着Wintel的结合，个人电脑飞入寻常百姓家； 2021年，当“房东的猫”乐队唱起这首歌时，计算机不再是人们看世界的主要窗口，x86架构也遇到了它的宿命对手：Arm。

CPU是最重要的数字芯片。 近十年来，基于Arm（Advanced RISC Machine）的CPU席卷了智能手机市场，并正在逐渐蚕食传统台式电脑市场。 他们也在服务器计算机市场发力。 如今，Arm指令集在芯片国产化运动中所展现出的潜力，也吸引了大量资本进入市场，使得这一轮半导体盛宴成为大趋势。

x86 和 Arm 共享世界

作为所有现代计算系统不可或缺的大脑，当今的单个CPU可以拥有多个处理核心、数百亿个晶体管，而最佳的工作负载类型是串行计算。 其极强的通用性还可以指挥计算机的整体计算、控制和分配计算机的所有硬件资源、解释计算机指令和处理计算机软件中的数据[1]。 因此它可以处理从系统启动、生产力应用程序到密码学、人工智能等高级工作负载的一切。 [2]

根据指令集（也称为体系结构或 ISA），CPU 被分为不同的流派。 所谓指令集是指软件和硬件的一组标准规范。 CPU芯片和软件应用程序将围绕这套规范进行设计。 可以理解为指导和优化CPU运算的硬程序。 指令集一般分为两大架构，即复杂指令集CISC（复杂指令集计算机）和精简指令集RISC（精简指令集计算机）。

指令集的开头是Intel（英特尔）。 自 1971 年英特尔推出第一个完全集成到单芯片的商用微处理器 4004 以来，CPU 和指令集已经发展了近 50 年。

▲CPU的50年历史经历了四个阶段，制表丨国科硬科技

来源丨CSTC[3]

过去50年也涌现出很多指令集，但有些玩家要么由盛转衰，逐渐淡出市场，要么刚刚起步，还无法承担重要责任。 台式机、移动设备和服务器对CPU性能有很高的要求。 目前，以Intel、AMD（先进半导体）为代表的x86指令集占据了大部分市场份额，Arm指令集占据了一小部分份额。

注丨x86的由来——因为早期的Intel处理器以86结尾，包括Intel 8086、80186、80286、80386和80486，所以被称为x86。

▲市场主流指令集情况、列表丨国科硬科技

国产CPU依赖进口，服务器对CPU性能和数量的需求最大。 其中，英特尔和AMD占据2021年中国服务器CPU出货量的94%以上。

▲2021年中国服务器CPU市场出货量，图片来源丨华安证券[4]

手臂受到青睐

Arm诞生之初仅用于手机，随后凭借低功耗占领嵌入式和汽车领域。 如今，无处不在的 Arm 芯片累计出货量超过 2250 亿颗 [5]。

近年来，原本活跃于移动设备（手机/平板/可穿戴设备）和嵌入式领域的Arm，已大量进军桌面、移动、服务器CPU。 这股风潮背后的推动者是苹果和亚马逊。

▲Arm架构生态系统越来越大，图片来源丨太平洋证券[6]

苹果有能力引领行业潮流，指令集的几次改变颠覆了桌面和移动PC市场。

1994 年，Apple 将 Mac 从 Motorola 68000 转移到 PowerPC。 PowerPC 是由 Apple、IBM 和 Motorola 创建的指令集。 一段时间以来，PowerPC取得了巨大的成功，例如索尼的PlayStation3、任天堂的Wii和Wii U、微软的Xbox 360都配备了PowerPC处理器； [7]

2005年，苹果转而使用英特尔的x86处理器。 当时，乔布斯希望与其他计算机OEM厂商争夺更多市场，因此他使用了与对手相同的指令集，并允许用户安装对手的操作系统来“挖墙”。 当然，如果x86不被识别，乔布斯也不会选择它；[8]

2020年，风向再次转变。 苹果放弃了x86，转而采用自研的Arm SoC（芯片包括CPU、GPU、ISP、NPU等）。 一时间，业界和媒体都认为苹果可能会引领新十年的潮流。 [9]

自从苹果放弃x86推出M1之后，让Arm脱颖而出，整个市场火药味十足，让x86“人见人厌”。 Geekbench 5 测试成绩显示，2020 款 13 英寸 MacBook Pro（M1@3.2 GHz）比 2019 款 15 英寸 MacBook Pro（i7-9750H@2.6 GHz）单核速度快 70%，多核速度快 50% ），而M1只有8个线程，i7-9750H是12个线程[10]。 无独有偶，PassMark基准测试显示，M1芯片的单核性能甚至超过了部分11代酷睿i9（i9-11900K、i9-11900F等）和12代酷睿（i7-12700T、i5） -12500T等）。 [11]

还有一些不同的测试结果。 Cinebench R23测试表明，Intel CPU的单核性能优于M1，但多核性能仍低于M1[12]。 Intel在M1产品推出后也赶紧分享了一组数据，证明自家产品有更大的优势（i7-1185G7），但当时并没有引起波澜。 [13]

之后苹果推出了M1 Pro、M1 Max、M1 Ultra，Arm芯片的势头越来越猛。

2022 年 WWDC 期间，苹果推出了 M2 芯片，该芯片采用台积电第二代 5nm 工艺，集成超过 200 亿个晶体管卡通形象，CPU 速度较 M1 提升 18%。 苹果能够顺利设计和生产此类芯片的关键是Arm。 [14]

尽管业界批评苹果炒作的声音越来越多，尽管苹果的数据确实有夸大之嫌，但不得不说，苹果芯片的实际效果还是比较不错的，并且证实了Arm是在台式电脑和移动电脑中。 能力。

作为不折不扣的Arm派系，亚马逊（Amazon）正在服务器领域力推Arm芯片。 2018年以来，首次推出基于Arm的AWS（亚马逊网络服务）Graviton云处理器，向云计算市场展示了Arm IP的优势。

此外，谷歌、微软等各大厂商也开发了自己的Arm云处理器。

一家专注于基于Arm的服务器CPU的公司Ampere（安胜培）曾经告诉我，x86已经推出很长时间了，已经在市场上使用了几十年。 它的设计初衷和应用场景都是非云服务。 最大的缺点。 过去十几二十年，因为市场上没有更好的选择，x86也会用在云业务上，未来Arm在数据中心的地位会越来越高。

Arm“越来越高”的地位体现在各个CPU领域，这也是国内势力大举进军Arm市场背后的逻辑。

随之而来的是各路资本的进入，国内Arm架构CPU企业迎来了遍地赚钱的时代。

国产Arm架构CPU融资浪潮

多年来，中国市场的CPU一直依赖进口，不仅存在木马、漏洞、后门等安全风险，还可能被监控。 经过“震网”、“棱镜门”以及各种制裁，国产CPU只有一条路：自主可控开发。 [15]

但作为“人造物的巅峰”，CPU的制造难度却很大。 一款成功的CPU不仅需要高额投入，而且涉及整个链条：一方面高性能CPU技术前沿、复杂，是典型的人才、资金、技术密集型产业； 另一方面，造芯片并不意味着最终一定要建立完整的产业生态。 没有软件和硬件的支持，芯片就毫无用处。

如果你想构建一个CPU，你首先必须有一个指令集。 国内厂商有以下三种方式：

获得IP（知识产权）核心授权：相当于购买半成品，购买已经设计好的电路或物理布局，然后根据半成品设计后端。 进入门槛低，性能有保证，但硬核IP需要使用指定的代码工厂和流程，而软核IP除了配置选项外不允许任何设计更改，更重要的是，这两者都不是IP具有自主可控性； [16]

获得指令集授权或使用开源指令集：只购买指令集授权，然后在此基础上独立设计相应规格的CPU。 这种模式下，只有一张授权论文，CPU的设计完全由自己决定，具有一定的自主可控性，但指令集本身也存在被制裁的风险； 或者采用RISC-V等开源指令集，独立设计CPU，可控性高，但如果需要使用一些专利模块，也会涉及到授权；

自研指令集：创建世界上不存在的指令集，不依赖任何其他指令集。 技术门槛极高，但自主可控程度高。 国内也存在一些半自主研发的情况，在授权指令集的基础上自主开发新的指令集。

通过这三个路径，目前国内CPU市场形成了x86、Arm和自研指令集三大阵营：

x86方面，天津海光和上海兆芯的IP授权分别来自AMD（日月光半导体）和VIA（威盛半导体），性能高、兼容性好、生态完整，但存在自主可控疑虑；

Arm方面，鲲鹏、飞腾等都是指令集授权的，具有一定的自主可控性，兼容性和生态依赖Arm指令集本身；

自研方面，龙芯曾经是基于MIPS授权进行自研，后来放弃了MIPS，完全自主研发。 神威是基于Alpha授权自研的，具有非常高的自主可控性，但性能与国外有差距，兼容性和生态有待进一步发展。

▲国内主要CPU厂商情况、列表丨国科硬科技

作为CPU的基础设施，必然少不了新玩家，也不乏资本加持。

做CPU要烧钱，CPU相关企业的融资额持续上升。 有的公司在Pre-A轮就能获得数亿元融资，估值一度超过40亿元。

在这股热潮中，虽然部分厂商会选择开源的RISC-V来设计自主且高度可控的CPU，但大多数厂商仍然会选择更成熟的Arm来制造高性能CPU。

▲国内企业主要融资阶段情况、列表丨国科硬科技

融资浪潮背后的冷酷思考

那么中国大举进军Arm高性能CPU时会面临哪些挑战呢？

x86 仍将统治市场

尽管Arm势头强劲，但x86仍然不会交出权杖。 在实际应用中，两者互有胜负吉祥物，源于x86和Arm在设计CPU时的机制和产品特性的不同：

业界普遍接受的结论是x86基于复杂指令集（CISC），指令在多个时钟周期内处理。 Arm基于精简指令集（RISC），每个时钟周期执行一条指令，因此Arm在功耗方面更胜一筹。 ，但在性能方面，Arm弱于x86；

更多的x86工作由硬件实现，Arm将部分工作交给编译器，从而降低硬件复杂度；[17]

作为RISC的Arm指令集，可以用每周期指令数（IPC）来衡量CPU的运行速度，但是作为CISC的x86指令集不适合用IPC来反映运行速度，因为一条指令x86架构的CPU需要执行大量工作，在Arm中，一条指令通常只对应一个功能或操作；[18]

x86指令集已经发展了很长时间，PC领域的生态显然比Arm更加成熟。 此前它与Windows深度绑定，被戏称为Wintel（Windows+Intel）。 目前，Arm支持的操作系统、语言、云原生、数据库、CI（持续集成）/CD（持续部署）不断增加，但生态仍不如x86；

Arm指令集自诞生以来一直以许可模式运行。 Arm本身并不依赖自己设计、制造或销售CPU芯片。 由于开放授权，开发更加积极，但x86指令集几乎是封闭的。 极小范围的公司授权从今年2月份开始放宽对x86指令集的软核和硬核授权，允许客户在定制设计中混合使用x86、Arm和RISC-V等不同的CPU IP核英特尔制造的芯片。 [19]

一些专家也警告业界，争论指令集是没有意义的。 这是因为与 CPU 性能提升相关的技术技巧完全独立于指令集，包括流水线、乱序执行、分支预测器、多级缓存以及可以在 x86、Arm、 RISC-V等在任何指令集中实现。 Arm和x86只是一种与CPU通信的语言，最终的性能完全取决于芯片设计。 [20]

简单来说，指令集就是一把锤子，芯片能锤成什么就看用户自己了。 即使手里有成熟的Arm指令集，国内厂商能走多远还取决于CPU的设计能力。

另外，虽然Arm在高性能CPU方面取得了长足的进步，巨头林立，但不得不说x86在性能和生态上依然占据绝对优势，短期内很难吃掉x86的市场份额学期。

Arm潜力巨大，但仍需要时间发展。

2020年，x86将占据CPU市场总量的近98%。 根据Tom's Hardware数据，2020年Q2 Arm CPU占整体市场份额不到2%，而2022年Q1 Arm CPU将占整体市场份额11.3%。 【二十一】

据Khaveen Investments预测，2025年Arm CPU市场TAM（Touchable Market）规模将达到169.2亿美元，占整体市场份额将增至19.5%。 [22]

▲ 2022年Arm CPU市场份额从Q2到2022年Q1的变化，图片来源丨Tom’s Hardware[21]

Arm 授权费用很高

制造CPU要烧很多钱，尤其是像Arm这样专门靠授权为生的公司，授权费用极高。 Arm的收费项目包括前期授权费（License）、版税（Royalty）和技术咨询服务费。 [23]

初始授权费是Arm收取的固定费用。 授权方式分为架构授权、传统IP授权和Arm灵活接入三种。

如今cpu ip授权是什么意思啊，中低端Arm芯片授权费用相对较低，但需要高性能的桌面、移动和服务器CPU属于尖端领域，授权费用很高。 初始许可费估计为100万美元至1000万美元，使用的IP越多，价格就越贵。 [24]

我们可以通过一个数字感受到Arm的授权费：虽然英伟达（Nvidia）未能收购Armcpu ip授权是什么意思啊，但在之前的交易中向Arm支付了7.5亿美元购买Arm IP。 [25]

版税是芯片发货后 Arm 的佣金。 版税是大多数半导体IP设计公司的主要盈利点，Arm的版税一般约为芯片最终价格的1%至3%。

值得注意的是，除了授权费之外，还有很多在CPU上烧钱的项目。 一不小心，融资的钱就会被烧掉。 如今人才紧缺，人员开支只会增加不会减少。 没有经验丰富的设计师，就造不出好的CPU； 没有EDA软件，就不会有基础的CPU工具，EDA也需要授权； 高性能CPU一般都是先进的制造工艺，制造工艺可以快速提升CPU性能，但是制造工艺越先进，流片费用就会越贵，一旦流片失败，损失就会很大承担； 产品试产阶段测试项目较多，稳定性差的CPU产品必然会失败。 被淘汰。

据我们粗略计算，一款CPU产品从人工成本、授权到成功流片、试产总共花费超过1.3亿元。 如果保留流片失败的成本，总支出将会更高。

▲芯片初创公司所需费用，列表丨国科硬科技

注丨本表仅为粗略计算，不作为投资参考，市场波动较大，请以实际情况为准

必须谈论的风险

虽然国内厂商的初衷是生产自主可控的CPU，但从外部来看，随着大国实力的对抗，Arm指令集本身也存在一定的风险； 动荡时期，一方面是来自软银的上市压力，另一方面是中国子公司的问题尚未解决。

此外，由于Arm对于半导体行业太过重要，Arm的IPO引发了业界对该公司未来所有权和中立性的担忧，不少国际巨头都在争先恐后地计划收购。 自从英伟达收购失败后，一家公司吞并Arm的方式似乎并不可行。 此后，英特尔、SK海力士、高通等公司跃跃欲试，欲组建集团收购。 但如果收购方都是美国企业，则意味着Arm的控制权将变相落入美国手中。

虽然国内企业也可以购买当前版本Arm的永久许可证，但Arm本身也在不断发展。 如果受到制裁，将无法获得后续新版本。 也就是说，使用 Arm 总是存在风险。

因此，业界对这波Arm CPU风投持怀疑态度。 打造Arm CPU的初衷是为了跳出x86困境，但结果会不会变成从一个坑跳到另一个坑呢？ 另外，现阶段投资者扎堆投资Arm CPU项目，一有热度就会跳进去，不管同质化严重的现状，也不管估值是否过高，后续如何退出项目？ 二级市场能承受吗？

现在我已经控制不了那么多了，我们先上车吧。

参考