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為何購買ARM公版架構的華為“泰山”服務器變成了“自主研發”?

為何購買ARM公版架構的華為“泰山”服務器變成了“自主研發”?

為何購買ARM公版架構的華為“泰山”服務器變成了“自主研發”?

2016-07-12 上海皇華信息科技有限公司

為何一款購買ARM公版架構的產品能夠成為“自主研發”,能夠成為“除存儲單元外均有完整知識產權”,甚至成為核高基1號專項項目?
在“十二五”科技創新成就展上,華為展出了其第一臺ARM平臺服務器“泰山”,并在展板上寫明該服務器“配備自主研發的Hi1612 ARM架構64位處理器,除存儲單元外均有完整知識產權……”
一時間國內媒體爭相以“華為自主架構芯片泰山發布”或“華為推出自主架構服務器CPU”等為標題報道。然而峰回路轉,在6月7日,華為公司出面辟謠,表示“泰山”并非采用自主研發的微結構,而是ARM Cortex A57,并指出“泰山”為核高基1號專項項目,是用來做互聯網冷卻儲存的生態系統驗證,而非推廣的CPU和量產型號。

媒體之所以報道有誤,一方面在于部分媒體未經充分的信息核實;另一方面,華為將一款購買ARM公版架構的產品表述為“配備自主研發的Hi1612 ARM架構64位處理器,除存儲單元外均有完整知識產權”,也不準確,使媒體將這款32核A57芯片與華為自主設計的芯片相混淆。
那么,為何一款購買ARM公版架構的產品能夠成為“自主研發”,能夠成為“除存儲單元外均有完整知識產權”,甚至成為核高基1號專項項目?這就要從國內就自主研發的標準和話語權之爭說起了。
自主可控標準之爭
近年來,國家對集成電路產業發展高度重視,在龍芯、申威、飛騰等老牌設計單位取得累累碩果的同時,又成立了擁有1200億元人民幣的集成電路大基金扶持產業發展,先后與IBM、VIA、高通、AMD合資/合作成立兆芯、宏芯、華芯通等公司,并大力扶持展訊、海思、聯芯等ARM陣營IC設計公司茁壯成長。
不過,在國內IC設計公司茁壯成長的大環境下,也存在一些隱憂——一些IC設計公司嚴重依賴國外技術,近乎于成為境外公司的馬甲;一些公司不具備造血能力,基本依賴政府經費生存;國內IC設計公司分屬X86、ARM、MIPS、Alhpa、POWER陣營,各搞一套軟件生態和產業聯盟,導致資源浪費、重復建設。而且更加不可思議的是,各家公司(即便是那些馬甲公司)都認為自己符合“自主可控”、“安全可信”、“自主知識產權”的標準。
具體來說,某些公司將VIA、IBM的技術穿個馬甲,就認為是“自主知識產權”,并申請核高基項目,從政府拿經費。而本次華為的做法也有些類似,同樣是購買ARM的Cortex A57做集成,然后宣傳“自主研發”和“除存儲單元外均有完整知識產權”,本質上也是將買IP做集成認定為“自主研發”,其產品也被界定為“除存儲單元外均有完整知識產權”。
這些形形色色的“自主可控”、“自主知識產權”的認定標準,表面上看是話語權之爭,其實質都是利益之爭——正是因為將購買VIA的技術穿馬甲認定為“自主可控”,兆芯才能獲得核高基1號專項重點扶持,2015年又從政府獲得海量資金,還在國家重點系統和工程中推廣應用——根據科技部官網的文章《核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品科技重大專項交流材料》顯示:采用ZX-C的聯想II代整機應客戶要求于2015年底正式交付5800套產品,并將在軍隊和政府保密系統中進行上千套規模的試點應用。
而華為本次關于“泰山”展板的描述亦是如此,筆者猜測,華為此舉,一方面是可能是宣傳文稿忙中出錯,畢竟在發布的公告上,華為已經聲明是A57;另一方面也可能是為了獲取國家和政府的支持。
中國芯三條發展路線
由于自主技術越多,那么與現有的技術體系(Wintel、AA)兼容性就越差,市場化難度就越大;反之,購買/使用國外技術越多,和現有的技術體系兼容性就越好,市場化也就越容易。筆者根據自主可控程度高低和市場化運營的難易,將國內IC設計公司劃分為3條涇渭分明的技術路線:
獨立自主路線的龍芯、申威。
由于技術獨立自主,和國外主導的技術體系不兼容,必須另起爐灶——必須自主擴展指令集,比如龍芯的loongISA;自主設計微結構,比如龍芯的GS464E;自主開發編譯器,比如龍芯的LCC和申威的SWCC;自主開發操作系統,比如龍芯的loongnix和申威的睿思操作系統; 自主構建產業聯盟和軟件生態……這是一項非常龐大而復雜的工作,資金需求量大、研發周期長、技術門檻高,因此市場化難度非常大。
半自主模式的飛騰。
飛騰購買了ARM指令集授權,表面上看起來和自主路線的龍芯購買MIPS永久授權差不多,但從發展權和利潤上看,還是有不小的區別,而且這個區別還相當的關鍵——除了要向ARM繳納巨額專利費之外,在發展上受制于人。下圖為龍芯3A2000和飛騰1500A在自主可控方面的對比。

飛騰只能是ARM賣什么,你用什么,在生態上也只能跟隨ARM。即便飛騰設計了自己的微結構,也不能像龍芯那樣對外授權。
在安全上,若微結構自主設計,則能保障產品安全可控,比如飛騰自主研發的64核ARM V8指令集的服務器芯片“火星”。但如果像飛騰1500A那樣購買ARM Cortex A57,則和海思麒麟、展訊一樣依賴境外技術。因此,筆者將飛騰的模式稱為半自主。
依賴于境外技術的兆芯、宏芯、海思麒麟、展訊。
兆芯的ZX-A就是VIA NANO的馬甲;宏芯的CP1就是IBM Power8的馬甲;海思麒麟和展訊在技術上也是高度依賴ARM……單單就CPU而言,本質上是IBM、ARM、VIA公司在華代理人。因此,很難和“自主可控、安全可信”劃等號。
上述公司最大的優勢也是在技術上可以依賴境外公司,以海思麒麟、展訊為例,可以購買ARM的指令集授權;或購買ARM Cortex A53/A57/A72等微結構,依賴于國外開源GCC編譯器;依賴于安卓操作系統及其軟件生態……海思麒麟、展訊依附于“ARM+安卓”技術體系,就不必像龍芯、申威那樣事事皆需自主研發,可以大幅技術門檻低,市場化難度也低,能賺快錢。
誠然,華為自主微結構也正在研發中,不過在還沒有產品或者公布模擬器測試成績前,海思麒麟依然歸屬于依賴境外技術這一檔。
ARM技術路線很難符合自主可控標準
筆者認為,真正的自主可控和自主知識產權,必須能夠做到信息安全不受制于人,產業發展不受制于人。因此,采用國外技術穿馬甲的做法,無法真正做到信息安全不受制于人,顯然是不符合自主可控要求的。
而購買ARM的IP核做集成的的模式能否符合自主可控的標準呢?表面上看,CPU或SOC是自主研發的,但因為微結構(CPU核)是從ARM手里購買的,不被國內企業掌握,因此在安全和后門問題上,必然得不到根本保障——微結構決定了CPU的性能、功耗、安全性等要素,而日常我們所說的雙核、四核、八核CPU芯片,其實是將2、4、8個微結構(CPU核)的接口互聯并集成到一片硅片上。
正因此,由于都是購買ARM設計的微結構,所以基于ARM結構的國產芯片的性能、功耗、安全性都由ARM決定,中國ARM陣營IC設計公司在性能、功耗、安全性根本不具備話語權,能夠做主的,僅僅是把這些ARM微結構組合成雙核、四核、還是八核的CPU芯片,以及在后端設計方面,在ARM留有的冗余范圍內,將主頻定得高一點還是低一點。
另外,即便是授權等級更高的指令集授權,ARM也是給出了很多限制,國內IC設計公司是很難憑借有限的授權走出自己的路,并最終單飛——華為、飛騰能購買ARM指令集授權,但買到的僅僅是ARM64位指令授權,并沒有買到ARM32位指令集授權。由于ARM 32位指令系統的CPU芯片在移動互聯網世界占據了90%以上的市場份額,以及ARM32位和64位指令集不兼容(MIPS32/64是能兼容的),ARM向飛騰、華為推銷64位指令授權,本質上是找代理人跑馬圈地,推廣ARM 64位指令集,擴大市場份額,防止重蹈Intel當年IA-64指令的覆轍。
而且華為和飛騰購買的指令集的使用范圍也是有限制的,只能用于服務器領域,因為ARM推銷ARM64指令的時候,原本的意圖就是讓華為、飛騰在中國大陸幫助ARM開拓服務器市場,自帶干糧、自擔風險為ARM打江山、搶地盤。更要命的是,ARM的指令集授權非常昂貴,每5年的授權根據不同的授權等級,費用高昂——恰恰是如此高昂的授權費致使U.C. Berkeley等幾個大學推出RISC-V指令集,Google、惠普、Oracle、西部數據等公司成立RISC-V基金會的原因(RISC-V指令集是一個沒有專利問題和沒有歷史包袱的全新指令集,并且以BSD許可證發布。任何公司都可以在自己的產品中免費使用,而修改也無需再開源)。
另外,ARM嚴格禁止修改、擴展指令集,即便飛騰冒著侵犯知識產權去修改,也是無法得到AA體系中軟件商的支持,等于是指令集無效擴展。這使飛騰不具備ARM指令集擴展的權力,導致在利潤上受制于人——購買ARM指令集授權不僅價格昂貴,而且授權期限僅僅5年,還被限定使用范圍,最關鍵的是“買無止境”——指令集到期接著買,指令集更新還得買……
說了這么多,那么國產ARM芯片到底是否屬于自主知識產權呢?如果真如華為、展訊等公司宣傳的——國產ARM芯片擁有自主知識產權,但這就會帶來一個悖論:既然是自主知識產權,那又何必每年向ARM繳納巨額專利費呢?既然是自主知識產權,為何不能自由選擇發展方向,自主修改指令集,自主開發用于手機、PC、超算的微結構?既然是自主知識產權,為何不能像龍芯那樣對外授權IP呢……
結語
中國CPU發展現狀是各類馬甲CPU公司既能獲得國外技術支持,又能獲得政府巨額經費,而國外公司根本不會傳授真本事,結果造成了其在技術上沒能形成自己的能力,在商業上發展不順,只能依靠政府輸血過活。
ARM陣營IC設計公司則在ARM的庇護下,在商業上實現了盈利,但卻因ARM而興旺,一旦ARM給點顏色,比如收緊技術授權,很可能就會被重創——軟弱性和妥協性自誕生之日起一脈相承,無法實現信息安全和產業發展不受制于人的宏偉目標。
而龍芯、申威則獨立自主、自力更生,以將Wintel徹底趕出中國為目標,因此最為革命,也是實現信息安全和產業發展不受制于人的唯一人選,但國家的扶持卻最為有限。例如,逼迫龍芯只能去商業市場謀生存,并最終實現自收自支,自負盈虧。
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