隨著IOT/AIOT快速擴(kuò)張版圖，MCU（微控制芯片）逐漸成為市場最緊俏的芯片之一。長期以來，Arm憑借Cortex-M架構(gòu)和IP授權(quán)模式，在MCU市場占據(jù)主導(dǎo)地位。為了應(yīng)對AIOT市場對于多樣化、差異化MCU的需求，Arm推出了客制化指令功能，允許合作伙伴在針對特定嵌入式與IoT應(yīng)用加入自己的指令。然而，阿里巴巴旗下半導(dǎo)體公司平頭哥于近期推出的MCU平臺“無劍100 Open”，向人們展示了MCU設(shè)計的另一種方式——開源。一時間，關(guān)于開源模式與授權(quán)模式、客制化與通用化的探討又變得熱鬧起來。在AIOT時代，在標(biāo)準(zhǔn)、全面框架下保留一定客制空間的Arm，與all in 開源的平頭哥，誰是MCU的正解？

擁抱開源的平頭哥

對于開源，阿里巴巴已經(jīng)布局良久。2017年，阿里巴巴開源輕量級物聯(lián)網(wǎng)嵌入式操作系統(tǒng)AliOS Things，將系統(tǒng)能力開放給OEM和硬件廠商，繼而與高通、聯(lián)發(fā)科等23家廠商達(dá)成合作，推出內(nèi)嵌AliOS Things的芯片模組產(chǎn)品。2018年，阿里巴巴更進(jìn)一步，收購自主嵌入式CPU IP Core公司中天微，隨后發(fā)布了基于RISC-V的第三代C-SKY指令架構(gòu)，以及首個32位低功耗CK902處理器。

在中天微與阿里巴巴達(dá)摩院芯片團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上，阿里巴巴成立了平頭哥半導(dǎo)體，意在打造“AIoT時代的基礎(chǔ)設(shè)施提供者”和“普惠性芯片”戰(zhàn)略的重要載體。

目前，平頭哥在AIOT基礎(chǔ)設(shè)施的布局分為三個層次：玄鐵處理器、無劍芯片平臺、Alios與基礎(chǔ)軟件。處理器IP核玄鐵910，基于RISC-V架構(gòu)開發(fā)，支持16核，單核性能達(dá)到7.1 Coremark/MHz.眾所周知，RISC-V指令集發(fā)展方式以開源為主，預(yù)留了大量編碼空間，開發(fā)者可以在基本指令集上進(jìn)一步建構(gòu)符合市場所需的指令集。玄鐵910采用RISC-V架構(gòu)，也反映出阿里巴巴著眼開源、普惠的造芯路線。

而近日發(fā)布的“無劍100”MCU平臺擁抱開源，是對無劍芯片平臺的補(bǔ)充和引申。據(jù)平頭哥副總裁孟建熠介紹，無劍芯片平臺致力于將整個芯片的研發(fā)周期縮短50%，將開發(fā)成本降低50%，RISC-V是開源芯片的基礎(chǔ)，但僅有RISC-V是不夠的，因此平頭哥推出了開源的MCU平臺。無劍100 Open包含玄鐵處理器、基礎(chǔ)接口、開發(fā)環(huán)境、OS相關(guān)等，面向芯片的開發(fā)者、RISC-V基礎(chǔ)軟件生態(tài)和高校。目前無劍100 Open的基礎(chǔ)硬件和配套軟件代碼已經(jīng)上傳到GitHub社區(qū)。孟建熠表示，后續(xù)平頭哥會逐步將性能更高、面向AI的平臺開放出來，將更加優(yōu)質(zhì)的IP整合到開源平臺。

更加靈活的Arm

面對RISC-V的發(fā)展和AIOT時代對芯片架構(gòu)的多元化需求，Arm也沒有閑著。本月召開的Arm TechCon 2019大會中，Arm首席執(zhí)行官Simon Segars宣布推出Arm嵌入式CPU的客制化指令，讓SoC設(shè)計人員在沒有軟件碎片化風(fēng)險下，針對特定嵌入式與IoT應(yīng)用加入自己的指令。2020年上半年，Arm客制化指令將在Arm Cortex-M33 CPU上實(shí)施，并且不會對新的或既有授權(quán)廠商收取額外費(fèi)用。

顯然，對于RISC-V等競爭指令集，Arm的應(yīng)對策略是在標(biāo)準(zhǔn)化、全面化框架下，留出一部分允許用戶引入客制化指令的空間，增加架構(gòu)本身的靈活性。

在10月23日舉辦的Arm年度技術(shù)研討會上，Arm市場營銷副總裁Lan Smythe向《中國電子報》等媒體表示，Arm注意到其他競爭指令集的存在，Arm的優(yōu)勢在于提供最全面的產(chǎn)品，在標(biāo)準(zhǔn)化的前提下允許開發(fā)人員做一定程度的定制，相信這能滿足客戶的信息化需求。對于RISC-V能否使用Arm架構(gòu)，Arm ML事業(yè)群商業(yè)與營銷副總裁Dennis Laudick現(xiàn)場表示，Arm倡導(dǎo)開放的平臺，客戶可以把NPU放到RISC-V的平臺上。但從設(shè)計角度，Arm NPU配合Arm的CPU和軟件工具，才能更好地滿足用戶期望。

開源站穩(wěn)腳跟還需要做好兩件事

平頭哥開源MCU設(shè)計平臺，與Arm推出的客制化指令功能，最本質(zhì)的區(qū)別是什么？賽迪顧問集成電路中心高級分析師陳躍楠向《中國電子報》記者表示，Arm一開始只做IP授權(quán)，用戶在授權(quán)的IP架構(gòu)上做有限的修改或者不能修改。為了適應(yīng)AIOT等新興技術(shù)的多元化需求，Arm推出了客制化指令功能。相當(dāng)于授權(quán)方規(guī)定大部分的標(biāo)準(zhǔn)和框架，購買方在一定空間引入客制化內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)芯片功能和性能的差異化。而開源的MCU平臺，除了具備引擎、指令、接口、開發(fā)環(huán)境等，還允許用戶更自由地組合、搭建各種模塊，甚至引入一些平臺上沒有的內(nèi)容，相對Arm而言在連接順序、搭建方式上有著更高的自由度。

集邦咨詢（TrendForce）分析師姚嘉洋也向《中國電子報》記者表示，平頭哥的“無劍100 Open“提供了硬件開發(fā)套件與硬件描述語言Verilog，目標(biāo)用戶是芯片開發(fā)商、IP開發(fā)業(yè)者與學(xué)校單位，Arm的客制化指令集目前只能實(shí)現(xiàn)在Cortex-M33上。由于M33本身就具備TrustZone功能，Arm可基于這樣的開發(fā)環(huán)境保護(hù)客戶的客制化指令心血，同時通過M33實(shí)現(xiàn)客制化需求。而平頭哥所推出的無劍100平臺，類似于對玄鐵910處理器的開源，顯然是將目標(biāo)放在MCU市場。

開源意味著靈活、開放、互通、門檻低，但也存在碎片化、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、生態(tài)不完善等待解問題。雖然IOT本身也是一個偏向碎片化的市場，但若開發(fā)者通過開源平臺做出的MCU芯片接口、工具不統(tǒng)一，會對芯片的普及、外售和市場適配帶來困難。對此，姚嘉洋向記者指出，以平頭哥近期所推出的策略，加上阿里巴巴的生態(tài)系統(tǒng)與Ali OS等現(xiàn)況來看，平頭哥會以中國市場為先。若有平頭哥與阿里巴巴這類公司出來，以玄鐵910與無劍100平臺作為開源基礎(chǔ)，MCU碎片化的情況或許會有所改善。

根據(jù)Arm官方披露的數(shù)據(jù)，Arm的低功耗處理器設(shè)計已應(yīng)用于超過1500億顆芯片的智能運(yùn)算。相比之下，基于RISC-V的開源MCU還有很長的路要走。

陳躍楠認(rèn)為，RISC-V要真正提升市場份額，要解決兩個問題。一是制定通用的標(biāo)準(zhǔn)，為設(shè)計難度、功耗等參數(shù)提供參照，保證客戶加入的專利性、客制化內(nèi)容能提升芯片的功能，但不會降低芯片的性能;二是找到區(qū)別于Arm架構(gòu)的應(yīng)用場景。

“目前RISC-V還沒有找到區(qū)別于Arm架構(gòu)，能一枝獨(dú)秀的應(yīng)用和需求。一旦出現(xiàn)只有RISC-V能做、Arm架構(gòu)不能做的市場需求，RISC-V的市場份額才能快速提升?！标愜S楠說。

那么，在MCU市場，芯片設(shè)計該如何尋求客制化與標(biāo)準(zhǔn)化的平衡？姚嘉洋認(rèn)為，客制化與標(biāo)準(zhǔn)化在MCU市場都有生存空間，許多公司正在同時壓寶Arm與RISC-V指令集。

“客制化帶來的，是在某一應(yīng)用或是某一產(chǎn)品上更好的性價比表現(xiàn)，但開發(fā)時間能否少于標(biāo)準(zhǔn)化平臺會是一個挑戰(zhàn)。目前，RSIC-V陣營正致力于縮短開發(fā)時間，同時也可以更靈活地滿足系統(tǒng)開發(fā)需求。這對于Arm來說，的確是需要特別注意的地方?！币窝笳f。
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