Arm火了，会是国产CPU的新希望吗？
本文来自微信公众号：甲子光年 （ID：jazzyear），作者：范文婧，编辑：赵健，原文标题：《Arm CPU风起，补齐国产大芯片最后一块拼图 | 甲子光年》，题图来自：视觉中国
最近一年，国产CPU火了。
今年6月24日，龙芯中科在科创板挂牌上市，公司主营自研LoongAche架构的CPU，首日涨幅接近50%，市值曾一度超过400亿元。
仅仅49天后的8月12日，同为国字头的中科海光在科创板上市，公司核心研发x86的服务器CPU，首日涨幅67%，当日市值曾一度翻番至1600亿元左右。
除了这一批成立较早的国产CPU公司在科创板“修成正果”之外，也有一批CPU新贵正如雨后春笋般冒出。
在2020年至2021年，有多家CPU创业公司成立，并获得多轮高额融资。
2020年9月，罗勇从兆芯离职，与曾一起在Intel工作的姬信伟创立遇贤微，专注于Arm架构的服务器CPU。
2021年1月，曾在AMD工作的孙文剑、沈朝晖，以及曾在Apple工作的刘芳，共同创立此芯科技，基于Arm架构研发PC领域的CPU。
2021年8月，鸿钧微成立，CEO沈荣曾就职于英特尔，而CTO陈伟祥则曾在华为鲲鹏和阿里平头哥负责内核和架构，公司亦专注于Arm架构的服务器CPU。
部分获得融资的ARM CPU公司
这些CPU新贵与“前辈”的一个区别在于，都是以Arm为核心架构，这是发生在CPU领域的一个产业新机会。
全球范围内，以Arm为核心架构的CPU已经开始显现出增长趋势。根据Omedia的研究，今年二季度，Arm服务器占比已创纪录地达到了7.1%，同比增长48%。
在技术和生态的双重困境下，Arm这个IP核公司是如何打破CPU几十年不变的格局的呢？国内新创业公司又是否有机会把握这次机遇，实现国产化的突破？
一枝独秀的x86，与国产CPU的萌芽
CPU是电子设备中的核心芯片之一，主要用来做复杂的控制与运算，可以理解为电子设备的“大脑”。
在手机领域，CPU多为Arm架构，但在PC和服务器领域，英特尔在1978年推出的x86架构一直占据垄断的地位。
80年代初，英特尔与IBM达成合作，随着后者在个人电脑上的成功，x86架构的芯片也成为了个人电脑的标配。
当时，为了避免英特尔垄断，IBM要求寻找CPU的第二供应商。英特尔选择了AMD，并以低价将x86架构授权给了AMD。但随着英特尔的身价大涨，它开始对自己曾经的“慷慨”行为感到后悔，并起诉AMD等企业，试图收回授权，独享x86。
不过，彼时AMD早已经在x86的基础上衍生出很多代产品，一些性能甚至超过了英特尔，让英特尔不得不使用AMD架构进行开发。于是这项诉讼最终以双方在2009年达成和解告终，两家公司在x86上获得对方的永久授权。
此后数年里，英特尔和AMD一度占据着全球CPU市场超过99%的份额。而第三名威盛（VIA）仅占有0.5%左右的市场份额，几乎无人问津，用的也是英特尔授权的x86架构。
虽然x86架构在CPU市场独孤求败，但新的指令集架构也层出不穷，很多国内的企业也在尝试x86之外的更多选择。
自2000年起，尤其是2010年之后，国家继续大力发展芯片行业，也将PC和服务器的CPU列入优先发展的方向。彼时，除了x86，还有MIPS、POWER、Alpha、SPARC等架构可以选择。
成立于2001年的苏州国芯知名度不高，但今年1月在科创板上市，公司有服务器CPU业务，使用了摩托罗拉授权的“M*Core指令集”、IBM授权的“PowerPC指令集”和开源的“RISC-V指令集”。
同样上市的龙芯中科成立于2008年，在2011年和2017年分别拿到了MIPS的IP授权。龙芯中科在招股书中表示，2019年~2021年的销售额中，MIPS架构的芯片占比达到70%。不过，2020年龙芯推出自研架构指令系统 LoongArch，并指出之后开发的CPU均使用LoongArch架构。
同样从用指令集转为自研的还有申威，2003年无锡江南计算技术研究所基于DEC公司的Alpha架构开始设计CPU，2012年，神威蓝光超级计算机搭载申威1600和睿思操作系统，宣布完成软硬件的国产化。
不过，自研之路艰辛漫长，更大的“坑”是生态。
一个芯片赛道的诞生，不可能只因为一款产品，围绕着这款产品还需要有产业链和生态。以PC的CPU为例，除了IP和芯片设计公司之外，还需要配套的操作系统和软件。
操作系统指Windows、Linux等，软件则指Office、微信等。而需要将芯片、操作系统适配，芯片公司还需要编写驱动程序；如果要软件符合操作系统，则还需要软件编写的工具。
这些都是生态，而整个生态搭建的过程漫长而复杂，很难依靠一两家公司来完成。龙芯在发布LoongAche后，也花了很多精力在寻找合作伙伴和生态的搭建上，目前看来这些生态伙伴以同为信创的服务器、操作系统为主。
选择x86之外的道路不容易，但想要拥抱x86却更加困难。x86作为英特尔的核心技术壁垒，若不是曾经授权给过AMD，再给英特尔一次机会也不会选择与AMD共享。
在中国，也有公司拿到了x86的授权。
2016年，财务状况不佳的AMD决定以2.93亿美元的价格，将当时最为领先的Zen One架构授权给海光公司。2018年4月，基于Zen One架构的海光一号量产。
在Zen One之后，AMD不再向海光授权后续架构。海光选择继续对Zen One的微架构进行优化，第四代芯片正在研发中。即使如此，据业内人士透露，海光在几家CPU公司中的市场份额占比也已经比较领先，从目前的市值中也可以证明。
AMD将Zen One授权给海光是通过建立合资公司的方式，早在三年前的2013年，台湾威盛就在上海合资了兆芯，并将x86授权给兆芯。
虽然在2020年兆芯以17.2亿元收购了威盛旗下子公司，获得了其x86芯片组、处理器及IP产权，但事实上威盛与英特尔的交叉授权已经在2018年结束。也就是说2018年之后兆芯也无法再获得最新的x86架构。
纵观CPU的IP公司，不是由于地位优势不愿意再提供授权（x86），就是因为本身产品的缺陷被时代抛弃（MIPS、Power等），或者似乎只能选择“一条路走到黑”自研架构。
但Arm生态的成熟，改变了这一市场格局，也给四十多年未变的CPU市场撕开了新的缺口。
Arm生态，一朝长大
最早采用Arm架构的国产CPU公司是飞腾。
2014年飞腾在天津成立，公司先使用SPARC架构，而后迅速转向Arm架构，在2015年3月发布了第一款面向PC和服务器的Arm核CPU芯片。目前，飞腾也继续在使用Arm核进行芯片研发。
除了飞腾，国内还有两家公司曾经基于Arm的架构研发过CPU——华为和阿里。
2019年1月，华为海思推出基于Arm的鲲鹏处理器；2021年11月，阿里平头哥推出基于Arm的CPU倚天710。两者均用于云业务。
大名鼎鼎的Arm究竟是谁呢？
Arm是一家专注于IP核研发的商业公司，公司只设计芯片中的某些通用或特定的模块，客户可以购买这些模块来搭建自己需要的芯片。全球范围内，三星、苹果、高通等公司，都是Arm的客户。
Arm的授权方式主要分为两种，IP核授权和指令集授权。前者授权的是Arm已经定义完成的IP，客户不能在此基础上进行修改；后者是授权更为核心和基础的代码、代码构建方式，并且客户可以在此基础上进行修改。
一般来说，获得IP核授权较为容易，而获得指令集授权则要难很多，也昂贵很多。在CPU领域，仅有苹果、高通、MTK、华为等获得过指令集授权。
Arm商业模式的ROI非常高，但目前估值并不算高，许多公司都觊觎着希望将其收入囊中。
2020年9月，英伟达宣布要收购Arm。但各国迟迟未批准这项收购案，最终于今年2月宣布失败。
Arm没入美国籍，也让国内CPU公司坚定了创业的信心。去年开始，这些公司纷纷宣布成立并获得融资。
最先成立的遇贤微在2021年7月和2022年7月分别获得一轮融资，其中包括创新工厂、常春藤资本等。成立仅仅一年的鸿钧微也已经获得两轮融资，投资方包括华登国际、高瓴，以及GPU企业壁仞。两家公司均以服务器芯片为核心。
成立于2021年1月的此芯科技似乎要走得更快一点，在18个月内完成了四轮融资，甚至其中有三轮是产业投资方领投，包括蔚来资本、顺为资本（小米）和联想创投。
各家的创始人团队也是“群星云集”，均为英特尔、AMD、Arm、兆芯、平头哥等的企业高管。业内人士透露，虽然几家公司注册时间有早有晚，但其实早在2020年各家就已经确认赛道、搭建团队了。
CPU创业的独特之处，正在于IP，因为“Arm的门槛低，但天花板高”。仅通过购买Arm的成熟IP核，企业就能够快速设计出入门级产品；但借助Arm最新的IP核或指令集，又能设计出像苹果M系列这样高性能的产品。
“天下苦英特尔x86久矣”，这些创业公司之所以成立，更重要的也是因为行业内已经有成功案例。
在服务器方面，除了国内的飞腾、鲲鹏、平头哥，最近还有一家创业公司极为引人注目——安培（Ampere）。安培由英特尔前总裁Renee James成立于2018年，拥有Arm的指令集授权，2018年9月即与联想达成合作，并发布了Ampere eMAG。
随后短短的三年里，安培的芯片被多家头部云厂商验证，先后与英伟达、甲骨文、微软、谷歌等公司合作。根据安培的官网，腾讯、字节、京东等公司特正在使用部分安培的产品。
与华为、阿里类似，国外的云厂商巨头也有自研芯片的计划。
2018年12月，亚马逊推出基于Arm架构的服务器CPU Graviton，目前Graviton已经研发到第三代。谷歌、微软等公司也宣布要自研CPU。
PC方面，苹果向业界证明使用Arm架构的可能性。2020年，苹果宣布抛弃x86架构，在MacBook上也使用Arm架构的CPU芯片。
2020年11月，苹果发布以Arm架构自研的芯片M1，以及搭载M1的MacBook Pro和MacBook Air。相比上一代MacBook的芯片及同行产品，M1拥有两倍的性能和25%的功耗。
具体而言，搭载M1的MacBook能够达到18小时的续航，针对专业的视频、图像处理进行功能优化，达到数倍于过往电脑的性能。
苹果的成功也得益于它完整独立的生态。近年来，微软也在“Windows+Intel”之外，寻求更多Windows on Arm的可能性。
早在2016年，微软就已经与高通合作，希望推进Windows10与Arm的融合。2021年中，微软推出Windows 11即兼容Arm生态，表明了向Arm转向的决心。
2022年2月，微软宣布加入Linaro开源项目，与Linaro、Arm和高通一起推进基于Arm的Windows；5月的Build大会上，微软发布Arm便携开发硬件、应用平台和云工作站等产品。
如前所述，一个新IP无法对抗整个现有的商业结构，需要重新搭建属于自己的软硬件生态。而随着Arm生态的日趋完善，已经有丰富且适配的操作系统和软件，基于Arm来做CPU成为国内创业公司的共同选择。
机会很大，挑战更大
8月8日，启灵芯被曝内部已经停止运营，公司成立于2021年11月，专注于服务器CPU。在此之前的5月，启灵芯刚刚完成A轮6亿元融资，6月公司依旧在招人。
热点赛道的热点公司在A轮停止运营，让人唏嘘。
业内人士点评这家公司相对创业较晚，且停止运营主要与资金及团队关系方面的问题相关。
广州开发区基金新星股权总经理关皓夫告诉甲子光年，“大芯片的创业需要很多人才和资金的投入，但这个赛道里本身中国的人才就不多，很难有那么多公司（持续运营）。也是因为考虑到技术、赛道和人才，我们最终决定投资遇贤微”。
这折射出一个近年来大芯片创业的普遍问题：人才有限，时间紧迫，到底是先做出产品，抢占市场先机，还是后发制人，打磨更好的产品？
这个问题上，服务器和PC的芯片也许有不同答案。
在服务器领域，市场上已经有安培等产品成功进入云厂商的供应商名单，市场对于其他基于Arm的芯片也会更容易接受。于是专注于服务器芯片的公司应当更关注研发速度，率先完成芯片设计、流片和应用的公司将抢占先机。
在PC领域，虽然苹果也已经验证了用Arm来做CPU的可能性，但苹果的成功更多是建立在其自身全生态本就使用了Arm架构的基础之上，适配成本更低。
但Windows、Linux转向Arm后，不仅芯片与操作系统、软件的适配需要时间，芯片厂商如何定义芯片，如何做多个模块之间性能与功耗的平衡也更加困难。
这些需要全生态链上的公司一起努力。在微软加入Linaro开源项目之后，今年7月，此芯科技也加入了该项目。
不过专注于PC领域也有独特的优势：C端的芯片可复制性较强。在做完PC端芯片的设计后，可以快速迁移到iPad、汽车、AR/VR等设备上。
此芯科技CEO孙文剑向甲子光年解释，“借助异构架构，C端的CPU可以与其他模块组成SoC。在异构架构下通过调整参数和模块，能够很快适配不同的端侧设备”。
端侧需要提前与操作系统适配，甚至与操作系统一起共建，如此芯科技的多轮融资方均为产业投资者，他们也已经与联想达成合作。
但其实，服务器端也需要提前与客户适配。
不同类型的云厂商所需要的服务器性能差异很大。比如阿里的服务器需要更关注电商场景下的安全性、高并发，腾讯的服务器需要更关注游戏场景，而字节的服务器需要更关注视频场景等。
这些都需要芯片设计公司在芯片定义和设计阶段就前置思考。换言之，也需要在这个阶段就与云厂商达成一定的合作意向。
除此之外，在未来一年内需要关注的时间节点是芯片的流片时间。关皓夫判断，“2023年一季度、最晚上半年，第一梯队的公司应该要拿出产品”。
而云九资本执行董事沈文杰认为，“创业公司是否能拿到Arm最新架构的授权”也体现出了综合实力，因为Arm的筛选非常严格。
据业内人士透露，目前鸿钧微最先拿到了新架构的授权。
另外，公司是否能拿到台积电流片和量产的产能、未来信创名单是否认可Arm架构的CPU，也是影响这波创业公司发展的不确定因素。
望向未来，虽说Arm已经拥有较为完整的生态，但在一代、二代、三代产品发展的过程中，也依旧需要开发一些周边的IP、或者做其他异构芯片（如GPU）的适配等等。
而在不确定的中美关系下，对于核心IP一定程度的自研，或许也都摆在这些创业公司的长远规划之中。
芯片领域常有这样一个说法：越是大芯片，越有可能赢家通吃。
沈文杰解释道，大芯片依靠持续技术迭代和生态产生壁垒，更有可能在整个领域取得垄断的地位，比如CPU、GPU；而小芯片则会更关注于特定领域，讲究产品组合和价格。
在国内，对于创业公司来说依旧是这样，拥有最高技术和产品的公司依旧会逐渐拉大壁垒。
但整体而言，国家队与创业公司将形成互补的关系。后者在技术上逐步领先，而前者继续精进更艰深的自研架构。
这将会是一场持久战。
本文来自微信公众号：甲子光年 （ID：jazzyear），作者：范文婧，
