隨著IOT/AIOT快速擴張版圖，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架構和IP授權模式，在MCU市場占據主導地位。為了應對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應用加入自己的指令。然而，阿里巴巴旗下半導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設計的另一種方式——開源。一時間，關于開源模式與授權模式、客制化與通用化的探討又變得熱鬧起來。在AIOT時代，在標準、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，阿里巴巴已經布局良久。2017年，阿里巴巴開源輕量級物聯網嵌入式操作系統AliOS Things，將系統能力開放給OEM和硬件廠商，繼而與高通、聯發科等23家廠商達成合作，推出內嵌AliOS Things的芯片模組產品。2018年，阿里巴巴更進一步，收購自主嵌入式CPU IP Core公司中天微，隨后發布了基于RISC-V的第三代C-SKY指令架構，以及首個32位低功耗CK902處理器。

在中天微與阿里巴巴達摩院芯片團隊的基礎上，阿里巴巴成立了平頭哥半導體，意在打造“AIoT時代的基礎設施提供者”和“普惠性芯片”戰略的重要載體。

目前，平頭哥在AIOT基礎設施的布局分為三個層次：玄鐵處理器、無劍芯片平臺、Alios與基礎軟件。處理器IP核玄鐵910，基于RISC-V架構開發，支持16核，單核性能達到7.1 Coremark/MHz.眾所周知，RISC-V指令集發展方式以開源為主，預留了大量編碼空間，開發者可以在基本指令集上進一步建構符合市場所需的指令集。玄鐵910采用RISC-V架構，也反映出阿里巴巴著眼開源、普惠的造芯路線。

而近日發布的“無劍100”MCU平臺擁抱開源，是對無劍芯片平臺的補充和引申。據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周期縮短50%，將開發成本降低50%，RISC-V是開源芯片的基礎，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、基礎接口、開發環境、OS相關等，面向芯片的開發者、RISC-V基礎軟件生態和高校。目前無劍100 Open的基礎硬件和配套軟件代碼已經上傳到GitHub社區。孟建熠表示，后續平頭哥會逐步將性能更高、面向AI的平臺開放出來，將更加優質的IP整合到開源平臺。

更加靈活的Arm

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

顯然，對于RISC-V等競爭指令集，Arm的應對策略是在標準化、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，增加架構本身的靈活性。

在10月23日舉辦的Arm年度技術研討會上，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的優勢在于提供最全面的產品，在標準化的前提下允許開發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，Arm ML事業群商業與營銷副總裁Dennis Laudick現場表示，Arm倡導開放的平臺，客戶可以把NPU放到RISC-V的平臺上。但從設計角度，Arm NPU配合Arm的CPU和軟件工具，才能更好地滿足用戶期望。

開源站穩腳跟還需要做好兩件事

平頭哥開源MCU設計平臺，與Arm推出的客制化指令功能，最本質的區別是什么？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，用戶在授權的IP架構上做有限的修改或者不能修改。為了適應AIOT等新興技術的多元化需求，Arm推出了客制化指令功能。相當于授權方規定大部分的標準和框架，購買方在一定空間引入客制化內容，實現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、開發環境等，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“提供了硬件開發套件與硬件描述語言Verilog，目標用戶是芯片開發商、IP開發業者與學校單位，Arm的客制化指令集目前只能實現在Cortex-M33上。由于M33本身就具備TrustZone功能，Arm可基于這樣的開發環境保護客戶的客制化指令心血，同時通過M33實現客制化需求。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、標準不統一、生態不完善等待解問題。雖然IOT本身也是一個偏向碎片化的市場，但若開發者通過開源平臺做出的MCU芯片接口、工具不統一，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系統與Ali OS等現況來看，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，MCU碎片化的情況或許會有所改善。

根據Arm官方披露的數據，Arm的低功耗處理器設計已應用于超過1500億顆芯片的智能運算。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。一是制定通用的標準，為設計難度、功耗等參數提供參照，保證客戶加入的專利性、客制化內容能提升芯片的功能，但不會降低芯片的性能;二是找到區別于Arm架構的應用場景。

“目前RISC-V還沒有找到區別于Arm架構，能一枝獨秀的應用和需求。一旦出現只有RISC-V能做、Arm架構不能做的市場需求，RISC-V的市場份額才能快速提升。”陳躍楠說。

那么，在MCU市場，芯片設計該如何尋求客制化與標準化的平衡？姚嘉洋認為，客制化與標準化在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，是在某一應用或是某一產品上更好的性價比表現，但開發時間能否少于標準化平臺會是一個挑戰。目前，RSIC-V陣營正致力于縮短開發時間，同時也可以更靈活地滿足系統開發需求。這對于Arm來說，的確是需要特別注意的地方。”姚嘉洋說。
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