美國太平洋時間2020年9月13日，美國圖形處理器和人工智能芯片巨頭英偉達（NVDA US，無評級）在官網宣布計劃以總價為400億美元的英偉達股票和現金從日本的軟銀和軟銀愿景基金收購全球最大處理器內核IP（Intellectual Property）供應商ARM Limited。據ARM官網介紹，全球超過95%的智能手機基于ARM IP開發，中美貿易摩擦的時代背景下，繼X86架構被美國牢牢掌控之后，ARM架構或同時被美國公司掌控，引發市場對中國缺少自主處理器架構和芯片產業鏈安全廣泛關注。

因此，我們對處理器發展史、ARM公司、ARM與中國的合作以及處理器架構自主可控發展等方面進行研究分析，我們認為中國芯片公司和ARM在移動互聯時代合作中實現雙贏，國產智能手機、多媒體領域SoC達到世界領先，高端32位MCU實現了突破。未來智慧物聯時代帶來極為豐富的應用場景和智能設備需求，基于ARM架構的國產MCU、SoC應用有廣闊的發展空間。同時，我們認為英偉達收購ARM或將重塑全球芯片產業格局，在中美貿易摩擦背景下，ARM架構因其技術和市場地位有成為管制技術的潛在可能性。我們認為這種不確定性或將刺激中國自主化進程提速。RISC-V架構憑借開源和開放等優點，有望成為中國AIoT領域自主可控處理器架構的最佳選擇。

從數千晶體管到百億晶體管，CPU在過去近五十年飛速發展

中央處理器單元（CPU，Central Processor Unit）是計算機系統的核心。CPU的功能主要為處理指令、執行操作、控制時間、處理數據。中央處理器主要包括邏輯運算器、控制器和寄存器等部件。同時，CPU還包括高速緩沖存儲器（Cache）及實現它們之間聯系的數據、控制的總線。其中，邏輯運算器是多功能的運算單元，主要進行相關的邏輯運算，如執行移位操作和邏輯操作。除此之外，邏輯運算器還可以執行定點或浮點算術運算操作，以及地址運算和轉換等命令。控制器則是主要用來對指令進行分析并且能夠發出相應的控制信號。寄存器則是用來暫存指令、數據和地址信息。

1971年11月15日，美國英特爾公司（INTC US，無評級）推出世界第一款商用計算機微處理器Intel 4004，被認為是CPU發展史的開端。作為4位處理器，Intel 4004由10um制程工藝在2英寸晶圓上打造，集成了2300個晶體管，主頻為740kHz。而到了49年后的2020年，第十一代酷睿處理器芯片基于英特爾10nm工藝打造，將集成超過百億個晶體管，最高主頻可高達4.8Ghz。這顆CPU芯片不再是單一的CPU，而是集成了全新架構的Willow Cove內核、Iris X圖形處理器、內存控制器、圖像處理器、媒體解碼器、電源管理、神經元加速器和各類高速接口控制器等各種組件。其中Willow Cove內核正是這顆CPU芯片集成的傳統意義上的CPU。

現代CPU成為處理器（processor）芯片的核心組件之一，而不僅僅是唯一組件。在過去50多年間，芯片制程工藝在摩爾定律的指引下從數十微米演進至5納米，芯片的集成度不斷提升。現代的應用處理器芯片（AP，application processor）、微處理器（MPU，Microprocessor Unit）、微控制器（MCU、Microcontroller Unit）、片上系統（SoC，System on Chip）等數字邏輯運算芯片在CPU外圍集成了其他功能多樣的組件。這些超大規模集成電路的CPU模塊被稱為處理器內核（Core）。2020年10月14日發布的蘋果5nm移動終端處理器芯片A14 Bionic集成了118億個晶體管，2020年10月22日，華為發布的麒麟9000 5G SoC集成了超過150億個晶體管。

多核技術的出現，在芯片基板上集成多個CPU內核，進一步提升了現代處理器芯片的性能。多個內核集成為一個CPU集合（cluster）共享一級高速緩存。2012年，ARM又引入大小核技術（big.LITTLE technology），在SoC的CPU集合里同時集成了高性能的大核（Cortex-A7x）和低功耗小核（Cortex-A5x），在不同應用場景下切換，從而達到性能和待機時長兼顧。大小核的CPU集合在智能手機芯片中最為常見。

指令集架構是CPU控制和計算指令的規范標準

計算機指令（Instruction）是計算機硬件直接能識別的命令。指令是由一串二進制數碼組成。一條指令通常由兩個部分組成：操作碼和地址碼。操作碼指明該指令要完成的操作的類型或性質，如取數、做加法或輸出數據等；地址碼指明操作對象的內容或所在的存儲單元地址。計算機程序在硬件上執行是由成千上萬條指令組成的。一段程序通過編譯翻譯成匯編語言，而后通過匯編器翻譯成一條一條機器碼。這些機器碼是由0和1組成的機器語言表示，也就是計算機指令。

指令集架構（Instruction Set Architecture）是指一種類型CPU中用來計算和控制計算機系統的一套指令的集合。指令集架構主要規定了指令格式、尋址訪存（尋址范圍、尋址模式、尋址粒度、訪存方式、地址對齊等）、數據類型、寄存器。指令集通常包括三大類主要指令類型：運算指令、分支指令和訪存指令。此外，還包括架構相關指令、復雜操作指令和其他特殊用途指令。因此，一種CPU執行的指令集架構不僅決定了CPU所要求的能力，而且也決定了指令的格式和CPU的結構。X86架構和ARMv8架構就是指令集架構的范疇。

指令集架構以其復雜性可被分類為復雜指令集架構（CISC，Complex Instruction Set Computer）和精簡指令集架構（RISC，Reduced Instruction Set Computer）兩大類。CISC和RISC指令集架構是計算機指令系統的優化發展中先后出現。在計算機發展初期，計算機的優化方向是通過設置一些功能復雜的指令，把一些原來由軟件實現的、常用的功能改用硬件的指令系統實現，以此來提高計算機的執行速度，這種計算機系統就被稱為復雜指令系統計算機。20世紀80年代，盡量簡化計算機指令功能的基本思想被提出，功能簡單、能在一個節拍內執行完成的指令被保留，而較復雜的功能用一段子程序來實現，這種計算機系統就被稱為精簡指令系統計算機。

X86架構是目前唯一的主流復雜指令集，壟斷個人計算機和服務器處理器市場。X86架構是英特爾公司在1978年發布。在過去四十多年，x86家族不斷壯大，從桌面轉戰筆記本、服務器、超級計算機。目前，X86架構授權被英特爾、超微半導體（AMD US，無評級）和臺灣威盛三家把持。其中，英特爾和AMD的X86處理器在桌面電腦和筆記本市場占據主導地位。據2017年IDC的報告統計，X86處理器在服務器市場占有率也高達96%。根據Mercury Research統計，2019年臺灣威盛僅占有0.1%的X86桌面處理器市場份額。

ARM指令集架構作為目前最成功RISC架構，主導了智能手機和物聯網芯片處理器市場。根據英偉達公告，基于ARM架構的芯片已累計出貨1800億顆。ARM架構處理器在智能手機芯片、車載信息芯片、可穿戴設備、物聯網微控制器等領域占到90%以上市場份額。90年代，MIPS和Alpha作為知名RISC在與X86競爭計算機市場中失敗，又在錯過智能終端高速發展的機遇中走向衰弱。2010年發布的RISC-V作為從發明伊始即以開源為最大特色的RISC ISA受到全球學界、產業界的高度關注。全球頂級學府、科研機構、芯片巨頭紛紛參與，各國政府出臺政策支持RISC-V的發展和商業化。RISC-V有望成為X86和ARM之后ISA第三極。

處理器微架構是指令集架構的物理實現

馮·諾依曼體系結構是現代計算機的基礎。1946年美籍匈牙利科學家馮·諾伊曼提出存儲程序原理，把程序本身當作數據來對待，程序和該程序處理的數據用同樣的方式存儲，并確定了存儲程序計算機的五大組成部分和基本工作方法。馮·諾依曼體系結構主要由CPU、存儲器（Memory）和輸入輸出設備（I/O Device）組成。在該體系結構下，指令和數據需要從同一存儲空間存取，經由同一總線傳輸，無法重疊執行。馮·諾依曼體系的CPU工作分為5個階段：取指令階段（instruction fetch）、指令譯碼階段（instruction decode）、執行指令階段（execute）、訪存取數（read memory）和結果寫回（write back）。

哈佛結構是另一種主要計算機架構體系。與馮諾依曼處理器相比，哈佛結構的指令和數據存在兩個相互獨立的存儲器模塊，使用兩條獨立的總線連接CPU和存儲模塊。而在改進型哈佛結構（Modified Harvard Architecture）中，指令和數據存在兩個相互獨立的存儲器模塊，但是共用地址和數據總線。現代的復雜芯片上，已經看到純粹的馮·諾伊曼體系或者哈佛體系，而大多數能看到是兩者融合或者并存的體系。

實現指令集架構的物理電路被稱為處理器的微架構（Micro-architecture）。因此，通俗來講處理器架構就是處理器電路。通常，具備獨立設計處理器微架構的企業被認為有處理器研發能力。大多數情況下，一種處理器的微架構是針對一種特定指令集架構進行物理實現。少部分處理器架構設計為了更好的兼容性，會在電路設計上實現多個指令集架構。雖然，指令集架構可以授權給多家企業，但微架構的設計細節，也就是對指令的物理實現方式是各家廠商絕對保密的。由于處理器的功能要求、使用場景不同、各家企業設計技術的差異等因素，即使基于同一指令集架構，各個企業也會設計生產出不同的處理器架構。

在計算機時代，英特爾和AMD等主要處理器廠商研發處理器架構僅供應自家處理器芯片。作為壟斷個人電腦和服務器的X86架構陣營，英特爾和AMD繼續延續只為自家處理器芯片設計供應處理器內核的模式。2016年，AMD和中國服務器企業海光合作，授權給海光的Zen架構正是處理器微架構。這個授權物實際就是AMD根據X86架構設計完成的處理器電路，并不是X86指令集架構。即使是以這種IP授權方式的合作，在X86陣營中也是極少的個例。

在智能移動設備興起的近20年，以ARM模式為代表的內核微架構IP授權模式興起。ARM開發內核微架構后，將它們以IP形式上架出售，芯片廠商以ARM授權的內核為基礎設計芯片使用或對外銷售。基于ARM精簡指令集架構的ARM內核微架構IP選擇多樣、設計精簡可靠、在低功耗領域表現優異，這種授權模式在以手機、平板為代表的移動終端芯片、機頂盒、視頻監控等應用媒體芯片等應用為代表移動智能領域獲得廣泛的成功。ARM因此也成為移動互聯時代的處理器IP授權霸主。

產業分工細化，ARM成為處理器IP授權領域王者

半導體產業垂直分工催生芯片IP產業

20世紀90年代開始，信息產業核心從個人計算機向手機產業過渡，信息時代從互聯網為主體的階段向移動互聯階段過渡。智能移動終端和智能多媒體產品更加復雜多樣，對芯片功能和性能需求差異化增加了設計的復雜度。另一方面，隨著摩爾定律推進，先進工藝制程芯片設計研發資源和成本持續增加。根據2020年IBS報告預測，一款先發使用5nm制程芯片設計成本將高達4.97億美元，相比16nm增長多達5倍；即使5nm將來成為成熟制程，單款芯片設計成本也將高達2.5億美元，接近7nm的先發芯片設計成本。全球半導體產業在fabless+foundry+OSAT（無晶圓設計+晶圓代工+封裝測試）的分工大趨勢下繼續細化分工，芯片設計產業進一步拆分出芯片IP（Intellectual Property）產業。

半導體IP（Intellectual Property）指已驗證的、可重復利用的、具有某種確定功能的集成電路模塊。IP供應商專注開發IP微架構，通過收取IP架構授權費、版稅進行盈利。設計公司在芯片設計中將得到授權的IP直接集成到芯片中實現功能，避免重新開發。根據Markets and Markets預測，半導體IP市場到2024年將達到65億美元規模，市場增長的推動因素是消費電子領域不斷進步的多核技術和現代SoC設計領域持續增加的需求。根據IP功能細分，處理器IP占據整最大的IP市場份額，根據IPnest統計，2019年包括CPU、GPU、NPU、VPU、DSP和ISP六大類處理器IP占全市場51%份額。

ARM與移動互聯時代互相成就

ARM英文全稱Advanced RISC Machines，總部位于英國劍橋。該公司成立于1990年11月，是蘋果電腦，Acorn電腦集團和VLSI Technology的合資公司。ARM不制造芯片，也不銷售實際的芯片給終端客戶，而是通過授權其RISC ISA和處理器設計方案，由合作伙伴生產出各具特色的芯片。ARM公司利用架構授權的模式與伙伴達成雙贏，迅速成了全球性的精簡指令集微處理器標準的締造者。2016年7月，日本軟銀（Softbank）宣布斥資243億英鎊收購ARM公司，但在業務上仍然保持獨立運營。

ARM憑借在通用處理器IP領域壟斷優勢，在IP營收上穩居全球IP供應商排名榜首。基于ARM指令集開發的ARM處理器內核被廣泛應用于智能手機、電視機、汽車、智能家居、智慧城市和可穿戴等設備上。據軟銀2017年世界大會公布的ARM市場份額顯示，超過99%的智能手機、調制解調器，超過95%的車載信息設備和超過90%的可穿戴設備搭載了ARM架構處理器。

ARM不出售芯片只授權架構，商業模式開創半導體行業先河

作為半導體企業，ARM獨特的商業模式是不設計和制造整芯片，而是專注處理器內核架構的授權。ARM一直以來保持作為處理器IP供應商的中立地位。中立地位幫助ARM通過架構授權廣泛推廣了基于ARM架構的生態系統。ARM處理器架構授權主要分為指令集授權和處理器架構授權兩個層次：一是ARM指令集架構授權，二是ARM處理器架構授權。公司收入來源包括：1）對半導體公司的授權費用，一定時間范圍內是一次性的；2）半導體公司向其他客戶銷售芯片的royalty費用，客戶每生產一顆芯片ARM都有一定百分點的版稅收入；3）向半導體公司、用戶提供技術咨詢服務的費用。

ARM通過指令集架構授權在技術上與合作伙伴互相緊密對接

ARM指令集架構授權指ARM將ARM RISC精簡指令集授權給受讓方。受讓方可以對ARM指令集進行大幅度改造，甚至可以對ARM指令集進行擴展或縮減。之后，受讓方根據自己改進過的指令集研發處理器架構，從而在根源上做到了對處理器架構的差異化設計，保持對自研芯片的掌控力，達成獨特競爭力同時又兼容ARM的完善生態環境。而ARM在這種合作模式中與合作伙伴結成高度緊密的技術合作關系。

蘋果的A系列處理器是基于ARM指令集架構授權自研內核的成功典范。2012年9月，蘋果隨iPhone5上市發布了A6處理器SoC，這顆SoC基于ARMv7架構打造的Swift內核微架構開啟了蘋果基于ARM架構自研處理器內核的序幕。2013年9月，蘋果率先發布搭載基于ARMv8架構研發的64位Cyclone架構的雙核A7處理器。A7作為世界首款64位智能手機處理器，在性能表現力壓還在32位四核方案上競爭的安卓陣營。蘋果A系列處理器內核性能力壓所有安卓陣營競爭對手序幕由此開啟，并延續至今。2020年，蘋果宣稱新發布的A14 Bionic芯片性能已經堪比部分筆記本處理器。

蘋果在今年WWDC2020宣布Mac電腦將轉向使用公司自主開發的基于ARM架構處理器。我們認為，蘋果結束與英特爾長達15年的合作，轉而使用自研ARM處理器最重要目的是進一步封閉蘋果的軟硬件生態。蘋果希望如同iPhone的成功一樣，從硬件上得到充分自主，做到差異化競爭優勢。從ARM角度來看，蘋果一旦成功也將幫助ARM實現一直以來希望撕開X86壟斷的個人計算機市場的野心。

ARM提供多樣化處理器內核IP授權，與生態伙伴實現雙贏

ARM處理器架構授權指ARM將自行設計的處理器內核IP授權給客戶。客戶可以直接將內核RTL（Register Transition Level）代碼在芯片前端設計時集成在芯片處理器模塊中。客戶也可以對處理器緩存、核數、頻率進行配置。通過系統總線與其他的功能模塊、外設接口、主存儲接口模塊等連接，生成完整的芯片。ARM為各種應用場景提供多樣化的家族化處理器IP解決方案，覆蓋高性能計算、高性能實時、低功耗嵌入式、云端計算、硬件安全和高性能機器學習等場景。ARM的處理器IP授權模式為合作伙伴提供可靠處理器的同時降低芯片開發成本，推動應用的創新。而廣泛的合作伙伴豐富了ARM的生態，奠定ARM在智能時代中智能手機、物聯網等領域處理器主導地位。

ARM Cortex系列處理器內核是ARM家族中占據處理器IP市場的核心系列。其中，Cortex-A系列面向高性能計算需求、運行豐富操作系統和程序任務的應用領域。例如智能手機、平板電腦、機頂盒、數字電視、路由器和監控SoC芯片等。Cortex-A目前有A7x系列為代表的性能大核產品線和A5x系列為代表低功耗小核產品線。

現代多核SoC為了兼顧性能峰值表現和低功耗，經常同時集成一定數量大核和小核。其中大核運行短時間的高性能需求任務；小核運行低性能需求的任務或者在待機狀態支持背景任務運行。目前，除了蘋果自研處理器內核以外，以高通、海思、聯發科為首的安卓智能機SoC芯片設計企業都采用Cortex-A7x和A5x搭配作為內核集合（cluster）配置。其中，高通和華為會在架構上做不同程度的優化。

相比Cortex-A處理器內核，Cortex-M處理器內核被設計成面積更小，能效比更高。通常這些處理器的流水線很短，設計簡單，最高時鐘頻率很低，功耗表現優異。Cortex-M系列在目前智能互聯時代應用前景非常廣闊，覆蓋智能測量、人機接口設備、汽車和工業控制系統、大型家用電器、消費性產品和醫療器械等應用需求，Cortex-M在目前全球32位MCU市場占據主導地位。Cortex-R處理器是面向實時應用的高性能處理器系列，運行在比較高的時鐘頻率，其響應延遲非常低。主要應用于硬盤控制器，汽車傳動系統和無線通訊的基帶控制等領域。

半導體ARM助力國產芯片質與量雙擊，收購案或刺激自主可控提速

智能移動設備普及，ARM Cortex-A助力國產智能終端SoC崛起

根據CINNO Research發布的最新數據顯示，2020年上半年，國內市場智能機銷量約1.4億部，其中華為（含榮耀）市場份額達到40.2%。另據市場調研機構Counterpoint發布的報告顯示，2020Q2海思麒麟芯片占據41%的國內智能手機芯片市場份額，成為國內第一。同時，海思麒麟芯片在全球智能機芯片市場份額提升到16%，超過蘋果和三星。近年來華為手機質和量形成雙擊，特別是旗艦手機得到全球市場廣泛認可。除去全球疫情蔓延和美國打壓帶來的國貨消費潮等偶然因素，我們認為內在主因是基于硬件上的自主創新獲得的用戶體驗提升和形成差異化競爭。搭載ARM處理器的華為海思自研的麒麟芯片是一系列硬件創新的核心之一。

半導體產業fabless+foundry+OSAT分工體系從工程上成就了包括麒麟芯片在內的海思芯片的成功。華為對海思不斷持續巨額投入帶來的芯片設計能力提升成功對接全球最先進的制程工藝和封裝工藝。而在芯片設計領域，ARM的處理器IP授權模式成為歷代麒麟芯片成功的重要因素之一。ARM的授權模式對麒麟芯片積極影響有以下幾方面：一是在創業初期，ARM的授權模式可以幫助作為后發者的海思在處理器內核性能上直接拉到和安卓陣營競爭對手同一個層級。二是對于ARM在智能手機領域的主導地位，使海思自研手機芯片能夠借助ARM完善的生態，幫助華為手機快速進入主流智能機市場。三是基于消費電子市場的特點，ARM的處理器授權有效縮短了包括海思在內的企業開發周期和成本。

除了基于ARM公版內核架構開發芯片以外，華為已經具備基于ARM指令集架構的處理器內核開發能力。海思在麒麟990官方發布和配置表都宣稱為使用“基于A76”（A76 Based）內核，顯示海思已經對ARM處理器內核和指令集有深入了解，掌握了自行對架構修改的能力。2019年1月，華為跟進一步發布自研服務器芯片鯤鵬920。該服務器芯片搭載了64顆海思基于ARMv8架構自研的泰山內核。整體服務器性能較市場現有競品提升20%。2019年5月，華為宣布獲得ARMv8架構永久授權，并且強調華為海思有持續自行開發設計基于ARM授權架構的處理器。

近年來，智能手機SoC以外的國產智能終端SoC芯片也借助Cortex-A系列處理器IP逐步實現國產替代。國產搭載ARM架構處理器的SoC涵蓋了智能高清機頂盒、IPC、網絡攝像頭、車載娛樂信息設備等。根據格蘭研究院數據，2018年華為海思和晶晨股份（688099，無評級）分別占據國內60.7%和32.6%的IPTV/OTT機頂盒芯片市場。而在2013年，歐洲芯片巨頭意法半導體還占據國內機頂盒芯片市場30%以上。在安防領域，以海思為代表的國內廠商已經實現IPC芯片實現低端替代到全檔次布局。

物聯網時代MCU需求提升，本土廠商借助ARMCortex-M卡位高端市場

根據IC Insights數據，2019年MCU全球銷售額為164億美元。產品主要用于汽車電子、工控/醫療、計算機網絡和消費電子等領域，占比分別為33%、25%、23%和11%。IC Insights同時預計MCU在經歷2019年和2020年下滑后，將在2021年出現溫和復蘇，銷售額將增長5%至157億美元，其次是2022年將同比增長8%，2023年將同比增長11%。屆時MCU收入將創下188億美元的新高。全球MCU市場主要由瑞薩電子（日本）、恩智浦（荷蘭）、英飛凌（德國）、微芯科技（美國）、三星電子（韓國）、意法半導體（意法）、賽普拉斯（美國）占據。

根據HIS和ASPENCORE數據，2019年中國MCU市場規模達到256億人民幣。中國MCU應用市場主要集中在家電/消費電子、計算機網絡、汽車電子、智能卡、工控等領域，市場占比分別為25.6%、18.4%、16.2%、15.3%和11.2%。受益于國內物聯網和新能源車行業的增長領先于全球，中國MCU市場規模在2008年到2018年間CAGR為7.2%，領先全球。同時，HIS預計2022年，中國MCU市場規模將達到319億人民幣，增速繼續超過全球。預計2020年國產MCU廠商的銷售額將達到148億元人民幣，占整個中國MCU市場的55%。

ARM Cortex-M處理器助力國內廠商卡位MCU市場的價值鏈上游。目前，國內MCU廠商在消費電子、智能卡和水電煤氣儀表等中低端應用領域實現國產替代。隨著物聯網終端需求推進，物聯網時代任務的復雜化對計算能力的要求將使MCU往16或32位設計。32位MCU是基于未來物聯網的市場發展方向。既滿足廠商上述要求又具有豐富生態系統資源的ARM Cortex-M系列處理器內核成為32位MCU內核市場主導。兆易創新、中穎電子等國內MCU廠商也紛紛借助基于ARM Cortex-M系列處理器的32位MCU積極布局國內中高端市場，向產業價值鏈上游卡位。國產32位MCU已經開始進入國外傳統廠商所壟斷的高端MCU市場。

作為國產IC設計領軍企業，兆易主要提供基于ARM Cortex-M系列32位通用MCU產品，其GD32是ARMCortex-M3及Cortex-M4內核通用MCU產品系列，也是目前中國32位通用MCU主流產品，廣泛應用于工業自動化、人機互動、電機控制、安防家弄、智能家居家電及物聯網等領域。根據公司2020年中報，兆易MCU產品包括330余個產品型號、23個產品系列和11種不同封裝類型，累計出貨已超過4億顆。2020年7月，兆易創新發布基于全新Arm Cortex-M33內核的GD32E5系列高性能微控制器，確定以無線連接、電池供電設備以及便攜式、可穿戴設備、汽車級MCU幾大方向的產品路線。

ARM收購案重塑全球產業格局，自主替代或將加速

美國太平洋時間2020年9月13日，美國圖形處理器和人工智能芯片巨頭英偉達（NVDA US，無評級）在官網宣布計劃以總價為400億美元的英偉達股票和現金從日本的軟銀和軟銀愿景基金收購全球最大處理器IP（Intellectual Property）供應商ARM Limited。英偉達表示本次收購計劃旨在結合英偉達大的人工智能技術和ARM龐大的計算生態系統，推動英偉達成為從云端、智能手機、PC、自動駕駛汽車和機器人深入到邊緣物聯網的全球領先的AI公司。英偉達同時承諾延續ARM的開放式授權模式，保持其客戶中立性，并利用NVIDIA技術擴展ARM的IP授權組合。無論如何整合，作為世界最大的處理器IP供應商ARM收購案將重塑全球芯片產業格局。

中國智慧物聯市場前景廣闊，ARM授權仍是雙贏選擇

“十三五”期間中國物聯網市場穩步增長，未來市場前景樂觀。中商產業研究院發布的《2020-2025年中國物聯網產業市場前景及投資機會研究報告》預計，2020年中國物聯網市場規模將突破2萬億，達到22165億元，“十三五”期間年均復合增長率達24%。另根據工信部數據顯示，截至2018年6月底，全國物聯網終端用戶已達4.65億戶。預計智能消費設備的普及以及人工智能技術的應用在未來仍將支撐中國物聯網規模的穩步增長趨勢。

同時，中國人工智能產業規模快速增長。根據艾媒咨詢發布的《2020上半年中國人工智能產業專題研究報告》顯示，預計2020年國內人工智能核心產業規模將超過1500億元，同比增長率達到26.2％。截至2020年6月，全國已有24個省市發布了人工智能產業發展規劃，其中有18個制定了具體的產業規模發展目標，這18個省市2020年的人工智能核心產業規模目標達到近4000億，遠遠超過國家制定的1500億。

我們認為中國作為全球最大的電子和半導體市場，是目前ARM生態中的國內芯片廠商短期不會受到收購案的沖擊的最有利因素。首先，英偉達為了實現繼續保持ARM在處理器IP授權的主導地位，兌現ARM中立性的承諾是成功的關鍵。其次，無論是從商業直接收益角度，還是維持并擴展ARM產業生態，英偉達和ARM都不會錯過中國廣闊的智慧物聯、人工智能市場。另外，由于中國在全球市場的地位，中國反壟斷監管部門的審批或將ARM收購案成功與否的決定因素之一。我們認為中美貿易摩擦和收購案導致半導體產業集中度大幅提升兩大重要因素或致使收購案在通過中國反壟斷審查的曲折程度超過2018年高通-恩智浦收購案。倪光南院士公開預測中國商務部會否決本收購案。

ARM收購案或帶來技術供應不穩定性，國產處理器或將加速自主可控處理器發展

我們認為ARM指令集架構和處理器內核架構在移動和智能物聯領域的技術優勢和市場壟斷地位有可能為美國的管制技術。目前，美國已經在X86架構、EDA工具、晶圓代工的設備、材料等多個芯片產業關鍵環節扼住整個全球產業鏈。其中，作為壟斷個人計算機和服務器的X86架構完全掌握在英特爾手中，只授權給AMD和臺灣威盛兩家。英特爾和AMD過去數十年在X86架構上的耕耘，已經建立起了堅固的專利墻。而ARM架構和處理器IP授權智能終端、工業、車載、家居物聯網等領域芯片處理器內核的地位能夠進一步提升美國對整個芯片產業的控制力。

因此，ARM收購案帶來的不穩定性或刺激中國處理器自主化加速。結合過去幾年美國針對中國頂尖科技企業進行“實體清單”管制的案例分析，ARM的技術管制和許可證制度是有可能被實施到各細分領域具備挑戰美國科技實力的頂尖中國公司。從歷史來看，即使中國廣闊的智慧物聯市場是美國企業繼續合作的最強動力，但美國企業從來都是堅決配合執行美國政府的出口管制。過去由于X86的計算機和服務器壟斷地位，國內自主CPU突破方向是以計算機和服務器處理器芯片為主。我們認為，ARM的收購案或將推動國產CPU研發向智能終端、工業互聯、車規車載、家居物聯網等AIoT領域芯片處理器全方面擴展。

半導體RISC-V引產業關注，開源模式賦予國內處理器換道超車機會

RISC-V是新興精簡指令集，開源模式吸引關注

2011年，新興的開源架構RISC-V出現引起全球處理器產學研關注。RISC-V是一種簡單、開放、免費的全新精簡指令集架構，其最大的特點是“開放”。它的開放性允許它可以自由地被用于任何目的、允許任何人設計、制造和銷售基于RISC-V的芯片或軟件，這種開放性在處理器領域是徹底的第一次。RISC-V起源于2010年加州大學伯克利分校的David Patterson教授與Krste Asanovic教授研究團隊準備啟動一個新項目。項目需要選擇一種處理器指令集。由于當時已有的指令集ARM、MIPS、SPARC、X86存在設計越來越復雜和知識產權問題，因此他們開始重新設計一套指令集。伯克利大學團隊在指令集發布同時決定將RISC-V指令集徹底開放，使用BSD License開源協議設計了開源處理器核Rocket Core。

伯克利研究團隊認為，指令集作為軟硬件接口的一種說明和描述規范，不應該像ARM、PowerPC、X86等指令集那樣需要付費授權才能使用，而應該開放和免費。他們選擇的BSD開源協議給予使用者很大自由，允許使用者修改和重新發布開源代碼，也允許基于開源代碼開發商業軟件發布和銷售。因此BSD開源協議對商業集成很友好，很多的企業在選用開源產品時都會首選BSD開源協議。

RISC-V基金會于2015年由硅谷相關公司發起并成立，RISC-V商業化進入快車道。基金會作為非盈利性組織，負責RISC-V指令集架構及其軟硬件生態的標準化、保護和推廣。RISC-V成立時基金會董事會來自Bluespec、谷歌、Microsemi、英偉達、恩智浦半導體、加州大學伯克利分校和西部數據的七名代表組成。據RISC-V基金會統計，目前已有來自25個國家的210多個機構、學術和個人加入。中國企業和研究機構積極參與基金會，阿里巴巴、華為、中興通訊和賽昉科技目前是基金會頂級成員。

RISC-V架構迎AIoT新機遇

由于長期的發展，X86和ARM形成了強大生態體系，RISC-V在短期內難以在計算機領域和移動互聯領域替代X86和ARM。但在新興的AIoT時代，RISC-V將迎來機遇。包括ARM在內的CPU架構經過幾十年的發展演變，已變得極為復雜和冗繁。即使是作為精簡指令集的ARM架構文檔也長達數千頁。指令數目已經日趨復雜，并且版本眾多，彼此之間既不兼容，也不支持模塊化。另外現有主流指令集還存在著高昂的專利和架構授權問題。作為設計之初就定位為完全開源架構的RISC-V，后發優勢規避了計算機體系幾十年發展的彎路。架構文檔只有二百多頁，基本指令數目僅40多條。模塊化使得用戶可根據需求自由定制，配置不同的指令子集。

精簡和靈活使新興的RISC-V架構在智能物聯網市場有機會實現突破。智能物聯網（AIoT）時代帶來的低延時大容量萬億設備互聯，場景豐富、萬物互聯、智能化將催生新的芯片市場需求。但是豐富的應用場景也導致AIoT市場呈現碎片化和多樣化，對CPU的需求也極為多樣。現有的處理器設計并不能有效應對。RISC-V架構的極致精簡和靈活的架構以及模塊化的特性，可以針對不同應用靈活修改指令集和芯片架構設計。相比之下使用ARM往往只能做一個標準化設計，很難實現差異化。此外，很多智能設備對于成本較敏感，RISC-V架構免費授權的特點對于芯片廠商也非常重要。

市場調研機構Semico Research研究結果顯示，預計到2025年，采用RISC-V架構的芯片數量將增至624億顆。在包括計算機，消費者，通訊，運輸和工業市場在內的細分市場，2018年至2025年復合增長率高達146%。Semico Research與RISC-V基金會共同確定了34個細分市場，并研究了每個市場的CPU IP內核的總可用市場和RISC-V IP內核的服務可用市場，最終對2025年數據進行了預測。研究認為四個具有使用RISC-V內核的高價值機會是高性能多核SoC、高性價比多核SoC、基礎SoC和FPGA。

CPU自主可控道阻且長，發揮新型舉國體制優勢布局RISC-V

我們認為開放和合作使RISC-V有潛力成為中國處理器自主可控的指令集架構選擇。RISC-V架構開源模式使該指令集架構避免如X86和ARM被極少數公司控制，從而在架構源頭實現自主可控。廣闊的使用前景和未來潛在市場規模，吸引了全球著名企業、研究機構和高等學府積極合作，多方投入合作有望促進RISC-V產業鏈成熟和生態的完善。生態繁榮的前景有利于國內參與企業持續盈利，提高繼續投入積極性，進入良性發展循環。樂觀的市場預期、成熟的產業鏈和完善的開發生態，是RISC-V成為主流指令集架構，甚至于成為X86和ARM外指令集架構第三極的必備條件。

全面布局指令集架構優化、處理器內核開發和終端芯片設計，是真正實現處理器自主可控的客觀要求。RISC-V強調完全開源的設計，并且讓取用者可任意加上專屬指令集，甚至可以自由選擇將架構封閉還是維持開源。因此，雖然指令集架構是開源免費，但是基于指令集衍生的專利、內核微架構并不是開源和免費。目前，RISC-V指令集和微架構均已發展出開放免費、可授權和封閉的三種知識產權模式。

目前，類似于ARM商業模式的RISC-V內核IP授權公司已經興起。美國SiFive由RISC-V創始人Krste Asanovic創立，是世界最大的RISC-V商業處理器IP授權公司。目前SiFive已完成E輪融資，股東除了專業VC以外還有高通、西部數據、SK海力士等半導體行業巨頭。SiFive產品已涵蓋MCU、邊緣計算、人工智能、物聯網、存儲器、AR/VR、機器學習等領域。臺灣的晶心科技是另一家著名RISC-V內核IP提供商。2020年10月，瑞薩半導體（Renesas）宣布開始采用晶心旗下AndesCore IP 32位RISC-V CPU內核開發新的特定應用標準產品。

以中美貿易摩擦為鑒，安卓式的開源陷阱需要被避免：谷歌利用安卓開源免費的框架，吸引智能手機廠商使用安卓。再把GMS（Google Mobile Service）閉源做成授權模式，成為自己盈利模式。在美國對華為進行“實體清單”制裁時，谷歌毫不猶豫停止GMS授權，使華為智能手機因無法下載、更新、使用Gmail、Youtube、Google Map等廣泛普及的應用，在海外市場陷入被動。

從處理器發展史來看，一款指令架構的成功，不僅僅在于芯片設計成功，更需要完善的軟硬件生態系統。英特爾推動的x86架構市場龐大，從傳統PC到數據中心規模的服務器都在使用基于x86架構的處理器，同時相關軟件帶動的應用服務也有長達40年的優化發展歷史。ARM的IP授權模式已經趨于完善，ARM架構已催生龐大的移動和智能設備市場應用規模，加上有EDA公司、晶圓代工廠、軟件公司在ARM生態上的鼎力支持，盡管授權費用高昂，各大芯片廠商依舊愿意進行合作。目前，RISC-V生態剛開始起步，操作系統、編譯器、開發工具、EDA工具等配套逐漸起步完善。推動生態系統的深度發展，有利于吸引更多企業使用RISC-V架構，將RISC-V打造成主流架構。

AIoT市場碎片化以及RISC-V架構本身開源靈活的特點，更需要國內外通過開放合作推進RISC-V架構向標準化方向發展。維護RISC-V開放合作，更有利于RISC-V良性發展，積極參與全球合作，中國企業可以提高自身技術能力，提高中國在處理器領域話語權；積極推進國內生態企業合作，有效整合資源，形成完善的產業鏈，將自主可控處理器和龐大豐富智能物聯網應用有效對接，形成雙擊。

AIoT爆發在即，國內多方面推進RISC-V發展

政策陸續出臺，推動產業發展

上海在國內第一個出臺與RISC-V相關的扶持政策。2018年7月，上海市經信委發布《上海市經濟信息化委關于開展2018年度第二批上海市軟件和集成電路產業發展專項資金（集成電路和電子信息制造領域）項目申報工作的通知》，將從事RISC-V相關設計和開發的公司作為扶持對象。2018年10月，樂鑫ESP32-Marlin物聯網芯片項目入選擬支持項目。2020年2月，廣東省人民政府辦公廳印發的《加快半導體及集成電路產業發展若干意見的通知》中，明確將RISC-V（基于精簡指令集原則的開源指令集架構）芯片設計列入芯片設計重點發展方向。

產學研齊登場，積極投身國內外合作

除了參與RISC-V基金會以外，中國的企業和科研院所在國內外還以各類技術共享平臺、論壇、產業聯盟等形式的參與合作。2018年10月17日，由國內外RISC-V領域重點企業、研究機構、和行業協會發起成立中國RISC-V產業聯盟。聯盟秉承開放、合作、平等、互利的原則，致力于解決中國RISC-V領域共同面對的關鍵問題，建立中國國產自主、可控、安全的RISC-V異構計算平臺，促進形成貫穿IP核、芯片、軟件、系統、應用等環節的RISC-V產業生態鏈。

2018年11月8日，中國開放指令生態（RISC-V）聯盟在烏鎮舉行的第五屆世界互聯網大會上宣布成立，聯盟理事長由倪光南院士擔任。CRVA聯盟旨在召集從事RISC-V指令集、架構、芯片、軟件和整機應用等產業鏈各環節企事業單位及相關社會團體，自愿組成一個全國性、綜合性、聯合性和非營利性的社團組織。此聯盟將圍繞RISC-V指令集，整合各方資源，通過產、學、研、用深度融合，力圖推進RISC-V生態在國內的快速發展。同日，同樣在世界物聯網大會上，RISC-V基金會在宣布成立中國顧問委員會將就RISC-V基金會的教育和應用推廣戰略提供指導。

2019年，新的非營利性全球組織OpenHW Group成立，旨在通過提供合作平臺，創建生態系統發展的焦點，以及促進開源處理器的采用，以及為處理器內核提供開源基于RISC-V架構的Core-V IP。包括阿里巴巴、華為、恩智浦、英偉達、Silicon Labs和蘇黎世聯邦理工大學、美國猶他大學在內的國內外頂尖企業和院校成為OpenHW Group的加盟成員。

科研機構發力，展開多領域研究

依托國內大學和研究機構，基于RISC-V架構研究在多領域內展開。在2015年之前，大多數微結構和芯片相關的研究受限于指令集的授權問題而難以開展。隨著RISC-V開源開放理念的流行，越來越多的科研項目受益于RISC-V而得以開展。

根據中國開放指令生態（RISC-V）聯盟不完全統計，截至2019年2月，圍繞RISC-V開展科學研究或領域生態調研的科研機構包括但不限于：北京大學、南京大學、南開大學、寧波中國科學院信息技術應用研究院、鵬城實驗室、清華大學、上海交通大學、上海科技大學、天津大學、浙江大學、中國電子信息產業發展研究院、中國科學技術大學、中國科學院計算技術研究所、中國科學院上海微系統所、中國科學院微電子所和中國科學院信息工程研究所等。預計未來國內基于RISC-V的研究將越來越繁榮。

企業積極投身產業化，自主產品不乏亮點

根據中國開放指令生態（RISC-V）聯盟統計，截至2018年年底，可查詢到的與RISC-V芯片、硬件、軟件、投資、知識產權及生態相關的中國公司（含外資公司中國分公司）數量已接近一百家。

近年來，國產RISC-V商業化產品不斷落地，其中不乏亮點。阿里巴巴旗下平頭哥半導體推出的玄鐵910 AI向量加速引擎的64位16核處理器在性能方面優于ARM Cortex-A73；玄鐵902/903已被應用于IoT和工業控制的MCU。2018年9月，華米科技（HMI.US）正式發布了“黃山1號”，成為全球可穿戴領域的第一顆AI芯片。作為后續產品，黃山2號RISC-V智能可穿戴芯片，將于2020Q4量產。華米宣稱黃山2號相比于在可穿戴設備中常見的ARM Cortex-M4架構處理器，整體運算效率提升了38%。

國內出現本土基于RISC-V處理器IP核供應商與本土設計企業聯手先例。2019年8月22日，兆易創新發布了全球首款基于RISC-V內核的GD32VF103系列MCU。該款MCU采用Bumblebee處理器內核是兆易創新攜手RISC-V處理器內核IP和解決方案廠商芯來科技（未上市）面向物聯網聯合開發的一款商用RISC-V處理器內核。本次合作實現了本土處理器IP供應商和本土芯片設計公司意義非凡的聯手。

編輯：lyn