本土MCU產業：RISC-V與Arm交鋒的正面戰場

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2024-05-28 03:49:53 936

近來RISC-V造芯火熱，雖然市占率尚不及Arm零頭，坊間軼事卻充滿趣味，讓人饒有興致。

試舉一例：

去年底，瑞薩搭載Arm最高規格Cortex-M85內核的超高性能MCU發布，被看作是老大哥Arm拉著兄弟向RISC-V秀肌肉。新聞熱度尚存，瑞薩卻反手一掏，摸出了自家的RISC-V內核，今年三月對應的MCU發布，*操作行云流水，獨剩老大哥在風中凌亂。

今年RISC-V在Arm地盤上攻城拔寨的勢頭也是絲毫未減。根據年初RISC-V國際基金會發布的研究報告，2024年RISC-V在MCU市場的滲透率或將超過4%，該預測為國內熱火朝天的RISC-V又添了一把火。

要理解本土RISC-V快速發展的底層邏輯，先要了解MCU行業的造芯模式。

【MCU設計就像搭積木，Arm是最大的供應商】

MCU經過數十年的發展，內部結構逐漸固化，內核、外設、存儲器等主要構件都能買到標準的“模塊”。大眾印象中，從零開始手搓芯片的研發模式愈發少見；取而代之的，購買現成模塊，組裝芯片的方式大行其道。這里的模塊，行話叫IP，本質上是知識產權在半導體行業的一種商品形態。設計模塊、做模塊生意的公司叫做IP供應商。一眾IP供應商中，促成現代IP商業模式的Arm，不但穩坐移動處理器的頭把交椅，在MCU內核領域也處于壟斷地位——由于Arm指令集私有，獲取Arm內核的*途徑就是經由Arm授權。據統計，國內超九成32位MCU使用Arm Cortex-M內核，絕大多數國產MCU企業都在向Arm付費。

Arm的盈利模式在業內有一種詼諧的說法，叫做收“智商稅”。在這里，收智商稅不是割韭菜，而是指通過提供IP模塊，向MCU設計企業收取知識產權的授權費用。Arm的主要收入有兩類，一類是IP授權費，另一類是版稅，通俗點講就是提成。具體而言，MCU企業使用Arm內核構建芯片，無論后期產品實際銷量如何，哪怕一顆芯片沒賣出去，也要先交一筆費用，這就是授權費。授權費屬于一次性收入，相比之下，版稅主打一個細水長流。Arm從MCU的銷售額中抽成，使用Arm內核的MCU，每賣出一片，廠商就得向Arm支付一筆提成費。

無論授權費還是版稅提成，最終都包含在芯片價格里，由客戶買單。既然如此，更省成本的自研內核為什么反而少見？因為跨不過生態這道坎。集成電路行業最經典的馬太效應，莫過于某種芯片的客戶較多，便吸引更多的企業設計和生產這類芯片，導致客戶進一步增加，如此循環往復。把握住內核機遇的Arm，就是強者恒強的典型。由于入局早，Arm獲得了極大的先發優勢，客戶群體隨業務增長不斷擴大，其產品在持續的迭代中也一直處于*水平。目前Arm擁有業內最大的客戶和開發者群體。可以說，Arm內核MCU的開發模式，代表了整個行業的開發習慣。使用Arm內核設計MCU，自然是一眾MCU廠家的默認選擇。因此，自研內核的競爭對手雖然只有Arm一家，但自研內核的MCU卻要面對Arm聯盟的銅墻鐵壁。

Arm生態堅實的基礎是挑戰者異常高的運作成本。由于生態不完善，企業自研內核不僅要設計芯片，還得下場兼做生態建設：既要配套軟件開發工具，又要勸說客戶接受小眾產品。芯片往往因為學習成本高、工具鏈支持差、客戶主觀切換意愿弱，在推廣階段受阻。當芯片設計從產業化的關鍵變成長鏈條的一環，投資回收的周期就會拉長，成本大幅上升，種種挑戰都導向同一個結論：難以為繼。芯片設計本質上是嚴肅的商業行為，無法帶來收益的創新無異于對資源的浪費。沒有獨特的優勢，做自研內核未必吃得開，所以大部分MCU企業寧愿一直在Arm生態里卷，也不走自研內核的路線。

從某種意義上講，當前Arm稱霸內核市場的局面，意味著上一輪內核競爭已經結束。作為群雄逐鹿的勝利者，Arm架構在MCU行業的地位，就像intel的x86之于CPU。明眼人都看得出來，只要適當打理，這座龐大的帝國盡可千秋萬代。然而，Arm的王位還沒坐熱，邊境就燃起了烽火。

只不過，這次Arm面對的不再是混戰的群雄，而是意欲單挑的RISC-V。

【時勢造英雄，RISC-V的機遇和崛起】

開源內核如此多，為什么選RISC-V？這里面既有時局的推動，也離不開RISC-V自身的努力。

開源的RISC-V面世于2010年，直到2015年才成立基金會，創始成員也只有36個，可以說初期反響平平，并未掀起什么風浪。境況改善、進入公眾視野，是2018年中美貿易摩擦的時候。那會兒美試圖對華封鎖芯片技術，華為等一批使用Arm內核構建移動處理器的企業遭到制裁，輿論一片嘩然。雖然Arm作為全球化的IP供應商，主觀上可能并無限制中國企業的意愿，但神仙打架，凡人遭殃。這家位于英國的日本公司，也只能接受美國的裹挾，成為其限制中國芯片發展的趁手工具。“架構授權”到“架構霸權”的轉變，一招釜底抽薪，讓國內企業看到了全球分工的脆弱性。歐美技術割據每次加劇，國內短板困境就愈發艱深，“國產替代、自主可控”等往日打雞血的口號，就顯得越真實、重要和緊迫。正是這時，RISC-V的備胎地位日益凸顯，開啟了轉正之路。

上文已經提過，自研內核最大的問題是生態建設成本太高。對于常規MCU企業，單打獨斗無異于飛蛾撲火，即使有意抱團，玩家不夠，攢不起局，游戲也就無從開始。RISC-V正是看準了這一點，憑借開源的架構規范，吸引IP供應商、芯片設計企業、方案商和終端客戶入局，將生態建設的成本分散到產業鏈的各個環節，最終在Arm的銅墻鐵壁上鑿出了一個窟窿。

中立、開放的定位，意味著RISC-V不會被少數公司控制，更多的市場機會和更強的參與感充分調動了產業鏈各環節的積極性。國內，阿里巴巴、芯來科技、賽昉科技和中國臺灣的晶心科技等知名IP供應商紛紛推出RISC-V內核，海思、兆易創新、沁恒、泰凌微、博流智能等眾多芯片設計企業更是發布了大量的RISC-V MCU。國際上，高通聯合博世、英飛凌、Nordic和NXP成立RISC-V公司進軍汽車行業、瑞薩將自研RISC-V內核的MCU導向物聯網和消費電子。IAR、Segger、MRS、RT-Thread等公司和團隊發布了適于RISC-V MCU的通用集成開發環境。目前，RISC-V國際基金會已在全球70個*和地區發展出近4000名會員，RISC-V高速發展的時代似乎已經到來。

【欣欣向榮的RISC-V生態，與暗流涌動的同行競爭】

最近夸RISC-V的文章不少，許多人對它的誤解卻并未消失。與常見的開源軟件不同，RISC-V不直接提供現成可用的處理器內核，而是開放指令集架構規范，鼓勵IP供應商或芯片設計企業自行設計。

近幾年，RISC-V在Arm的地盤上攻城略地。中國作為RISC-V在亞洲的主戰場，本土IP供應商自然一騎絕塵。例如，芯來科技的Bumblebee、N100、N300內核對應兆易創新GD32VF103和GD32VW553、中移芯昇CM32M43xR以及中微ANT32RV56xx；阿里巴巴的C906、E907內核對應博流BL606P和算能CV1812H；中國臺灣晶心科技的D45內核對應先楫HPM系列MCU等。

一些研發能力較強的MCU設計企業也對自研自用RISC-V內核的道路進行了探索。例如，南京沁恒的CH32V、CH32L、CH32X系列，以及上海海思的Hi3065H等，都使用了自研的RISC-V內核。

根據RISC-V基金會2024年公布的研究報告，雖然RV芯片整體市占率在2022年僅有1%，但23年可達2.6%，此后一路狂飆，將于2030年超過20%。倪光南院士預言的x86、Arm、RISC-V三分天下的局勢，似乎指日可待。

【老模式的新窘境，MCU內核供應商微微尷尬】

毫無疑問，市場份額的持續擴大是RISC-V陣營可圈可點的成就。但是在聯盟內部，開拓市場后的利益分配，也未嘗不存在競爭。

我們已經知道，在Arm一手建立的游戲規則下，MCU的設計模式是購買IP組裝芯片。本土RISC-V IP供應商+MCU設計企業的組合，雖然實現了“自組可控”，杜絕了“卡脖子”的可能性，但商業模式沒有改變，還是走上了Arm的老路。

不同的是，Arm“交朋友”風格的版稅已經很低。新晉的MCU內核供應商們，既要與Arm同臺競技，又要面對一眾同門的壓力，可謂拒虎驅狼。當前RISC-V市場遠未開發成熟，發展空間大但存量市場小，照中國人做生意的風格，價格越做越低，有限空間下的競爭壓力可想而知。考慮到芯片從研發到盈利的周期較長，IP供應商研發成本的回收周期也很長，RISC-V生態建設如火如荼的背后，一眾MCU內核供應商的處境或許值得關注。

另一方面，內核供應商的激烈競爭，雖讓MCU設計企業稍有*可占，長遠看卻不見得是件好事。如果運氣差選擇了實力較弱的供應商，未來供應商盈利能力衰退，內核研發與開發工具的維護必然遲滯，牽連芯片競爭力下降暫且不談，一旦研發停擺，MCU設計企業就不得不面臨更換供應商的問題，成本和風險遠超前期收益。

反觀去年底海思發布的A²系列MCU和今年三月瑞薩發布的R9A02G021，都是企業基于自研RISC-V內核構建的MCU。大廠憑借雄厚的研發實力踏入自研RISC-V內核賽道，確實從源頭上消除了供應商相互競爭的潛在隱患，但也讓MCU內核供應商的處境變得微妙：缺失頭部企業的支持，不但市場規模縮水，再造Arm神話的長遠目標面臨降級也未可知。大廠自研內核，或許意味著Arm一手*的“上游內核IP供應商+MCU芯片設計企業”的商業模式正在解構，RISC-V生態共建的語境下，多模式并存的MCU設計紀元已經開啟。

【產品同質化或成為下一輪關注的焦點】

在過去，Arm一家獨大的市場格局導致MCU形態千篇一律、市面產品同質化嚴重的論調已是老生常談。伴隨RISC-V陣營逐步壯大，相同的擔憂并非空穴來風。RISC-V國際基金會的CEO Calista Redmond就曾發文表示，供應商要在開放標準基礎上提供差異化的服務。

差異化，簡單講就是存同求異：在遵循RISC-V規范的前提下，IP供應商和MCU設計企業，各家發揮特長，做出特色。

MCU的特色如何挖掘？對內核而言，優化尺度是個難點：細微的改動看不到競爭力，過度改進又會造出忒修斯之船——失去兼容性就意味著失去生態的庇護。早些年，IBM的Power架構犧牲兼容性追求性能，最終敗給intel；MIPS因為追求靈活性導致架構碎片化，后來敗給Arm，都是前車之鑒。MCU內核優化的另一個尷尬之處，在于效果改善不夠直觀，終端用戶體驗上很難和同類產品拉出差距。如此看，RISC-V雖然開放，也給內核套上了韁繩，差異化在內核層面的空間似乎有限。

相比之下，經由MCU設計企業貢獻的產品特色，多是看得見、摸得著的。今年先楫發布的RISC-V微控制器HPM6800，就通過集成芯原2.5D GPU，讓產品的圖像處理性能大幅提升。南京沁恒內置USB和以太網PHY的青稞RISC-V系列MCU，通訊接口的易用性也讓人印象深刻。由此看來，MCU廠商將RISC-V導入特定領域，再進一步發展出特色，或許也不失為一計良策。