過去幾天,圍繞著小米最新的“玄戒O1”芯片有了非常多的討論。除了贊揚小米實現了國產3nm芯片設計的新突破后,還有一波人圍繞著小米這顆芯片是否是自研展開了激烈討論。
進入到近日,因為Arm CSS的原因,讓整個芯片圈(媒體圈)像過年一樣熱鬧。下面,筆者分享一下對這顆這顆風口浪尖芯片討論的一些了解。
在介紹Arm CSS之前,我們先了解一下Arm的業務模式和提供的產品。
作為全球最大的IP公司,Arm在過去的大部分時間里都是通過把自己的產品“授權”給用戶,收取授權費(license )和版稅(royalty)作為主要盈利模式的。其中,授權費可以簡單看作Arm將其設計授權給你所收取的第一筆費用,至于授權的產品可以分為“Architecture license”(如蘋果和高通就是這樣授權,他們可以在Arm的框架下自定義其產品)和“IP license”(就是把公司設計好的Cortex系列處理器授權給用戶)。至于版稅,則簡單理解為在你授權了Arm的產品并設計量產芯片后,每賣出一顆芯片,需要支付給Arm的費用。
在過去,這也是Arm主要的營收來源。
雖然,Arm在過去十幾年里發展迅猛,Arm芯片也變得無處不在。但是,和使用Arm芯片的公司比,Arm的營收和利潤相形見絀。于是,該公司開始想法子通過為客戶提供更多的服務掙錢。恰逢,在這幾年間,無論是汽車、手機還是云廠商,都興起了自研芯片浪潮。不過,可以肯定的是,這些廠商大多可能對芯片的積累沒有聯發科、高通等老牌芯片公司高。
這時候,Arm針對移動市場推出了一個名為Total Compute Solutions(簡稱TCS)的解決方案。據介紹,Total Compute 通過采用以解決方案為中心的整體 SoC 設計方法來解決這些挑戰,超越單個 IP 元素,從整體設計和優化系統,從而為移動設備帶來更豐富、更沉浸式的體驗。
但在TCS2023以后,Arm似乎用“終端CSS”(Compute System for client)代替了前者。
按照Arm所說,終端 CSS滿足了日益增長的高效計算需求。它融合了 Armv9 的優勢,并基于 3nm 工藝節點,提供經過驗證且可量產的全新 Arm CPU 和 GPU 解決方案,助力芯片合作伙伴加快產品上市速度,同時利用其可擴展性構建差異化、市場定制的解決方案。
“終端 CSS引入了針對 3nm 工藝優化、可立即投入生產的強化 CPU 和 GPU 核心實現。這些核心已在多家代工廠供貨,可提供最大的靈活性。CSS for Client 還利用 CSS RTL 改進,在 3nm 芯片上提供一流的 PPA。”Arm強調。
由此可見,終端CSS的引入,讓Arm在此前的授權模式以外,提供了一種新的模式選擇。
在過去,處理器IP授權模式的被許可人被授予使用 Arm 處理器設計(即處理器的 RTL 級設計,所謂軟核)的權利。
從Ansys的一篇科普文中可以看到,所謂寄存器傳輸級(RTL)設計,是數字電路設計流程中的一個重要步驟。在指定電路的物理布局之前,它在抽象級定義和優化數字設計的邏輯功能。作為集成電路設計周期的關鍵部分,它使工程師能夠在寄存器、運算符和數據流階段優化其設計,然后再開始考慮物理組件的實現及其連接方式。
在現代芯片的設計流程中,涉及獲取器件所需操作的規范,并將其轉化為封裝半導體芯片。RTL設計提供的抽象級別使工程師能夠專注于系統的更高級別功能,而無需考慮如何實際實現設計的細節。而在完全驗證系統的設計后,RTL綜合可用于將RTL設計的HDL代碼表示轉換為門級網表。這是在電子設計自動化(EDA)工具中,將最終原理圖轉換為物理布局的工具的前端。
如上所述,終端CSS的出現,讓Arm的客戶可以獲得經過驗證后的設計(硬核),降低了芯片的流片風險。特別是其將CPU、GPU和子系統集成到一起以SoC的模式交付,并提供定制能力以后,Arm加速了芯片的量產流程。
我們必須承認,Arm CSS的面世,顛覆了過去的芯片合作模式。
以前,芯片公司憑借對前后端設計的了解,授權了Arm的軟核,設計出符合OEM需求的產品。但現在,CSS出現以后,Arm 似乎正在繞開芯片公司,直接向 OEM 廠商推銷其多核處理器設計。例如亞馬遜網絡服務 (Graviton)、微軟 (Cobalt 100) 和谷歌 (Axion),正是通過這種合作模式,推出其自研芯片。
從芯片設計層面看,這其實是大有裨益的。因為在過去,芯片公司拿到的是不同的軟核(甚至來自不同供應商),然后將其拼成一顆SoC,當中對技術的要求非常高,風險也非常大,芯片老法師高通也曾失手,獲得了“火龍”的稱號。
所以,SoC并不好干的。
因此,在CSS面世之前的很長一段時間里,市場上就有相應的芯片設計服務公司提供相應的服務。博通、GUC、 Faraday、芯原、索喜、燦芯和ASR也都在干這個活。他們對SoC也有獨到的見解。以ASR為例,這家公司其實是一家設計自主品牌芯片的Fabless,但因為他們團隊對SoC的了解,市場又有需求,讓他們在過去兩年里在這個市場爆火。很多我們熟悉的芯片新貴,也都是使用設計服務。例如谷歌的TPU,就是在博通的協助下完成的。
從這個角度看,如果小米真在這個芯片上選擇與Arm進行 CSS層面的合作(最新消息:小米否認了),其實也無可厚非。因為與行業領先合作伙伴合作本就是行業慣例。何況,如文章開頭引用的那篇文章中所說,為了提高這顆芯片的主頻,降低功耗,小米玄戒團隊花了很多心思去尋優,也與晶圓廠建立了很深入的合作,這些在后端的投入也是小米自研芯片的一個佐證,也都是該公司芯片自研領域不能忽視的投入。。
而且,小米在這顆SoC的ISP和NPU上,也都選擇了自研。
在手機芯片傳統算力都已過剩的當下,如何打造領先的ISP和NPU方面,是手機芯片未來的競爭關鍵,也是打造差異化的重要來源。小米基于多年積累在這方面自研,大大提升了這顆芯片的含金量。
當然,如果以該芯片是否像高通、高通那樣基于Arm的指令集授權,自己設計出CPU為標準判斷,“玄戒O1”顯然是沒有達標的。但你要知道,強如高通,也是在最近幾年收購NUVIA,獲得了一大批對CPU架構有深入了解的人之后,才開始真正推出自主設計的CPU。
此外,基帶方面,從發布會看來,“玄戒O1”似乎是外掛了基帶。但是你看看全球自研手機芯片巨頭蘋果,花了多少年時間才搞出C1,我們不能指望小米可以一蹴而就吧?
最后,就是否“自研”這個話題,我們稍稍討論一下。關于什么是“自研芯片,其實這并沒有很嚴格的定義。為此,我就這個問題咨詢了ChatGPT,得到了以下回復。
不得不說,ChatGPT是一個很嚴格的大模型,按照他說,自研需要芯片設計公司在架構設計、指令集選擇、功能模塊定制、性能調優、軟硬件協同優化等方面具有主導權。綜上所述,你怎么看小米這顆芯片?