本土MCU产业：RISC-V与Arm交锋的正面战场

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2024-05-28 03:49:53 940

近来RISC-V造芯火热，虽然市占率尚不及Arm零头，坊间轶事却充满趣味，让人饶有兴致。

试举一例：

去年底，瑞萨搭载Arm最高规格Cortex-M85内核的超高性能MCU发布，被看作是老大哥Arm拉着兄弟向RISC-V秀肌肉。新闻热度尚存，瑞萨却反手一掏，摸出了自家的RISC-V内核，今年三月对应的MCU发布，*操作行云流水，独剩老大哥在风中凌乱。

今年RISC-V在Arm地盘上攻城拔寨的势头也是丝毫未减。根据年初RISC-V国际基金会发布的研究报告，2024年RISC-V在MCU市场的渗透率或将超过4%，该预测为国内热火朝天的RISC-V又添了一把火。

要理解本土RISC-V快速发展的底层逻辑，先要了解MCU行业的造芯模式。

【MCU设计就像搭积木，Arm是最大的供应商】

MCU经过数十年的发展，内部结构逐渐固化，内核、外设、存储器等主要构件都能买到标准的“模块”。大众印象中，从零开始手搓芯片的研发模式愈发少见；取而代之的，购买现成模块，组装芯片的方式大行其道。这里的模块，行话叫IP，本质上是知识产权在半导体行业的一种商品形态。设计模块、做模块生意的公司叫做IP供应商。一众IP供应商中，促成现代IP商业模式的Arm，不但稳坐移动处理器的头把交椅，在MCU内核领域也处于垄断地位——由于Arm指令集私有，获取Arm内核的*途径就是经由Arm授权。据统计，国内超九成32位MCU使用Arm Cortex-M内核，绝大多数国产MCU企业都在向Arm付费。

Arm的盈利模式在业内有一种诙谐的说法，叫做收“智商税”。在这里，收智商税不是割韭菜，而是指通过提供IP模块，向MCU设计企业收取知识产权的授权费用。Arm的主要收入有两类，一类是IP授权费，另一类是版税，通俗点讲就是提成。具体而言，MCU企业使用Arm内核构建芯片，无论后期产品实际销量如何，哪怕一颗芯片没卖出去，也要先交一笔费用，这就是授权费。授权费属于一次性收入，相比之下，版税主打一个细水长流。Arm从MCU的销售额中抽成，使用Arm内核的MCU，每卖出一片，厂商就得向Arm支付一笔提成费。

无论授权费还是版税提成，最终都包含在芯片价格里，由客户买单。既然如此，更省成本的自研内核为什么反而少见？因为跨不过生态这道坎。集成电路行业最经典的马太效应，莫过于某种芯片的客户较多，便吸引更多的企业设计和生产这类芯片，导致客户进一步增加，如此循环往复。把握住内核机遇的Arm，就是强者恒强的典型。由于入局早，Arm获得了极大的先发优势，客户群体随业务增长不断扩大，其产品在持续的迭代中也一直处于*水平。目前Arm拥有业内最大的客户和开发者群体。可以说，Arm内核MCU的开发模式，代表了整个行业的开发习惯。使用Arm内核设计MCU，自然是一众MCU厂家的默认选择。因此，自研内核的竞争对手虽然只有Arm一家，但自研内核的MCU却要面对Arm联盟的铜墙铁壁。

Arm生态坚实的基础是挑战者异常高的运作成本。由于生态不完善，企业自研内核不仅要设计芯片，还得下场兼做生态建设：既要配套软件开发工具，又要劝说客户接受小众产品。芯片往往因为学习成本高、工具链支持差、客户主观切换意愿弱，在推广阶段受阻。当芯片设计从产业化的关键变成长链条的一环，投资回收的周期就会拉长，成本大幅上升，种种挑战都导向同一个结论：难以为继。芯片设计本质上是严肃的商业行为，无法带来收益的创新无异于对资源的浪费。没有独特的优势，做自研内核未必吃得开，所以大部分MCU企业宁愿一直在Arm生态里卷，也不走自研内核的路线。

从某种意义上讲，当前Arm称霸内核市场的局面，意味着上一轮内核竞争已经结束。作为群雄逐鹿的胜利者，Arm架构在MCU行业的地位，就像intel的x86之于CPU。明眼人都看得出来，只要适当打理，这座庞大的帝国尽可千秋万代。然而，Arm的王位还没坐热，边境就燃起了烽火。

只不过，这次Arm面对的不再是混战的群雄，而是意欲单挑的RISC-V。

【时势造英雄，RISC-V的机遇和崛起】

开源内核如此多，为什么选RISC-V？这里面既有时局的推动，也离不开RISC-V自身的努力。

开源的RISC-V面世于2010年，直到2015年才成立基金会，创始成员也只有36个，可以说初期反响平平，并未掀起什么风浪。境况改善、进入公众视野，是2018年中美贸易摩擦的时候。那会儿美试图对华封锁芯片技术，华为等一批使用Arm内核构建移动处理器的企业遭到制裁，舆论一片哗然。虽然Arm作为全球化的IP供应商，主观上可能并无限制中国企业的意愿，但神仙打架，凡人遭殃。这家位于英国的日本公司，也只能接受美国的裹挟，成为其限制中国芯片发展的趁手工具。“架构授权”到“架构霸权”的转变，一招釜底抽薪，让国内企业看到了全球分工的脆弱性。欧美技术割据每次加剧，国内短板困境就愈发艰深，“国产替代、自主可控”等往日打鸡血的口号，就显得越真实、重要和紧迫。正是这时，RISC-V的备胎地位日益凸显，开启了转正之路。

上文已经提过，自研内核最大的问题是生态建设成本太高。对于常规MCU企业，单打独斗无异于飞蛾扑火，即使有意抱团，玩家不够，攒不起局，游戏也就无从开始。RISC-V正是看准了这一点，凭借开源的架构规范，吸引IP供应商、芯片设计企业、方案商和终端客户入局，将生态建设的成本分散到产业链的各个环节，最终在Arm的铜墙铁壁上凿出了一个窟窿。

中立、开放的定位，意味着RISC-V不会被少数公司控制，更多的市场机会和更强的参与感充分调动了产业链各环节的积极性。国内，阿里巴巴、芯来科技、赛昉科技和中国台湾的晶心科技等知名IP供应商纷纷推出RISC-V内核，海思、兆易创新、沁恒、泰凌微、博流智能等众多芯片设计企业更是发布了大量的RISC-V MCU。国际上，高通联合博世、英飞凌、Nordic和NXP成立RISC-V公司进军汽车行业、瑞萨将自研RISC-V内核的MCU导向物联网和消费电子。IAR、Segger、MRS、RT-Thread等公司和团队发布了适于RISC-V MCU的通用集成开发环境。目前，RISC-V国际基金会已在全球70个*和地区发展出近4000名会员，RISC-V高速发展的时代似乎已经到来。

【欣欣向荣的RISC-V生态，与暗流涌动的同行竞争】

最近夸RISC-V的文章不少，许多人对它的误解却并未消失。与常见的开源软件不同，RISC-V不直接提供现成可用的处理器内核，而是开放指令集架构规范，鼓励IP供应商或芯片设计企业自行设计。

近几年，RISC-V在Arm的地盘上攻城略地。中国作为RISC-V在亚洲的主战场，本土IP供应商自然一骑绝尘。例如，芯来科技的Bumblebee、N100、N300内核对应兆易创新GD32VF103和GD32VW553、中移芯昇CM32M43xR以及中微ANT32RV56xx；阿里巴巴的C906、E907内核对应博流BL606P和算能CV1812H；中国台湾晶心科技的D45内核对应先楫HPM系列MCU等。

一些研发能力较强的MCU设计企业也对自研自用RISC-V内核的道路进行了探索。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内核。

根据RISC-V基金会2024年公布的研究报告，虽然RV芯片整体市占率在2022年仅有1%，但23年可达2.6%，此后一路狂飙，将于2030年超过20%。倪光南院士预言的x86、Arm、RISC-V三分天下的局势，似乎指日可待。

【老模式的新窘境，MCU内核供应商微微尴尬】

毫无疑问，市场份额的持续扩大是RISC-V阵营可圈可点的成就。但是在联盟内部，开拓市场后的利益分配，也未尝不存在竞争。

我们已经知道，在Arm一手建立的游戏规则下，MCU的设计模式是购买IP组装芯片。本土RISC-V IP供应商+MCU设计企业的组合，虽然实现了“自组可控”，杜绝了“卡脖子”的可能性，但商业模式没有改变，还是走上了Arm的老路。

不同的是，Arm“交朋友”风格的版税已经很低。新晋的MCU内核供应商们，既要与Arm同台竞技，又要面对一众同门的压力，可谓拒虎驱狼。当前RISC-V市场远未开发成熟，发展空间大但存量市场小，照中国人做生意的风格，价格越做越低，有限空间下的竞争压力可想而知。考虑到芯片从研发到盈利的周期较长，IP供应商研发成本的回收周期也很长，RISC-V生态建设如火如荼的背后，一众MCU内核供应商的处境或许值得关注。

另一方面，内核供应商的激烈竞争，虽让MCU设计企业稍有*可占，长远看却不见得是件好事。如果运气差选择了实力较弱的供应商，未来供应商盈利能力衰退，内核研发与开发工具的维护必然迟滞，牵连芯片竞争力下降暂且不谈，一旦研发停摆，MCU设计企业就不得不面临更换供应商的问题，成本和风险远超前期收益。

反观去年底海思发布的A²系列MCU和今年三月瑞萨发布的R9A02G021，都是企业基于自研RISC-V内核构建的MCU。大厂凭借雄厚的研发实力踏入自研RISC-V内核赛道，确实从源头上消除了供应商相互竞争的潜在隐患，但也让MCU内核供应商的处境变得微妙：缺失头部企业的支持，不但市场规模缩水，再造Arm神话的长远目标面临降级也未可知。大厂自研内核，或许意味着Arm一手*的“上游内核IP供应商+MCU芯片设计企业”的商业模式正在解构，RISC-V生态共建的语境下，多模式并存的MCU设计纪元已经开启。

【产品同质化或成为下一轮关注的焦点】

在过去，Arm一家独大的市场格局导致MCU形态千篇一律、市面产品同质化严重的论调已是老生常谈。伴随RISC-V阵营逐步壮大，相同的担忧并非空穴来风。RISC-V国际基金会的CEO Calista Redmond就曾发文表示，供应商要在开放标准基础上提供差异化的服务。

差异化，简单讲就是存同求异：在遵循RISC-V规范的前提下，IP供应商和MCU设计企业，各家发挥特长，做出特色。

MCU的特色如何挖掘？对内核而言，优化尺度是个难点：细微的改动看不到竞争力，过度改进又会造出忒修斯之船——失去兼容性就意味着失去生态的庇护。早些年，IBM的Power架构牺牲兼容性追求性能，最终败给intel；MIPS因为追求灵活性导致架构碎片化，后来败给Arm，都是前车之鉴。MCU内核优化的另一个尴尬之处，在于效果改善不够直观，终端用户体验上很难和同类产品拉出差距。如此看，RISC-V虽然开放，也给内核套上了缰绳，差异化在内核层面的空间似乎有限。

相比之下，经由MCU设计企业贡献的产品特色，多是看得见、摸得着的。今年先楫发布的RISC-V微控制器HPM6800，就通过集成芯原2.5D GPU，让产品的图像处理性能大幅提升。南京沁恒内置USB和以太网PHY的青稞RISC-V系列MCU，通讯接口的易用性也让人印象深刻。由此看来，MCU厂商将RISC-V导入特定领域，再进一步发展出特色，或许也不失为一计良策。

【尾声】

RISC-V的兴起既有*意志的纵横捭阖，也离不开本土企业的自发探索。席卷全球的燎原之势让我们有理由相信，RISC-V必将成为中国和*集成电路产业成长的新支点，撬动技术创新和产业发展达到新高度。

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