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物联网产业链专题报告:RISC-V大有可为

2020-09-07 14:26

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1、依托产业联盟,未来大有可为,中国是 RISC-V 阵营中坚力量
1.1. RISC-V 诞生和发展——应运而生,获巨头产业联盟支持
1.1.1. RISC vs CISC
RISC 又叫精简指令集计算(Reduced Instruction Set Computer-RISC),和 CISC(复杂指令集计算,Complex Instruction Set Computer-CISC)同为 CPU 的两种架构。

CISC
即通过复杂指令来提高性能,以 Intel、AMD 的 X86 CPU 为代表。通常 CISC 计算机所含的指令数目少则 300 条,多则超过 500 条,这种架构会增加 CPU 结构的复杂性和对CPU 工艺的要求,但对于编译器的开发十分有利。因此,早期的微处理器大部分为 CISC架构,原因之一就是当时的编译技术不发达。但是,CISC 存在诸多缺点:(1)各种指令的使用率相差悬殊,多数的复杂指令只在很少的时候被用到。(2)复杂的指令带来了结构的复杂性,使得设计成本大幅提高且更容易出现设计失误。(3)由于难以把 CISC的所有硬件集合在单一芯片上,限制了单片计算机的发展。

RISC
针对 CISC 的这些弊端,RISC 应运而生,其指令系统只包含使用频率很高的少量指令,并提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言,以 ARM、MIPS、SPARC、OpenPower 为代表。这种架构可以降低 CPU 的复杂性并且在同样的工艺水平下看可以生产出功能更强大的 CPU,但对于编译器的设计有更高的要求。

1.1.2. RISC-V 的诞生及发展
RISC-V 指令集是基于精简指令集计算(RISC)原理建立的开放指令集架构(ISA),该项目在2010 年始于加州大学伯克利分校。当时,创始者 Krste Asanovic 教授需要使用一个微处理器指令集,然而 Intel 的 X86 架构指令集存在专利问题,ARM 架构指令集的授权又十分昂贵。在此背景之下,该研究团队决定从零开始设计一套全新的指令集, RISC-V 就此诞生。这里的“V”包含两层意思,一是这是伯克利从 RISC I 开始设计的第五代指令集架构,二是它代表了变化(variation)和向量(vectors)。在此之前,伯克利研究团队已研制了四代精简指令处理器芯片,第一代处理器 RISC I是于 1980 年在伯克利 Dave Patterson 教授主导的 BerkeleyRISC 项目中设计而成,也是 RISC 名称的由来。

获巨头产业联盟支持,RISC-V 产业生态正进入快速发展期。2015 年,RISC-V 基金会成立,旨在聚合全球创新力量共同构建开放、合作的软硬件社区,打造 RISC-V 生态系统,推动RISC-V 指令集被更大范围的采用以及未来指令集体系结构的进一步演进。自 2015 年成立至今,RISC-V 基金会已拥有超过 327 家成员,成员中涵盖了半导体设计制造公司、系统集成商、设备制造商、军工企业、科研机构、高校等各类组织。其中,白金会员包括谷歌、微芯科技、美光、英伟达、恩智浦、高通、三星、西部数据等全球知名科技、半导体企业,金、银和审计员队列中亦有台积电、英飞凌、意法半导体、联发科等一众知名半导体企业。如今,RISC-V 已获得多家半导体巨头的支持,拥有大量开源实现和流片案例,覆盖从高性能计算到嵌入式等多种应用领域。并且,除了企业、机构等单位之外,多个国家亦对 RISC-V 做出了战略规划与部署。

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1.2. RISC-V 特点——优势显著,构建完整生态,未来大有可为
1.2.1. 开源、轻量化、模块化设计,RISC-V 优势显著
1)开源——可实现安全、自主、可控

X86 和 ARM 架构授权壁垒极高。目前,CPU 的主流架构都是 X86 和 ARM 架构,这两个架构都非开源模式,且在授权上存在较高壁垒。从下图可以看出,Intel 仅将 X86 指令集授权给AMD 和 VIA 两家公司。相较于 X86,ARM 指令集的授权相对宽松,但是授权费用非常昂贵。根据法国芯片创业公司 Greenwave 表示,如果需要使用 ARM 架构,需要支付 1500 万美元的授权费,且授权到期后是否继续授权和授权费用都需要重新谈判。

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随着国际贸易摩擦的加剧,自主可控的重要性不断凸显,RISC-V 开源免费,优势显著。目前主流的两大指令集中,X86 被 Intel 和 AMD 两家美国公司垄断;ARM 虽源于英国,但被较多技术先进的美国公司使用,且后续存在被美国公司收购的可能。如果未来国际贸易摩擦加剧,这些指令集的授权都将受到不同程度的限制。不同于 X86 和 ARM,RISC-V 指令集是完全开源的,且无需付费,因此我国的商业公司和学术机构都可以免费开发兼容 RISC-V 指令集的处理器,大大减少了授权风险,有助于我国实现自主可控。

2)轻量化——简单可靠,适配于低功耗、小体积硬件,适合于轻终端
X86 和 ARM 架构复杂且冗长。经过几十年的发展,现代的 x86 与 ARM 的架构文档长达数千页,且版本众多,主要原因是其发展的过程也是现代处理器架构技术不断成熟的过程。同时,作为商用的架构需要保持向后和向前的兼容性,因此 X86 和 ARM 保留了许多过时的定义,或是在定义新的部分时为了适应已存在的部分不得不将设计复杂化,久而久之架构篇幅就变得极为冗长。

IC 设计试错成本极高,简洁的方案可有效降低错误发生。IC 设计的最终产出是芯片,而芯片的设计和制造周期较长,因此升级和修改难度较大。此外,芯片的制造成本高昂,从几十万美金到百千万美金不等。这些特性决定了 IC 设计的试错成本极高,因此能够有效降低错误的发生至关重要。随着芯片设计规模越来越大,复杂度越来越高,简洁的设计往往更加安全可靠,且足以应付大多数场景,复杂的设计用在最为关键的场景即可。

RISC-V 轻量化的设计理念适配功耗低、体积小的硬件,适合于轻终端。相比起 X86 和 ARM这类成熟的架构,RISC-V 架构具备后发优势。一方面计算机架构经过多年时间已较为成熟,且发展过程中所暴露的问题已被研究透彻,因此 RISC-V 架构能够加以规避。同时,由于推出时间晚,其没有向后兼容的历史包袱。从架构篇幅来看,目前“RISC-V 架构文档”分为“指令集文档”和“特权架构文档”,前者篇幅为 145 页,后者篇幅仅为 91 页。相比起数千页篇幅的 X86 和 ARM 架构的文档,RISC-V 极其短小精悍。从指令数目来看,RISC-V 的基本指令子集仅 40 余条指令,加上其他常用模块子集指令总指令数通常也不超过 100 条。轻量化的设计适配于低功耗、小体积的硬件,极其适合应用于轻终端。并且,为了进一步减少面积和功耗,RISC-V 架构还提供一种“嵌入式”架构,主要用于追求极低面积与功耗的深嵌入式场景。

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3)模块化设计——通过一套统一的架构来满足各种不同的应用场景
除了短小精悍,RISC-V 架构指令集还采用了模块化的设计。如下表所示,RISC-V 每一个模块使用一个英文字母来表示。其中,子母“I”表示基本整数指令子集,也是 RISC-V 架构中唯一强制要求实现的指令集。除此之外,其他指令子集均为可选模块,具有代表性的模块包括“M/A/F/D/C”。

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得益于模块化设计,RISC-V 架构能够使得用户灵活选择不同的模块组合,从而通过一套统一的架构满足各种不同的应用。RISC-V 架构的不同部分能够以模块化的方式组织在一起,以满足不同的应用场景。例如,追求小面积低功耗的嵌入式场景可以选择使用 RV32EC 架构,而大型的 64 位架构则可以选择 RV64G。这种模块化设计是 X86 和 ARM 架构所不具备的,以 ARM 的架构为例,ARM 的架构分为 A、R 和 M 三个系列,彼此之间并不兼容。

1.2.2. 依托产业联盟,构建完善生态
RISC-V 的一系列特征也决定了其拥有一些缺点:

1)开源带来碎片化风险
开源虽然能够带来一系列优势,但随之而来的问题是主导者的缺乏。由于 RISC-V 允许用户任意添加新的指令,照此趋势发展下去可能将会导致破碎化风险,即未来虽然各芯片厂商开发出的 RISC-V 架构处理器都属于 RISC-V 体系,但在实际应用搭配时却不能够适配同样版本的软件。

2)生态处于初期阶段,尚未成熟
尽管目前我国已有一大批企业构建了基于 RISC-V 架构的开源芯片的关键技术,但国内RISC-V 的产业生态仍然不够完整,且产业链主要是外围配件等中低端产品,而在高端主控和高性能服务器 CPU 相关方面还没有广泛应用的成品。未来的发展需依托产业联盟,构建更为完善的生态系统。

结论:依托产业联盟,构建完善生态,RISC-V 大有可为。RISC-V 指令集完全开源,且使用的是 BSD License 开源协议,不仅无需付费,同时允许使用者修改和重新发布开源代码,并基于开源代码开发商业软件发布和销售。因此,商业公司具有很强的动力去推动 RISC-V 生态的建立和发展。未来,依托产业联盟,RISC-V 有望构建完善的生态系统。硬件生态方面,将会有越来越多基于 RISC-V 架构的实现案例。软件生态方面,诸如调试工具链、中断控制器、JVM、LLVM、Python 等开发者常用的软件工具也都在不断完善之中。一旦未来产业生态构建完善,RISC-V 将大有可为。

1.3. RISC-V 在中国——是 RISC-V 指令集阵营的中坚力量
RISC-V 已获得众多国家支持,而中国则是 RISC-V 指令集阵营的中坚力量。目前,中国企业阿里巴巴以及小米生态链公司华米科技是 RISC-V 基金会 19 个白金会员之一,华为、全志科技、君正、乐鑫、芯来科技等企业和机构亦在 RISC-V 基金会的金、银和审计员队列中。除了中国的众多企业、高校和机构加入 RISC-V 基金会之外,中国本土还建立起两大 RISC-V联盟。2018 年 9 月,中国 RISC-V 产业联盟(CRVIC)正式成立,该联盟由芯原股份、芯来科技、上海赛昉科技、杭州中天微、北京君正、兆易创新、紫光展锐、晶晨半导体、华大半导体、上海集成电路行业协会等单位共同发起,其中芯原股份有限公司担任联盟首任理事长单位。2018 年 11 月,中国开放指令生态(RISC-V)联盟(CRVA)在乌镇世界互联网大会正式成立,成员包括北京大学、清华大学、华为、百度、紫光展锐、腾讯、华米科技、全志科技、苏州国芯等系列高校、互联网巨头及半导体企业。

近两年,国内厂商相继发布多款基于 RISC-V 指令集的芯片产品,包括阿里巴巴、华米科技、紫光展锐、兆易创新、芯来科技等。两大 RISC-V 联盟的成立以及多款芯片产品的推出,加速推动了中国 RISC-V 产业化发展。虽然 RISC-V 生态尚不完善,但一方面基于 RISC-V 指令集免费、精简、模块化、可扩展等优点,另一方面受当前充满不确定性的复杂国际环境影响,RISC-V 指令集越来越受到中国芯片厂商的重视。

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与全球同时起跑,有望突破限制,实现自主可控。X86 和 ARM 已经发展成熟,且行业格局已经形成。RISC-V 作为一个较新的指令集,使得我国有了和全球一起起跑的机遇。近几年,国内厂商已相继发布多款基于 RISC-V 指令集的芯片产品。同时,其免费、开源的特点有利于我国突破西方限制,实现自主可控。

2. 5G 为万物赋能,IoT 市场空间广阔
2.1. 5G 物联网属性强,为万物互联赋能
自 20 世纪 80 年代始,全球移动通信技术以平均每 10 年为周期出现革命性的迭代升级,5G即为第五代移动通信网络。2G~4G 技术带来了传输速率的大幅提升,主要解决的是带宽和流量的问题,5G 则是由线到面整个综合性能的革命性升级。5G 以一种全新的网络架构,不仅可以提供峰值 10Gbps 以上的传输速率、更大的连接密度(每平方公里可连接 100 万个终端)外,还可以提供毫秒级的端到端超低延时和更高的网络可靠性(>99.99%)。

5G 网络物联网属性强,为万物互联赋能。5G 综合性能的极大提升实际上是为了服务于其三大应用场景,而三大应用场景的物联网属性极强。5G 应用场景被 ITU 划分为 eMBB(增强移动宽带)、uRLLC(超高可靠低延时通信)和 mMTC(海量机器类通信)三类,分别从高速传输、高可靠性和低延时、海量连接三个维度为物联网提供支撑。因此,5G 除了解决人与人之间的互联,还将解决人与物、物与物的互联,实现真正意义上的万物互联,覆盖 VR/AR、智慧城市、物联网、工业互联网、自动驾驶、车联网等一系列垂直行业应用。

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2.2. IoT,下一个广阔天地
终端连接超百亿,成就万亿市场规模。根据 GSMA 数据,全球物联网设备数量呈高速增长态势,从 2010 年的 20 亿个上升至 2018 年的 91 亿个,CAGR 为 20.85%,同比 2017 年增长 21.33%,随着万物互联成全球重要发展方向,预计到 2025 年,全球物联网设备数量将达到 251 亿个。根据中国产业信息网数据,2018 年中国物联网连接设备数量达到 23 亿个,预计到 2022 年将上升至 70 亿个。终端连接数的不断增长也带来了巨大的市场规模,据华为2015 全球联接指数报告,到 2025 年,全球物联网市场规模将达到 2 万亿美元。工信部预计2019-2021 年,中国物联网市场规模仍将保持 20%以上的增速,到 2021 年市场规模将达到2.63 万亿元。

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万物互联,下游应用百花齐放。根据中国信通院《物联网白皮书》,当前全球物联网应用主要分为三大主线:面向需求侧的消费性物联网、面向供给侧的生产性物联网以及与智慧城市发展相关的物联网,各个主线均具有广阔的发展前景。

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2.2.1. 消费性物联网
消费性物联网,即物联网与移动互联网相融合的移动物联网,涉及可穿戴设备、智能硬件、智能家居、车联网、健康养老等规模化的消费类应用。

车联网
车联网是物联网技术在交通系统领域的典型应用。根据车联网产业技术创新战略联盟的定义,车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础,按照约定的通信协议和数据交互标准,在 V2X(X 泛指车、路、行人及互联网等)之间,进行无线通讯和信息交换的大系统网络。车联网的大范围运用能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制。根据华为研究,5G+C-V2X 车联网主要分为三个层次,分别为车载信息娱乐网,数字化、智能化的交通基础设施以及车路协同通信网。

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随着高速率、低时延、高可靠的 5G 网络建设加快、C-V2X 标准持续推进、车联网产业化进程持续增强,5G+C-V2X车联网有望释放巨大市场增量。根据前瞻产业研究院数据,预计2019年全球车联网市场规模将达到920亿美元,在2022年增长到1629 亿美元,GAGR达到21.0%。而中国车联网市场规模不仅在全球市场占比提升,同时发展速度也快于全球整体水平,预计在 2019 年达到 239 亿美元,到 2022 年将增长至 530 亿美元,占全球份额从 26.0%提升到32.5%,三年 CAGR 达到 30.4%。

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可穿戴设备
作为互联网和物联网深度融合的重要体现,智能可穿戴设备产品形式多样,主要分为网络延伸类、独立应用类、医疗健康类以及控制娱乐类四大类产品。随着居民收入水平的提高,人们对便携、智能的可穿戴设备的需求不断增加。谷歌的智能眼镜,苹果的智能手表 AppleWatch、AirPods 以及小米智能手环等产品的推出,共同推动了可穿戴设备产业生态的建立与终端市场消费习惯的形成。近年来,伴随着蓝牙 5.0 为代表的无线技术的快速发展、WTS耳机的智能降噪技术的进步、低功耗技术不断突破等,可穿戴设备的下游需求将持续增强。

根据 IDC 数据,受益于智能手表、智能手环、持续血糖监测系统、助听器、耳机等产品形态和 AR、VR 和 MR 等新技术的助力,2019 年全球可穿戴设备出货量达到 3.37 亿部,到 2023年预计将增至 4.82 亿部。2019 年中国可穿戴设备出货量达到 9924 万部,到 2023 年预计将增至 1.18 亿部。随着可穿戴设备更多接入 IoT 生态平台,将逐步向数字医疗、智慧家庭、定位服务等方面延伸,未来市场空间广阔。

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智能家居
智能家居一般指以住宅为单位,将综合布线技术、网络通信技术、自动控制技术、音频技术等运用到家庭生活中,集家庭安防系统、家电自控系统、照明系统、环境控制系统于一体,组建出的高效的住宅设施系统和家庭日程事务管理系统。智能家居作为拉动居民日常消费需求的重要领域,如今频繁地出现于相关政策中。同时,以美的、海尔为代表的大型家电企业,以 BAT 为代表的大型互联网企业,以及以小米为代表的手机厂商均争相布局智能家居市场行业巨头争相布局,推动相关产品的优化与迭代。此外,5G、人工智能、云计算等技术的发展也将推动智能家居市场持续扩大。

根据 Strategy Analytics 数据,到 2019 年,消费者在智能家居相关硬件、服务和安装费用上的支出将达到 1030 亿美元,并将以 11%的复合年均增长率于 2023 年增长至 1570 亿美元。2019 年,中国智能家居市场规模为 1530 亿元,预计在 2020 年将增至 1820 亿元。

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2.2.2. 工业互联网
工业互联网体系分为五个层级,包括设备层、网络层、平台层、软件层和应用层,同时安全体系贯穿在工业互联网五个层级之间。

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当前,我国制造业的人力成本优势逐渐丧失,制造业面临被动升级,工业场景中较低的数字化与联网率水平,已成为制约我国产业升级的重要因素。因此,突破企业数字化发展瓶颈,大力推动以 5G 为支撑的工业互联网发展是我国的必由之路。工业互联网的大规模落地,将推动形成全新的制造业经济发展范式。从短期效益来看,工业互联网将极大地降低生产、运营成本,提升公司资本效率。同时,依托集聚共享的资源平台,工业互联网有助于打破“信息孤岛”,实现上下游商业伙伴的互联互通。从长期效益来看,工业互联网将构建新的商业模式,按产出付费、按需定产,改变原有与用户的连接方式,创造万物基于平台的市场。最终,工业互联网将构建供需自治的经济,产品持续需求感知,设备从端到端的全自动化,实现商品流程中资源利用最优化,污染、排放最小化。

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根据前瞻产业研究院数据,2018 年全球工业互联网市场规模为 8059.1 亿美元,较 2017 年增长 5.51%,预计 2019 年全球工业互联网市场规模约为 8465.57 亿美元。同时,根据中商产业研究院的报告数据,2019 年中国工业互联网市场规模 6060 亿元,同比增长 13.95%,预计到 2020 年中国工业物联网市场规模将达到 6929 亿元。

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2.2.3. 智慧城市
根据《2016-2045 年新兴科技趋势报告》数据,在 2045 年,全球 65%-70%的人口会居住在城市,全球人口超过 1000 万的超级城市会在 2030 年增加至 41 座,必将导致城际交通、电力能源、污水处理、公共安全等城市基础设施承压,智慧城市已经成为城市高水平发展的必然趋势。根据华为观点,随着物联网技术的发展,智慧城市已发展成为以“物联网为城市神经网络、人工智能为城市大脑”的 3.0 新时代,物联网技术将广泛应用于智慧能源、智慧水务、智慧交通、智慧环保、智慧安防、智慧照明、智慧井盖等场景,在城市的信息采集、精细化管理、节能减排、生态保护、公共服务等方面发挥重要作用。

根据 IDC 数据,至 2020 年,预计全球智慧城市相关投资总额将达到 1144 亿美元,同比增长 11.1%,受疫情影响略低于 2019 年 12 月发布的 18.9%增长预测。同时,IDC 预计全球智慧城市支出增速将在 2021 年开始逐渐提高,并在 2020-2024 年的预测期间内实现 14.6%的复合年增长率,而中国智慧城市支出规模在 2020 年将达到 250 亿美元,并可能在 2024 超过 450 亿美元。

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3. IoT 时代,RISC-V 有望大展拳脚
3.1. PC 与服务器市场,X86 占据主流
X86 在传统 PC 与服务器领域占据主流地位,RISC-V 在短期内难以撼动。X86 作为 CISC指令集,指令系统较为丰富,因此基于 X86 设计的微处理器虽结构复杂,但擅长处理难度较大的特殊任务。此外,由于 X86 系统已推出近 30 年,由 Intel 及微软构建的 Wintel 联盟生态已经近乎完善,相关的应用、配套软件、软件开发工具等具有极高的兼容性,使 X86 形成了难以被轻易超越的优势。

新进入者 ARM 架构的综合性能与相应的生态系统不断完善,有望逐步拓展服务器市场。ARM当前的处理器产品中Cortex为主流系列,其中Cortex-A系列处理器适用于具有高计算要求、运行丰富操作系统以及提供交互媒体和图形体验的应用领域。早在数年前,ARM 就希望在服务器市场有所作为,但几乎无合作厂商实现重大突破,其中 Applied Micro 被 Macom 收购拆分,高通、英伟达、三星和博通都终止了相关业务。2019 年,ARM 在此尝试攻占服务器市场。随后,华为发布首款基于ARM架构的服务器芯片——鲲鹏920,亚马逊 AWS、Marvell、Ampere 等也陆续推出了基于 ARM 架构设计出的服务器芯片产品。经过近些年的发展,ARM架构的综合能力逐步接近高端数据中心的性能要求,其生态系统也一定程度上完善成熟,相关的操作系统、中间件、应用软件等都可以基于 ARM 运行。据 Hyperion Research 预计,在未来五年中,ARM 处理器收入的复合年增长率将达到 64.7%。同时,PC 端市场,ARM也在尝试破局。谷歌旗下的 chromebook 笔记本大多采用 ARM 架构处理器,微软在近些年相继发布 Surface 家族 ARM 版系列,并于去年宣布 Canary 通道已经放出面向 ARM 平台的Edge 浏览器版本,苹果则宣布其首款基于 ARM 架构的 Mac 预计将于 2021 年面世。随着Windows 及苹果系统对基于 ARM 架构的生态的构建,ARM 有望在 PC 端占据一定的市场地位。

在 PC 与服务器领域,X86 与 ARM 两大阵营的生态系统优势明显,RISC-V 市场机会小。基于 Wintel 的联盟生态已基本完善,而 ARM 架构的生态系统也在快速建立中。若 RISC-V 挑战 X86 的主流地位,不得不投入巨大的资金与较长的研发时间建立与自身匹配的全新生态系统,这对于因 RISC-V 开发门槛较低而进入市场的体量较小的企业,无疑是一个巨大的挑战。

3.2. 移动手机市场,ARM 近乎垄断
ARM 在移动手机市场的地位不可撼动,RISC-V 挑战难度大。ARM 架构之所以能够在移动手机端占据优势,主要由于以下几个原因:(1)ARM 架构在满足嵌入式或移动端数据处理要求的同时,相比 X86 能耗与热量更低,更适用于依靠电池提供电力的应用终端。(2)不同于 Intel 只出售最终的处理器产品,ARM 通过 IP 授权方式获取收入。ARM 只做底层 ISA 的设计,包括指令集架构、微处理器、图形核心、互连架构等,而被授权方可以根据自身所需功能,要求 ARM 提供合适的开发工具,在此基础上进行优化扩展。这使得苹果、三星、高通、联发科等一线品牌厂商有足够大的空间去按照移动端的性能及特点来设计芯片,建立自身的产品线。(3)ARM 的授权收费方式为一次性技术授权费用加上较低的版税提成费用,各厂商支付的费用受实际出货量影响较小。而 Intel 在 PC 端市场中长久以来依据产品销量收取高额的专利费用,使各厂商的利润空间被严重挤压,从而在移动手机端的竞争中输给了ARM。(4)只有 ARM 架构能够完全支持移动手机端 Android 及 iOS 两大主导系统。基于以上原因,ARM 架构形成了极高的壁垒,几乎垄断整个移动端芯片市场,市场份额超过 90%,

因此,在移动手机市场,RISC-V 想要挑战 ARM 难度大。

3.3. IoT 市场,RISC-V 迎来机遇
5G 标志着万物互联时代的开启,在物联网时代,场景需求碎片化、差异化,低成本、定制化的 RISC-V 架构在物联网时代优势尽显。

1)成本低
碎片化是物联网天性,因此在 IoT 应用领域,成本重于一切。物联网市场潜力巨大,但万物互联意味着应用场景的多样化与碎片化,从而导致每一款芯片的应用场景也就相对有限,芯片的批量生产被严重碎片化。这就使得芯片定制的成本成为影响其可行性与普及度的重要因素。物联网的严重碎片化导致了极高的成本敏感性,包括芯片流片的成本敏感以及应用市场的成本敏感。

ARM 架构虽然可以为客户提供更易上手的开发工具,但客户需要缴纳较高的 IP 授权费,而RISC-V作为开源软件,对研发者完全免费开放,极大地降低了芯片的流片成本。同时,RISC-V的轻量化架构有利于芯片厂商设计出架构简洁、成本较低的产品,可以有效减少芯片的应用成本。因此,RISC-V 开源开放的特性和其轻量化的架构可以帮助研发人员从授权、功耗等多个角度降低芯片的研发成本和应用成本,很好地契合了物联网的碎片化特性。

3)可定制化
物联网应用场景多样化和差异化导致了芯片产品的定制化需求。物联网应用场景的多样化和差异化使得不同应用领域对芯片方案的细节要求有所不同。而 RISC-V 令人瞩目的特性之一便是模块化的灵活设计,可根据特定应用场景对指令集进行扩展、裁剪、修改和定制,很好地满足了物联网应用的多样化和差异化需求。

2)生态重构
IoT 的下游应用领域极度碎片化,无需大生态的搭建,生态丰富的 X86 和 ARM 架构无明显优势。以工业互联网为例,传感器多种多样、无线连接标准林立、应用类别千差万别,并无搭建大生态系统的需要,因此这也消除了 RISC-V 与 X86 和 ARM 相比在生态系统成熟度上的劣势,生态丰富的 X86 和 ARM 无明显优势可言。

结论:IoT 时代 RISC-V 有望大展拳脚。指令集架构在产业发展的过程中已形成较为稳定的市场格局,最主流的两大指令集 X86 和 ARM,一个主宰了服务器和 PC,另一个主宰了移动领域。IoT 作为具有绝对发展前景的新兴市场,为 RISC-V 的扩张提供了难得的历史机遇。RISC-V 开源、精简、模块化的特征完全符合 IoT 多元化、碎片化的应用场景,有望在未来大展拳脚。一旦 RISC-V 能够成为 IoT 时代的主流架构,其发展空间巨大。

3.4. 英伟达或将收购 ARM,利好 RISC-V 发展
2020 年 8 月 15 日,根据英国媒体 London Evening Standard 信息,英伟达将以 400 亿英镑的价格收购 ARM。当前英伟达对 ARM 的收购交易已进入谈判阶段,交易预计于今年夏季末期完成。

ARM 中立性难以维持,开源指令集 RISC-V 有望被进一步广泛应用。ARM 作为全球举足轻重的芯片架构设计商,其重要业务模式之一是它的中立性,即愿意将产品授权给任何有需求的客户。若交易成功,由于英伟达是美国的芯片设计龙头供应商,ARM 原有的中立性将难以维持。一方面,由于 ARM 架构的授权使用者中包含了众多英伟达的直接竞争对手,ARM成为其子公司后,英伟达可能会通过限制授权等手段对竞争对手进行压制,强化其在一些下游应用市场尤其是新兴领域的优势。例如,英伟达的自动驾驶芯片 Orin 基于 12 个 ARM 的CPU 设计而成,收购交易将有助于其在自动驾驶领域建立更为完整的生态与强势地位。同时,在当前贸易摩擦背景下,ARM 对于中国企业的授权亦将受到限制,如基于 ARM 架构进行产品研发的华为海思、飞腾、紫光展锐等国内企业将一定程度受此影响。另一方面,ARM 的原有客户,尤其是英伟达的直接竞争对手,可能会因为其中立性的消失主动转向其他可替代的芯片架构体系。因此,无论是被动转换还是主动选择,开源指令集 RISC-V 有望被进一步广泛应用,成为未来芯片设计商的主流选择之一。

4. 重点企业分析(详见报告原文)
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(报告观点属于原作者,仅供参考。报告来源:安信证券)
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