ARM之路的中国启示

编者按 / 因为华为遭遇美国打压，为消费电子产业链提供底层技术的ARM公司，在中国知名度更高了。

根据英国广播公司（BBC）相关报道，5月22日ARM指示员工暂停与华为及其子公司的“所有有效合同”，以遵守美国贸易禁令。ARM这样做原因是，其设计包含“美国原产技术”。

ARM的决定，在全世界尤其是在中国“一石激起千层浪”。大家纷纷开始测算，没有ARM的授权，华为海思及其支持的华为消费者业务，以及面向toB市场的华为服务器业务等，将遭受多大的影响。

ARM为什么如此重要？《中国经营报》记者近日从多位半导体工程师处了解到，在半导体产业链上，ARM提供的是菜谱。苹果、高通、三星、华为海思、联发科等就是按照菜谱“炒菜”，做出基于ARM架构的芯片。

在ARM架构体系中，当下主流的菜谱——ARM V8指令集发布于2011年11月。华为于2013年9月4日获得ARM V8指令集的永久授权。在该授权的基础上，海思在过去数年已经设计出多款支持华为及荣耀手机的麒麟芯片，以及支持华为服务器的鲲鹏芯片等。

华为已经获得的ARM V8授权，不会受到美国贸易禁令的影响。当前以及未来，海思依然能基于ARM V8开发更多芯片。问题在于，ARM的菜谱是不断更新的。下一代的ARM V9指令集尽管发布时间暂未确定，但总有发布的一天，届时如果中美贸易摩擦仍未解决，对华为一定会有影响。

ARM

技术研发与迭代

今天在消费电子半导体产业链呼风唤雨的ARM公司，脱胎于奥地利籍物理学家Herman Hauser（赫尔曼·豪瑟）和英国工程师Chris Curry 1978年12月5日在英国剑桥创办的CPU公司，全称Cambridge Processing Unit，字面意思为“剑桥处理器单元”。CPU公司成立以后主要从事电子设备设计与制造，接到的第一份订单是制造一款赌博机的微控制器系统，该系统开发出来以后被称之为Acorn System 1。

到1979年，CPU公司更名为Acorn Computer Ltd。在英文中，Acorn是橡子的意思。Acorn Computer Ltd的商标中也包含了一个橡子。为什么叫Acorn？据说是因为Acorn在电话黄页中能够排名在Apple（苹果）前面。

改名之后的Acorn Computer Ltd，陆续开发了更多版本的Acorn System，并且像苹果公司那样，尝试推出面向消费者市场的盒式计算机Acorn Atom。然后又碰到英国政府在上世纪80年代初期提出的“计算机要从娃娃抓起”计划，根据这项计划，英国的每一间教室都将配备一台电脑。Acorn Computer Ltd中标成为主要供应商，因此获得了800多万英镑的订单。

但拿到订单以后，Acorn Computer Ltd发现，生产并且供应符合当时潮流的电脑，需要解决一大难题，就是寻找16位指令集的PC芯片供应商。当时的CPU发展潮流，正是从8位指令集向16位指令集过渡的时期。Acorn Computer Ltd最先找到了美国国家半导体公司和摩托罗拉公司，但发现他们的芯片执行速度太慢，关键是售价太贵——在一台价值500英镑的电脑中，芯片成本要占到100英镑。到1982年英特尔推出80286芯片时，Acorn Computer Ltd又找到英特尔，但是英特尔拒绝了Acorn Computer Ltd的供货请求。

无奈之下，Acorn Computer Ltd开始走上芯片自研之路。一开始，Acorn Computer Ltd研发团队就打算摒弃英特尔X86的复杂指令集，从美国加州大学伯克利分校找到关于精简指令集的新型处理器开发方案（这也是ARM包含“美国原产技术”的原因），在剑桥大学计算机科学家Sophie Wilson（负责指令集开发）和Steve Furber（负责芯片设计）的带领下，经过18个月的努力，最终于1985年完成了第一代32位指令集的ARM 1处理器的开发工作，并用ARM 1做出了第一台Acorn Risc Machine（意为精简指令集计算机，简称ARM）。

工程师们解释说，早期的计算机处理器都是基于复杂指令集（CISC），但是后来人们发现，整个指令集中大约只有20%的指令经常被用到，于是美国加州大学伯克利分校的David Patterson教授在1979年提出精简指令集（RISC）的想法，主张硬件应该专心加速常用指令，较为复杂的指令也应该利用常用指令进行组合。这就是CISC和RISC的本质区别。这也决定了性能复杂、功耗高、成本高的X86更适合PC和服务器，功耗低、成本低的ARM更适合手机、平板等便携式消费电子产品。

值得注意的是，Acorn Computer Ltd在上世纪80年代初期获得订单，到80年代中期才开发了32位指令集的ARM 1，因此Acorn当时被迫采用的是由MOS科技公司提供的8位指令集处理器。到1984年，大约80%的英国学校都配备了Acorn Computer Ltd生产的电脑。因此，Acorn Computer Ltd当时也被誉为“英国的苹果公司”。

ARM 1也没有一举改变Acorn Computer Ltd，因为同样在1985年推出的英特尔80386，在性能上大大优于ARM 1。

与此同时，Acorn Computer Ltd 49.3%的股份于1985年2月被IT巨头Olivetti收购。在Olivetti的构想中，ARM处理器应该专注于研发，因此Acorn Computer Ltd独立发展，而Acorn Computer Ltd、Apple、VLSI于1990年11月共同出资创建了如今专注于芯片研发的ARM公司，Acorn RISC Machine也由此更名为Advanced RISC Machine（意为进阶精简指令集计算机，也简称ARM）。

实际上，直到上世纪80年代末期，ARM 1、ARM 2、ARM 3、ARM 4、ARM 5陆续被开发出来，尽管在性能上不断取得进步，但是在市场上并未取得很大的突破。直到80年代末期，苹果公司开始与Acorn Computer Ltd合作开发ARM核心，并且在1990年成立合资公司，ARM 6在1991年被试产，并被作为Apple Newton PDA（牛顿掌上电脑）的芯片内核，ARM架构才更多地被便携式电子产品厂商接受。牛顿掌上电脑是苹果公司对掌上智能设备的首次尝试，也是搭配触控笔使用的首款智能设备，尽管当时市场表现非常失败，但被评价为“超前15年”的产品。

与苹果公司的合作，逐渐为ARM打开了通向便携式电子产品这一新市场的大门。从上世纪90年代初期开始，ARM逐渐通过出售半导体知识产权核心（IP Core）的经营模式，与德州仪器、Cirrus Logic、Atmel、Freecale、博通、富士通、IBM、英特尔、英伟达、任天堂、恩智浦、三星电子、夏普、高通、华为等全球各地的巨头公司建立了广泛的业务联系，授权这些厂商依据自己的知识产权设计并制作微控制器和中央处理器。

1998年4月登陆英国伦敦证交所和美国纳斯达克之后，数据显示，2008年全球基于ARM技术的芯片累计出货量已经达到100亿片。2015年，全球基于ARM技术的芯片销量已经突破150亿片。

华为

三分天下，要占其一

对照ARM发轫于PC互联网初期、勃兴于移动互联网的发展历程，开始于数字程控电话时代、崛起于3G和4G时代的华为也有颇多类似之处。

中国首套万门程控电话交换机1982年11月27日在福建省福州市开通，标志着中国正式进入数字程控电话时代。但福州用的是当时世界上最先进的日本富士通的F150程控交换机，当时中国数字程控交换机市场更是“七国八制”（包括日本、美国等七个国家八个制式的产品），被进口品牌把持。

正是在这种背景下，任正非于1987年在深圳创立了华为公司。经一位朋友介绍，任正非做起了用户交换机（PBX）的代理生意，代理的是中国香港一家用户交换机。这种交换机，当时主要用于企事业单位的电话分机。

做代理日子勉强过得去，但任正非很快发现，随着更多公司进入交换机代理市场，利润越来越薄，要想继续生存必须自主研发，必须拥有自己的产品。

于是，在员工不足百人、资金非常紧张的创业初期，任正非就带领华为走上自主研发之路。

《中国经营报》记者从多位华为内部人士处了解到，华为自主研发之路与几位重要人物密不可分，一位是现在的华为副董事长、高级副总裁郑宝用，这位清华大学博士未毕业就于1989年在朋友劝说下进入华为，是华为2号员工，也是华为的总工程师。官方资料显示，华为自主研发之路始于郑宝用加入华为的1989年。

一位是任正非1991年从别的公司挖来的硬件工程师徐文伟（现在的华为董事、华为战略研究院院长）。徐文伟入职的1991年，华为集成电路设计中心成立。

在郑宝用的主持下，华为有了首款自主研发的小型模拟空分式用户交换机HJD48，在市场上获得一定的成功。但第二款空分式端局交换机JK1000，刚一问世技术就被淘汰，是一款失败的产品。

当时，在徐文伟的主持下，叶青等成功开发了华为首款数字芯片SD502。

JK1000的失败让华为境遇相当艰难。但任正非决定孤注一掷，继续自主研发C&C08数字程控交换机。据说，当时任正非说，“新产品研发不成功，你们可以换个工作，我只能从这里跳下去。”“这里”指的是深圳南油深意工业大厦的五楼。

任正非咬着牙借来十几万美元，从国外买来一套EDA设计软件，又从无锡华晶微电子有限公司挖来李征，成功开发了具有2K×2K无阻塞交换功能的专用集成电路（ASIC）——也就是一颗拇指大小的芯片，被命名为SD509。

正是基于SD509，外形紧凑美观的C&C08数字程控交换机1994年问世。C&C08以同类产品一半的价格迅速占领农村市场。华为研发的万门C型机又于1994年实现从农村到城市——对市话的突破。数字显示，C&C08在1994年的销售额为8亿元、1995年为15亿元，到2003年已累计销售额千亿元，成为全球销售量最大的交换机产品。

也是在1994年的内部讲话中，任正非为华为定下目标：十年后，全球通信行业三分天下，华为要占其一。

到1995年3月，在郑宝用的主持下，各业务部门的研发力量开始在中央研究部汇聚，华为研发开始规模化、集中化。当时设有交换机、无线等业务部，其中的基础研究部主要负责华为芯片研发。

基于自主研发的价格优势，一直是华为攻城略地的杀器，在“华为的冬天”更加凸显。到了2000年，华为已经是国内通信设备市场的“老大”，但由于在小灵通和CDMA上面的战略失误，2001年、2002年被UT斯达康和中兴抢走市场风头，营收首次负增长。任正非后来回忆，当时的“华为处在内外交困、濒于崩溃的边缘”。但华为2003年迅速集结研发力量，让小灵通的价格骤降85%，让UT斯达康和中兴的优势荡然无存。再加上此前下重注的GSM和3G业务开始在海外井喷，华为终于在2004年走出“冬天”。也是在2004年，海思半导体成立，开始更加系统地进行芯片研发。

直到2009年，华为营收达到1491亿元，超过当时的诺基亚西门子和阿尔卡特朗讯，成为全球仅次于爱立信的第二大通信设备商。任正非的“三分天下有其一”的目标实现。

但对于2004年开始独立发展的海思来说，挑战才刚刚开始。看到联发科造就的中国“山寨机”狂潮，海思在2006年开始研发自己的手机芯片解决方案，并于2009年推出首款手机应用处理器K3V1，但110纳米工艺、适配Windows Mobile操作系统的K3V1，与当时主流产品差距甚远，连一款工程机都没出。

三年之后的2012年，改进版的K3V2诞生，采用ARM四核架构，并支持安卓操作系统，但在工艺上与主流的高通和三星处理器仍有差距，这导致采用K3V2的华为旗舰机D1和D2，一上市就被用户吐槽为“暖手宝”。

直到2013年6月搭载K3V2改进版本——K3V2E的华为P6上市，华为手机才有了首个销量达到400万部的产品，海思手机芯片业务也逐渐开始扬眉吐气。

在K3V2E之后，海思开始将应用处理器和自研的巴龙基带处理器集成在SOC上，并将之命名为麒麟920，且应用于2014年6月发布的荣耀6旗舰机。由此打开了海思麒麟芯片的赶超之路，海思麒麟芯片已经成为移动智能终端领域的顶级处理器。而海思麒麟芯片的加持，也让“华为+荣耀”的组合排到了全球智能手机市场的前三。

然而，就像ARM架构的精简指令集是源自美国加州大学伯克利分校一样，海思这个芯片设计领域的“厨师”，是基于ARM机构及内核、在海外EDA设计软件的帮助下完成开发，而涵盖几十门学科、几百种技术、几千类产品、几万家公司的半导体产业链，在全球早已是高度国际分工的产业，因此在美国贸易禁令之下，即便是华为做了多年准备，依然会在当下及未来受到一定的影响。

借鉴

华为海思应借鉴ARM经验

ARM和华为的一大共同之处，就是对自主研发数十年如一日坚持不懈地努力。在此基础之上，当下的华为海思应该还可以从ARM过去的成长历程中学到一些经验，而且可以从ARM当下的处境中吸引一些教训。

比如，在市场处于8位指令集向16指令集过渡的时期，ARM一开始就决心研发32位指令集，还坚决摒弃复杂指令集的主流方向，独辟蹊径地选择精简指令集的研发方向。而正是这一研发方向，塑造了ARM架构相对于X86架构的低功耗、低成本等市场优势，经过了PC互联网时代的挣扎表现，最终在移动互联网时代迎来崛起和爆发。

相对照的，在美国打压之下已经启动“备胎计划”的华为海思，不仅要用“备胎”解决当下的生产连续性问题，而且要像ARM当初那样，立足长远，看到未来是万物互联、人工智能的世界，争取在IoT、AI时代实现超越式发展。

另外，通过ARM公司的发展经验，华为海思也应该考虑将其定位为自己的商业模式。

ARM公司技术创始人、英国皇家工程院院士史蒂夫·福博曾经在深圳接受国内媒体采访时表示，“在英国的芯片行业，当时不太可能吸引到足够多的投资，所以ARM当时创造了一种产权授权的商业模式，这种模式除了让ARM在产业链上下游拥有忠实的合作伙伴之外，也能给持续的研发提供充足的资金保证。”

在商业模式上，可以说华为海思与ARM存在天壤之别。在最近的一次专访中，任正非曾告诉记者，对华为来说，主力部队是运营商业务，消费者业务以及企业业务都是辅助业务，赚了钱也要养“主力”，而海思是“主力部队”的“担架队”。言外之意，海思尽管已是独立运营，但主要是服务于华为的“云管端”大战略。实际上，在很多业界人士看来，长远来看，海思究竟应该仅仅给华为供货，还是应该成为面向全球市场的芯片厂商，是值得商榷的。

史蒂夫·福博在采访中也提到，目前全球半导体产业链已经被欧美公司把持，中国要想弯道超车，应该瞄准新方向。“要取代现有主导企业的地位是很难的，当谈到计算机架构时，主导的是IBM，个人电脑是英特尔，这些都是美国企业。移动终端是ARM（英国公司）。所以如果你想要掌握主动权，就需要及早看准新市场，并且在竞争展开之前就介入。”史蒂夫·福博也认为，“新市场”IoT是其中一个，ARM也已经有计划要主导这个市场，但能否成功还需观察。AI则是另一个。

不过，在响应美国贸易禁令、与华为暂停业务往来之后，ARM公司在国际上的处境变得微妙起来。

比如ARM创始人赫尔曼·豪瑟就公开表示，表面上来看封禁这件事短期内会对华为造成相当大的危害，但长期来看最终也会对ARM、谷歌甚至美国工业界带来严重的伤害。

“这件事之后，任何一家公司都要考虑如何减少美国总统封杀带来的风险。在跟欧洲的一些公司讨论之后，我发现他们正在考虑自己的IP产权，并将美国IP产权排除在外。这是悲剧，也是非常严重的问题。”赫尔曼·豪瑟表示。

另外，业界还认为，在英特尔X86架构、ARM架构断供的情况下，华为也可以选择另一种架构RISC-V（基于精简指令集原则的开源指令集架构）。RISC-V已于2010年始于美国加州大学伯克利分校，可以自由地应用于任何目的，任何机构和个人都可以设计、制造并销售RISC-V芯片及软件。RISC-V指令集从2014年正式开始发布第一版用户手册，后来还成为印度的国家指令集，在印度甚至出现了第一款基于RISC-V的CPU。到2018年，中国也发布了首个RISC-V的支持政策，中国开放指令生态（RISC-V）也已经正式成立。

实际上，不只是华为、中兴等中国企业，高通、三星、英特尔也已经投资RISC-V。作为RISC的主要替代者，RISC-V的逐渐兴起已经成为ARM的心头之患。

深度

逆全球化必然失败

在ARM的发展历程中，人们可以清楚地看到全球化的力量和逆全球化的后果。

当ARM还处于Acorn Computer Ltd的发展阶段时，虽然拿到PC订单，但由于在全球产业链中未能找到合适的芯片供应商，最终一方面不得不找了一家落后的芯片供应商，另一方面也不得不走上自主研发之路。

当ARM发展到Advanced RISC Machine的阶段，虽然在芯片研发上找到了自己的突破方向，但在当时主流的PC市场上仍然找不到自己的市场空间，直到移动互联网时代来临前夕，围绕ARM架构才逐渐产生了一条产业链。这条产业链由ARM公司提供基础架构，由苹果、高通、三星、华为等公司基于ARM的“菜谱”设计芯片，最终由台积电等厂商生产制造芯片。在这些芯片供应商的下游，则是一大批移动智能终端厂商。这条产业链在全球范围形成高效的资源配置，聚集的是千亿美元的产业规模。

当下，华为遭遇的境遇，则是美国特朗普政府发起的逆全球化造成的。美国政府对华为的贸易禁令，人为地切断了全球科技产业链尤其是半导体产业链，让华为面临巨大挑战，也让产业链上的欧美公司蒙受损失。

最终的结果，一种可能是中国以华为为代表的高科技企业，绕开美国的供应商，重塑自己的供应链；另一种可能是美方认识到逆全球化的危害，停止倒行逆施的行径；还有一种可能是人们不得不基于完全开放的原则，在诸如RISC-V这样的技术路径上，花费更多的时间和精力，重塑不会受到政治因素阻扰的全球化产业链。

文章来源: https://www.toutiao.com/group/6705154125664879115/