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ARM依赖症的根源是缺乏独立自主的决心和能力

铁流 · 2020-01-31 · 来源:铁君公众号
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国产ARM与龙芯申威最大的分歧,在于到底是另起炉灶,独立自主,自力更生,还是继续依赖洋人,继续依赖国外技术。

  在交流中,不少ARM的支持者将ARM CPU视为中国实现CPU自主可控的希望之光。一位网友认为,跟随ARM容易形成全球庞大的产业链,有助于市场化,并认为自主构建一套技术体系花钱太多,还是跟随ARM划算。另一位网友则认为,中国现在是要联合全世界来对抗美国,而不是关起门来闭门造车。还有观点认为,申威是Alpha,龙芯是MIPS,都是外来户,ARM主要还是英国资本和日本资本,相对来说风险有限。铁流认为,上述观点都是值得商榷的。

  形成全球庞大产业链只是一厢情愿

  就全球来看,ARM服务器CPU退潮是大势所趋,AMD、高通、博通都已经退出,新加入的是Marvell和亚马逊。Marvell是传统的网络芯片大厂,而亚马逊则是新兴互联网企业。看起来是“上下搭档”,“有进有出”,但仔细分析会发现,重量级玩家已经退场了。

  亚马逊的ARM服务器有很强的玩票性质,做出来的SoC还不如台积电,此前,台积电自行设计的A72验证处理器主频高达4G,比亚马逊做的2.3G主频高一截。目前,亚马逊AWS云服务的核心业务仍然大部分基于x86,ARM处理器则仅仅应用于部分存储管理等边缘场合。出于AWS目前的客户基础,短期转向ARM并不现实。在此铁流推测亚马逊此举是为了面向Intel等传统服务器厂商获得更大的议价空间。众所周知,CPU类产品必须具有巨大的销量基础和蓬勃的演进能力才能在产品化的路上获得成功。但是亚马逊的企业性质决定了其Arm处理器很难对外销售,而内部应用前景也有有限。目前,亚马逊新一代的ARM芯片性能比第一代ARM芯片Graviton有所提升,只是这点提升还是非常有限,远远达不到威胁英特尔的地步。我们认为这颗处理器更偏向于商业博弈中的一颗棋子。

  Marvell的主营业务也不是Thunder X2这款ARM服务器CPU,Thunder X2是收购凯为获得的。Cavium曾经专注于基于MIPS的定制化网络设备处理器,CN6xxx在网络设备市场上叱咤风云,Arm业务是博通放弃后买来的。凯为的Arm服务器产品更多的是在服务网络设备之余尝试的进攻。Marvell在其主营业务网络芯片方面盈利能力很强,继承自Cavium的MIPS处理器产品线也有思科,Ubnt等一系列忠实客户。做ARM服务器CPU,更多的还是尝试性质的去跟风搭便车,投入大量真金白银去“开荒”的可能性非常低。

  目前,公有云服务攻势迅猛,企业的服务器市场稍显疲态,Lenovo,HP Enterprise,Dell等传统厂商压力颇大。Amazon,Microsoft,Google 正争分夺秒地建云数据中心,不可能浪费时间和金钱去为了用ARM而选择ARM(这种事情只有政府被政商关系绑架后会这么做)。业内有句俗话说,“只要量够大,芯片沙子价”,这些云服务厂商在Intel面前有很强的议价能力,Intel甚至为亚马逊的AWS定制了几个型号的专属处理器,目前的ARM阵营从性能、规模到生态都无法做到在面向客户的成本上与Intel竞争,更何况x86市场上还有AMD在对Intel旁侧敲击。Intel根本不怕被Arm抢走数据中心的市场,反而更怕GPU/FPGA/ASIC加速,原来用4颗CPU,现在用一颗CPU加两颗GPU。市场需求少了四分之三。

  可以说,就欧美市场来说,不像国内有安全项目,更没有相关部门指定品牌,以政治任务的方式强推ARM服务器CPU,ARM服务器CPU在国外连根据地都找不到。需要指出的是,ARM嵌入式与移动设备产业链成熟,但此处成熟,不代表着有ARM在PC和服务器上能够形成成熟产业链。正如x86在PC和服务器上很成熟,但在移动设备方面屡战屡败。因此,想要形成所谓(ARM PC和服务器)全球庞大的产业链只是南柯一梦。

  龙芯申威发展路线与国产ARM CPU有明显差异

  有网友认为,申威买Alpha授权,龙芯买MIPS授权,华为买ARM授权,大家都差不多,ARM主要还是英国资本和日本资本,相对来说风险有限。然而,这种强行把龙芯申威的自主性拉下一个台阶的说辞,是非常值得商榷的。

  首先,申威不是Alpha,申威的指令集是国内自主定义的SW64,这一点国内权威部门做过鉴定,美国田纳西大学教授、TOP500创始人Dongarra Jack发布的文档也说明,SW64不是DEC的Alpha。不知道是不是神威太湖之光超算取得的成绩太过耀眼,以及申威自主定义指令集的做法在皇协军眼中太刺眼,因而国内一伙人非常喜欢给申威找一个爹,哪怕这个爹已经“死”了20年,这样才能贬低申威的自主性,把申威降到和国产ARM一个水平。

  其次,把龙芯视为MIPS麾下的打工仔也不客观。也许是国产ARM是ARM麾下的打工仔,因而一些人将龙芯贬低为MIPS麾下的打工仔,这样就可以把龙芯的自主性降到国产ARM一个水平。事实上,这种论调是经不起推敲的。龙芯能够自主添加指令集,已经在MIPS的基础上,扩充了1000多条指令,并形成了自己的LoongISA,而且已经发展到LoongISA 2.0,关键的基础软件自己维护,Linux对于龙芯的支持也非常给力,一些软件在发布时也有分龙芯版和MIPS版,还有一些虽然两者并为同一个版本,但是可以在运行时动态探测处理器型号而在龙芯处理器上应用龙芯拓展指令加速优化。龙芯面向MIPS更像伙伴关系,在龙芯对很多软件进行移植优化的时候,也不忘同时带上其他MIPS处理器的支持,在v8,OpenJDK等JIT虚拟机中,龙芯都已经成为了整个MIPS架构的代码维护者。最近UOS也把Loongson内核与x86内核、ARM内核并列,其中一项亮眼的更新是增加了对龙芯3A4000的支持。

  龙芯在MIPS的软件生态方面已经获得了一定的主导地位。龙芯成为了Java运行环境OpenJDK 13的一大贡献者,现在维护着上游MIPS架构和龙芯扩展的代码。诸多多媒体库,例如FFmpeg,libvpx,OpenH264,libyuv等,都已经由龙芯针对自己的MMI以及MIPS的MSA等向量指令进行优化并提交给上游。有些库支持龙芯扩展指令甚至比支持MIPS的扩展指令还早。Linux内核的上游也一样被龙芯生态链成员维护着。龙芯在开源软件方面已经获得了一定的发言与控制权。

  龙芯对MIPS的扩展也越来越深入,从最开始的扩展运算访存以及二进制翻译指令,到后来的硬件页表索引以及虚拟化指令,再到现在对基础指令进行更加高效的替换。3A4000引入的AMO原子操作系列指令代替了MIPS原先的LLSC系列指令,使得应用多线程操作的效率大大提高。PC相对寻址指令则可以解决MIPS当前在PIC/PIE实现方面依赖特殊的“abicall”机制,效率较低的瓶颈。Cpucfg则解决了MIPS平台下应用无法识别CPU对扩展指令支持的弊病。龙芯在兼容MIPS的同时也在一点点甩掉来自MIPS的历史包袱,从底层创新。这是其他ARM的附庸想都不敢想的。Arm指令集本身一般不允许客户随意扩展,而其官方对指令集的演进扩充流程需要复杂的投票决议,有很长的决策周期,对各种需求无法作出快速响应。即便国内ARM阵营厂商私自添加指令,也存在被解读为非法指令的风险,不仅无助于性能提升,反而会带来稳定性问题。不仅仅是指令集,在GIC中断控制器,PSCI电源管理接口方面Arm也有严格的标准限制,厂商的自由度很小。

  还有一点非常关键,MIPS几经转手,现在的母公司已经放弃了R6之前的版本,专心推进为嵌入式及IoT设备设计的R6,而龙芯目前的指令结构则基于MIPS R2以及部分来自R5的ASE。作为第一个商用的RISC指令集,MIPS的不少专利已经过期或快过期了。MIPS非常学院派,允许大家添加指令集,这就导致MIPS生态破碎化,加上MIPS非常弱势,这就给龙芯创造了机会。打个比方,MIPS作为最早商用的RISC指令集,影响力还是有的,地位有点像汉献帝,但比较弱势,在这种情况下,龙芯有机会去当董卓或曹操的。

  ARM则非常强势,ARM主流生态基本无可撼动,整个产业链都是跟着ARM的步伐走,不可能放弃ARM主流生态,来追随国产ARM厂商。ARM地位就像汉武帝,哪怕麾下大将再能打,也不可能翻天,只能给汉武帝打工一辈子。运气差的,被巫蛊之祸(川普制裁)牵连,没准还要重蹈赵破奴的命运。诚然,现在ARM主要还是英国资本和日本资本,但这两个都不是中国的好朋友,反而是美国的盟友和小弟。

  何况ARM指令集授权费用很贵,而且不断发展,必须一直买,而龙芯、申威、RISC-V都没有这方面的负担。就构建产业链来说,国产ARM厂商只能成为产业链的一个打工者,类似于联想、华为在Wintel体系和AA体系中被剥削,只能赚血汗钱,洋人赚取高额利润。这种模式不利于一个产业的长远发展。而龙芯、申威、RISC-V构建的红色产业链,则不存在这方面的问题。

  跟随ARM做PC和服务器同样耗费大量资金

  有观点认为,自主构建一套技术体系花钱太多,还是跟随ARM划算。但从实际上看,跟着ARM做PC和服务器,同样非常烧钱,个别寡头为此到处圈地修园子,进而绑架地方政府要政策。

  近期,某寡头为了获取国家资源倾斜在全国各地圈地建产业园,以下为网友搜集的信息:

  2019年7月,H公司在厦门签订协议,建设ARM服务器产业基地。

  2019年8月,H公司在成都签订合作协议,ARM服务器产业基地落户成都天府新区。同月,H公司在重庆、上海、南京签订协议,建立产业基地或创新中心。

  2019年9月,H公司与深圳市政府签订《联合打造全国鲲鹏产业示范区战略合作协议》,全力打造鲲鹏总部基地。

  2019年10月,北京鲲鹏产业项目落户北京市朝阳区。同月,H公司在山西与百信合作,生产基地年产鲲鹏PC 60万台。

  11月和12月,H公司先后在河南、四川、山东签订协议,与地方政府、合作伙伴搞“天宫”、“黄河”品牌的ARM服务器和个人电脑。

  2020年1月,H公司在浙江宁波建产业园,并推出“鹏霄”服务器

  据小道消息,H公司与江西省政府也在谈,一位省LD力推,并将品牌命名为“井冈山”、“三清山”。H公司与陕西也在谈,并将品牌命名为“秦岭”。另外,在福州、长春等地,H公司也有所布局。

  相比于H公司,C公司在圈地方面也毫不逊色。

  2019年7月11日,中国C公司与郑州市政府、郑州市高新区管委会在郑州签署合作协议,打造ARM服务器、PC产业生态。

  2019年7月15日,中国C公司科技集团股份有限公司与太原市人民政府签署中国C公司智能制造(山西)基地战略合作框架协议。

  2019年12月9日,新疆C公司计算机系统有限公司总经理曹泽伟与乌鲁木齐市人民政府签署《中国C公司(新疆)自主创新基地合作框架协议》。

  2019年12月10日,合肥高新区与中国C公司在市政务中心签署战略合作协议。

  2019年12月23日,中国电子与温州市人民政府在温州签订战略合作协议,在网络安全、智能制造、健康医疗大数据、现代数字城市建设等领域开展合作。同时,中国C公司也与温州浙南沿海先进装备产业集聚区签订了“中国C公司(温州)自主创新基地”合作协议。

  说明一下,以上为网友不完全统计这种短时间里高频率全国各地圈地建产业基地的行为,不知是否超过了正常商业经营范畴,没准是冲着地方优惠政策去的,在产业基地建立后,一方面圈下的地就非常值钱,早些年某车企就有圈地收益超高卖车收益的奇葩案例。另一方面,产业基地建好后,又可以绑架地方政府,要求政策扶持,或将在商业市场上卖不出去的ARM服务器往政府采购塞。

  之所以该寡头这样到处圈地建产业园,劝说政府海量投资或给予优惠政策,就是因为跟随ARM做PC和服务器同样非常花钱,该寡头单靠自己未必有信心,所以到处圈地绑着地方政府一起去填坑。

  必须说明的是,跟着ARM做PC和服务器,哪怕耗费巨资最后做起来了,产业生态也是ARM的,最大受益者的ARM和日本软银,ARM可以通过ARM税赚取高额利润。

  而建设自主技术体系,建成之后,如果在相关单位铺开,那么,就可以把英特尔、微软、ARM等国际寡头赶出相关单位市场。如今进一步在商业市场铺开,就有望将英特尔、微软、ARM赶出中国市场,或者削减其在中国市场赚取的利润。

  同样需要政府大力支持,需要国有资金大量烧钱,为啥政府要拿纳税人的钱给ARM做嫁衣,不把国有资源用在建中国自己的Wintel上呢?

  践上看,某国产ARM厂商2018年最终营业利润173.2万元,减去存款利息979.9(银行账户里有4亿存款)和8209.99其他收入(猜测是补贴),2018年亏损了9016.69万元。

  相比之下,一直被抨击生态不行,商业前景不行的龙芯,国家扶持最小,逼得龙芯只能去拿鼎晖、横琴利禾博的风投,反倒在2015年就实现了自负盈亏。

  

  自主研发不等于闭门造车

  有一种观点认为,自主研发自建生态是闭门造车,中国现在是要联合全世界来对抗美国,而不是关起门来闭门造车。

  这种论点把独立自主,自力更生等同于闭门造车,是非常值得商榷的。按照自己独立研发或掌握核心技术就是闭门造车的逻辑,全世界闭门造车最严重的就是美国,美国能够实现原材料、设备、设计、制造、封装测试全产业链,而且是高度自主可控,自主研发。恰恰美国在半导体技术上全国领先,我们应该以美国为师,按照美国做的做。凡是美国自己做的,中国都应当自己做,凡是美国找华为、联想合作的东西,中国也可以找戴尔和惠普合作。

  诚然,美国已经把一部分产业转移到了日本、韩国和中国台湾,并与欧洲和东亚盟友一起构建了一套全球产业链。但美国能玩转这套体系是有前提的,那就是美国在军事上独步全球,全球各地都有美军基地,大洋之上是美国航母战斗群,而这些是当下的中国所不具备的。

  构建全球产业链来说,什么时候海峡两岸实现统一,欧洲日本韩国有PLA驻军,太平洋、印度洋、大西洋上PLA海军可以和美国海军分庭抗礼。那么,这个时候,中国才有资格谈构建全球产业链否则,建起了的全球产业链压根不牢靠,中国只是在西方掌控的产业链里当一个打工者,只能赚血汗钱,而且很容易被人卡脖子。

  一位网友表示,所谓的自主,就是自己想干嘛都行:

  可以把自己的CPU给开源了;

  不需要向英特尔、ARM缴纳专利费;

  核心IP自己写,且可以出售IP核,产品内核可以不依赖外部进行稳定的升级和迭代,可以帮助其它厂商进行差异化的商业设计;

  可以帮军队等进行设计;

  可以在任何工厂进行生产;

  可以把产品卖给美国不爽的国家;

  可以给下游厂商提供完善的设计工具链和设计服务;

  自己有一套独立于Wintel、AA的生态体系。

  ......

  本质上说,国产ARM与龙芯申威最大的分歧,在于到底是另起炉灶,独立自主,自力更生,还是继续依赖洋人,继续依赖国外技术。在川普对中国非常不友好的大背景下,到底应该选择那条路是显而易见的。

  一些人坚定的支持ARM路线,并将其包装为自主可控,塞进八大行业和相关单位,一方面有利益因素,已经上了ARM的贼船,沉没成本太高,只能硬着头皮接着干。另一方面,也是缺乏独立自主的决心和能力,不敢独立自主,自立根生。

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