中興事件引起了全球的轟動(dòng)，大家的目光聚集在服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)底層芯片技術(shù)缺乏之上。紫光等國(guó)產(chǎn)芯片供應(yīng)商股票應(yīng)聲上漲。

此次事件反應(yīng)出了我國(guó)在芯片及其產(chǎn)業(yè)鏈上較為薄弱；畢竟PC時(shí)代，我們起步時(shí)間太晚。不過(guò)在隨即到來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)（芯片）時(shí)代，我們還是有希望實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的。物聯(lián)網(wǎng)芯片作為萬(wàn)物互聯(lián)的重要部分之一，包含安全芯片、移動(dòng)支付芯片、通訊射頻芯片和身份識(shí)別類(lèi)芯片等芯片產(chǎn)業(yè)，預(yù)計(jì)2020年我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模將達(dá)1.5萬(wàn)億。接下來(lái)本篇文章主要介紹物聯(lián)網(wǎng)主控芯片的幾種架構(gòu)。

國(guó)內(nèi)外巨頭紛紛布局物聯(lián)網(wǎng)芯片

物聯(lián)網(wǎng)光明的市場(chǎng)前景和尚未定型的IoT主控芯片架構(gòu)市場(chǎng)，引得國(guó)內(nèi)外巨頭紛紛發(fā)力，搶占制高點(diǎn)。

國(guó)外方面，英特爾早在2014年便發(fā)布基于x86的名為愛(ài)迪生（Edison）芯片，緊接著2015年推出基于x86的居里（Curie）芯片；高通自然也不甘停滯于移動(dòng)領(lǐng)域，于2016年首發(fā)基于自己Krait300架構(gòu)驍龍600E和410E物聯(lián)網(wǎng)芯片，Krait300架構(gòu)是基于ARM V7 指令集的，性能介于ARM設(shè)計(jì)的A9、A15架構(gòu)之間；三星也于2015年便發(fā)布Artik1、5、10三款物聯(lián)網(wǎng)芯片，均基于ARM架構(gòu)。此外，谷歌、AMD、英偉達(dá)等巨頭也紛紛研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)芯片。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，聯(lián)發(fā)科在2015年便推出基于ARM v7架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)芯片MT2503，已廣泛用于共享單車(chē)領(lǐng)域，并于今年與微軟達(dá)成協(xié)議，合作推出首款A(yù)zureSphere芯片MT3620；華為海思于2016年9月推出首款正式商用物聯(lián)網(wǎng)芯片，其Boudica 120、150芯片也于2017年下半年大規(guī)模出貨，均基于ARM架構(gòu)；此外，中芯國(guó)際、華虹宏力、臺(tái)積電、展訊、華潤(rùn)微、聯(lián)芯科技等廠商也紛紛布局物聯(lián)網(wǎng)芯片市場(chǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)芯片架構(gòu)

萬(wàn)物互聯(lián)的前提是智能終端設(shè)備與傳感器的連接，其應(yīng)用場(chǎng)景和特性使得物聯(lián)網(wǎng)芯片偏向低功耗和高整合度，低功耗使得開(kāi)發(fā)人員能夠?yàn)楣氖芟拊O(shè)備增添功能，同時(shí)保持芯片尺寸，擴(kuò)大應(yīng)用可能性。添加高集成度的元件可實(shí)現(xiàn)芯片的即插即用，簡(jiǎn)化應(yīng)用開(kāi)發(fā)，方便設(shè)備更新?lián)Q代，便于產(chǎn)品快速推向市場(chǎng)。

由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特點(diǎn)和場(chǎng)景需求，高效、精簡(jiǎn)的指令集和低功耗的芯片是更好的選擇。因此究竟什么架構(gòu)會(huì)是適合物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)用芯片呢？

ARM架構(gòu)

隨著智能手機(jī)的發(fā)展，ARM構(gòu)架在這幾年算是大放異彩，ARM是RISC微處理器的代表作之一，最大的特點(diǎn)在于節(jié)能，廣泛的在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中被使用，甚至很多人心中默認(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)芯片就是ARM構(gòu)架。

目前市面上芯片架構(gòu)主要以x86和ARM為主。相比基于復(fù)雜指令集的x86架構(gòu)，ARM架構(gòu)由于采用精簡(jiǎn)指令集，其芯片更為精簡(jiǎn)、功耗更低，而物聯(lián)網(wǎng)的特性和應(yīng)用場(chǎng)景又要求其使用的芯片必須考慮功耗和集成度，這使得基于ARM架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)芯片在萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代占據(jù)著先天優(yōu)勢(shì)。

事實(shí)也正是如此，如上文提到的高通600E和410E物聯(lián)網(wǎng)芯片、華為Boudica 120和150物聯(lián)網(wǎng)芯片以及三星Artik1、5、10三款物聯(lián)網(wǎng)芯片，均基于ARM架構(gòu)，聯(lián)發(fā)科采用ARM v7架構(gòu)的MT2503物聯(lián)網(wǎng)芯片已廣泛用于共享單車(chē)領(lǐng)域。

x86

面前市面上基于x86架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)芯片恐怕只有英特爾一家，其2014年和2015年推出的Edison、Curie均基于x86架構(gòu)?；蛟S是意識(shí)到x86架構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的無(wú)奈，英特爾后繼針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的芯片雖仍然基于x86架構(gòu)，但在內(nèi)部精簡(jiǎn)系統(tǒng)指令并對(duì)耗能問(wèn)題進(jìn)行控制，這樣的做法也變相承認(rèn)了x86架構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代走不通。

于是Intel宣布斥資167億美元，以每股約54美元的價(jià)格收購(gòu)全球第二大FPGA廠商Altera（阿爾特拉），這是Intel成立47年以來(lái)歷史上規(guī)模最大的收購(gòu)。本次Intel的收購(gòu)對(duì)應(yīng)的估值高達(dá)35倍，這在半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)非常罕見(jiàn)。

Intel收購(gòu)Altera，主要基于三方面考慮：

第一、IBM與全球第一大FPGA廠商Xilinx合作，主攻大數(shù)據(jù)和云計(jì)算方向，這引起Intel的巨大擔(dān)憂。Intel已經(jīng)在移動(dòng)處理器落后，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算領(lǐng)域不能再落后。Intel此次與Altera合作，將開(kāi)放Intel處理器的內(nèi)部接口，形成CPU+FPGA的組合模式。其中FPGA用于整形計(jì)算，cpu進(jìn)行浮點(diǎn)計(jì)算和調(diào)度，此組合的擁有更高的單位功耗性能和更低的時(shí)延。

第二、IC設(shè)計(jì)和流片成本。隨著半導(dǎo)體制程指數(shù)增長(zhǎng)，FPGA在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)⑻娲邇r(jià)值、批量相對(duì)較小（5萬(wàn)片以下）、多通道計(jì)算的專(zhuān)用設(shè)備替代ASIC。同時(shí)，FPGA開(kāi)發(fā)周期比ASIC短50%，可以用來(lái)快速搶占市場(chǎng)

第三、Intel收購(gòu)Altera其實(shí)是看好物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的機(jī)會(huì)。之前FPGA的主要作用之一是用于原型設(shè)計(jì)，先用FPGA做功能驗(yàn)證然后用ASIC流片，是為了在節(jié)約成本的情況下更好的設(shè)計(jì)ASIC。但是隨著FPGA自身的性能、能力與可實(shí)現(xiàn)邏輯的復(fù)雜度的不斷提升，現(xiàn)在FPGA在高性能、多通道計(jì)算領(lǐng)域可以直接代替一些部分分ASIC和和DSP來(lái)使用，主要原因三點(diǎn)：并行運(yùn)算、硬件結(jié)構(gòu)可變、運(yùn)行中可以更改。

FPGA

物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)之一便是場(chǎng)景應(yīng)用的多樣性，這要求物聯(lián)網(wǎng)芯片功能不必復(fù)雜，但需滿足不同場(chǎng)景的開(kāi)發(fā)需求。FPGA的出現(xiàn)為物聯(lián)網(wǎng)芯片提供了新的可能性，其可編程設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)能幫助開(kāi)發(fā)者縮短研發(fā)時(shí)間，從硬件結(jié)構(gòu)的改變來(lái)適應(yīng)算法的要求，以滿足物聯(lián)網(wǎng)多樣性的定制化需求。

FPGA主要應(yīng)用于視頻、工業(yè)、通信、汽車(chē)等領(lǐng)域，因?yàn)檫@些領(lǐng)域一般表現(xiàn)為芯片使用量少、應(yīng)用差異化嚴(yán)重、功能沒(méi)有完善、功耗要求不高、性能要求穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。但是對(duì)于消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用領(lǐng)域而言，首要考慮的因素是價(jià)格和功能。

價(jià)格最便宜的FPGA也高于其他芯片的好幾倍，例如xilinx的FPGA價(jià)格最少是在10美金以上。除價(jià)格之外，F(xiàn)PGA的功耗至少比主控芯片高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，幾乎不可能應(yīng)用在可穿戴式設(shè)備這種領(lǐng)域中，而用在一些高端的消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)應(yīng)用較多，如高端電視機(jī)、中央空調(diào)等。

國(guó)際大廠的態(tài)度基本上都是不看好FPGA在消費(fèi)類(lèi)智能硬件中的應(yīng)用，價(jià)格和功耗是最大的挑戰(zhàn)。

雖然功耗和價(jià)格并不占優(yōu)勢(shì)，但是在定制化需求提升的情況下，F(xiàn)PGA可編程、端口靈活的優(yōu)勢(shì)就變的尤為重要。

RISC-V

除ARM外，基于精簡(jiǎn)指令集另一架構(gòu)便是RISC-V。

RISC-V是一款基于精簡(jiǎn)指令集袁澤創(chuàng)建的開(kāi)源指令集架構(gòu)（ISA），從2010年開(kāi)始RISC-V架構(gòu)出現(xiàn)到現(xiàn)在，它正在以開(kāi)源（免費(fèi)的）優(yōu)勢(shì)快速成長(zhǎng)?；赗ISC-V的芯片企業(yè)不斷出現(xiàn)，面向物聯(lián)網(wǎng)、 人工智能、嵌入式等市場(chǎng)開(kāi)放，與封閉的商業(yè)ISA表現(xiàn)出極大活力。

RISC-V指令集的設(shè)計(jì)考慮了小型、快速、低功耗的現(xiàn)實(shí)世界實(shí)現(xiàn)，但沒(méi)有對(duì)特定微架構(gòu)風(fēng)格的過(guò)度架構(gòu)。此外，RISC-V的另一大優(yōu)勢(shì)便是開(kāi)源，這也意味著廠商無(wú)需花錢(qián)去購(gòu)買(mǎi)ip，模塊化也使得用戶可根據(jù)需求自由定制，配置不同的指令子集。

據(jù)了解，目前特斯拉已加入RISC-V基金會(huì)，并考慮在新款芯片中使用RISC-V設(shè)計(jì)。西部數(shù)據(jù)和英偉達(dá)（NVIDIA）已宣布，計(jì)劃在部分產(chǎn)品中引入這種新的芯片設(shè)計(jì)。

盡管以現(xiàn)在僅有8年歷史的RISC-V架構(gòu)挑戰(zhàn)ARM還有一定難度，但是它提供了一種新的思路和方向。面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)快速成長(zhǎng)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大爆發(fā)的千載難逢的成長(zhǎng)期，開(kāi)源的RISC-V架構(gòu)帶來(lái)更低成本的芯片，必定會(huì)吸引一部分對(duì)成本敏感的IOT企業(yè)，其更好的靈活性也會(huì)帶來(lái)定制化芯片的可能。

當(dāng)然RISC-V目前還只是微處理器，對(duì)于Unix級(jí)應(yīng)用處理器而言還需要更長(zhǎng)的時(shí)間去實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。就目前市場(chǎng)來(lái)看，Intel主宰了數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域， ARM主宰移動(dòng)領(lǐng)域。而對(duì)于即將到來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，生態(tài)鏈還處于新興狀態(tài)，更低的成本和更自由的設(shè)計(jì)應(yīng)用對(duì)于RISC-V來(lái)說(shuō)也許會(huì)迎來(lái)大爆發(fā)的機(jī)遇。

ASIC

ASIC芯片的優(yōu)勢(shì)是運(yùn)算能力強(qiáng)、規(guī)模量產(chǎn)成本低，但開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、單次流片成本高，主要適用于量大、對(duì)運(yùn)算能力要求較高、開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)的領(lǐng)域，比如大部分消費(fèi)電子芯片和實(shí)驗(yàn)。

相較ASIC 來(lái)說(shuō)，F(xiàn)PGA的功耗比較大，成本優(yōu)勢(shì)也不足以支撐高性價(jià)比的物聯(lián)網(wǎng)，因此，目前針對(duì)邊緣云計(jì)算的最新應(yīng)用方案，ASIC的選用性更強(qiáng)。

ASIC可以依照產(chǎn)品需求的不同而定制化成不同的集成電路，雖然相比FPGA，ASIC性能更高、功耗更低，但其靈活性并沒(méi)FPGA好。如今年7月底，谷歌便發(fā)布了ASIC芯片Edge TPU，旨在補(bǔ)充谷歌云的TPU芯片，進(jìn)一步完善物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。

總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)芯片已成為國(guó)內(nèi)外巨頭眼中的香餑餑，英特爾x86架構(gòu)統(tǒng)治PC芯片20年，ARM架構(gòu)制霸移動(dòng)通訊芯片，已經(jīng)到來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，ARM架構(gòu)或者x86架構(gòu)還能延續(xù)輝煌嗎？

中興解禁說(shuō)明，全球電子產(chǎn)業(yè)屬于一個(gè)生態(tài)，企圖僅僅通過(guò)控制某一個(gè)環(huán)節(jié)，比如芯片來(lái)控制整個(gè)生態(tài)，是不現(xiàn)實(shí)的。而且由于是生態(tài)系統(tǒng)，相互之間也是控制和制約的，再加上芯片的需求根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域各異，沒(méi)有一個(gè)能包打天下。

目前情況來(lái)看，既要從整體生態(tài)的角度去分析和布局物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，需要在關(guān)鍵技術(shù)上，強(qiáng)化自身實(shí)力，打造創(chuàng)新壁壘。