小米自研芯片，争论背后

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过去几天，围绕着小米最新的“玄戒O1”芯片有了非常多的讨论。除了赞扬小米实现了国产3nm芯片设计的新突破后，还有一波人围绕着小米这颗芯片是否是自研展开了激烈讨论。

进入到近日，因为Arm CSS的原因，让整个芯片圈（媒体圈）像过年一样热闹。下面，笔者分享一下对这颗这颗风口浪尖芯片讨论的一些了解。

在介绍Arm CSS之前，我们先了解一下Arm的业务模式和提供的产品。

作为全球最大的IP公司，Arm在过去的大部分时间里都是通过把自己的产品“授权”给用户，收取授权费（license ）和版税（royalty）作为主要盈利模式的。其中，授权费可以简单看作Arm将其设计授权给你所收取的第一笔费用，至于授权的产品可以分为“Architecture license”（如苹果和高通就是这样授权，他们可以在Arm的框架下自定义其产品）和“IP license”（就是把公司设计好的Cortex系列处理器授权给用户）。至于版税，则简单理解为在你授权了Arm的产品并设计量产芯片后，每卖出一颗芯片，需要支付给Arm的费用。

在过去，这也是Arm主要的营收来源。

虽然，Arm在过去十几年里发展迅猛，Arm芯片也变得无处不在。但是，和使用Arm芯片的公司比，Arm的营收和利润相形见绌。于是，该公司开始想法子通过为客户提供更多的服务挣钱。恰逢，在这几年间，无论是汽车、手机还是云厂商，都兴起了自研芯片浪潮。不过，可以肯定的是，这些厂商大多可能对芯片的积累没有联发科、高通等老牌芯片公司高。

这时候，Arm针对移动市场推出了一个名为Total Compute Solutions（简称TCS）的解决方案。据介绍，Total Compute 通过采用以解决方案为中心的整体 SoC 设计方法来解决这些挑战，超越单个 IP 元素，从整体设计和优化系统，从而为移动设备带来更丰富、更沉浸式的体验。

但在TCS2023以后，Arm似乎用“终端CSS”（Compute System for client）代替了前者。

按照Arm所说，终端 CSS满足了日益增长的高效计算需求。它融合了 Armv9 的优势，并基于 3nm 工艺节点，提供经过验证且可量产的全新 Arm CPU 和 GPU 解决方案，助力芯片合作伙伴加快产品上市速度，同时利用其可扩展性构建差异化、市场定制的解决方案。

“终端 CSS引入了针对 3nm 工艺优化、可立即投入生产的强化 CPU 和 GPU 核心实现。这些核心已在多家代工厂供货，可提供最大的灵活性。CSS for Client 还利用 CSS RTL 改进，在 3nm 芯片上提供一流的 PPA。”Arm强调。

由此可见，终端CSS的引入，让Arm在此前的授权模式以外，提供了一种新的模式选择。

在过去，处理器IP授权模式的被许可人被授予使用 Arm 处理器设计（即处理器的 RTL 级设计，所谓软核）的权利。

从Ansys的一篇科普文中可以看到，所谓寄存器传输级（RTL）设计，是数字电路设计流程中的一个重要步骤。在指定电路的物理布局之前，它在抽象级定义和优化数字设计的逻辑功能。作为集成电路设计周期的关键部分，它使工程师能够在寄存器、运算符和数据流阶段优化其设计，然后再开始考虑物理组件的实现及其连接方式。

在现代芯片的设计流程中，涉及获取器件所需操作的规范，并将其转化为封装半导体芯片。RTL设计提供的抽象级别使工程师能够专注于系统的更高级别功能，而无需考虑如何实际实现设计的细节。而在完全验证系统的设计后，RTL综合可用于将RTL设计的HDL代码表示转换为门级网表。这是在电子设计自动化（EDA）工具中，将最终原理图转换为物理布局的工具的前端。

如上所述，终端CSS的出现，让Arm的客户可以获得经过验证后的设计（硬核），降低了芯片的流片风险。特别是其将CPU、GPU和子系统集成到一起以SoC的模式交付，并提供定制能力以后，Arm加速了芯片的量产流程。

我们必须承认，Arm CSS的面世，颠覆了过去的芯片合作模式。

以前，芯片公司凭借对前后端设计的了解，授权了Arm的软核，设计出符合OEM需求的产品。但现在，CSS出现以后，Arm 似乎正在绕开芯片公司，直接向 OEM 厂商推销其多核处理器设计。例如亚马逊网络服务 (Graviton)、微软 (Cobalt 100) 和谷歌 (Axion)，正是通过这种合作模式，推出其自研芯片。

从芯片设计层面看，这其实是大有裨益的。因为在过去，芯片公司拿到的是不同的软核（甚至来自不同供应商），然后将其拼成一颗SoC，当中对技术的要求非常高，风险也非常大，芯片老法师高通也曾失手，获得了“火龙”的称号。

所以，SoC并不好干的。

因此，在CSS面世之前的很长一段时间里，市场上就有相应的芯片设计服务公司提供相应的服务。博通、GUC、 Faraday、芯原、索喜、灿芯和ASR也都在干这个活。他们对SoC也有独到的见解。以ASR为例，这家公司其实是一家设计自主品牌芯片的Fabless，但因为他们团队对SoC的了解，市场又有需求，让他们在过去两年里在这个市场爆火。很多我们熟悉的芯片新贵，也都是使用设计服务。例如谷歌的TPU，就是在博通的协助下完成的。

从这个角度看，如果小米真在这个芯片上选择与Arm进行 CSS层面的合作（未经证实，可能性很大），其实也无可厚非。何况，如文章开头引用的那篇文章中所说，为了提高这颗芯片的主频，降低功耗，小米玄戒团队花了很多心思去寻优，也与晶圆厂建立了很深入的合作，这都是一些不能忽视的投入。

而且，小米在这颗SoC的ISP和NPU上，也都选择了自研。

在手机芯片传统算力都已过剩的当下，如何打造领先的ISP和NPU方面，是手机芯片未来的竞争关键，也是打造差异化的重要来源。小米基于多年积累在这方面自研，大大提升了这颗芯片的含金量。

当然，如果以该芯片是否像高通、高通那样基于Arm的指令集授权，自己设计出CPU为标准判断，“玄戒O1”显然是没有达标的。但也如前文所说，强如高通，也是在最近几年收购NUVIA，获得了一大批对CPU架构有深入了解的人之后，才开始真正推出自主设计的CPU。

此外，基带方面，从发布会看来，“玄戒O1”似乎是外挂了基带。但是你看看全球自研手机芯片巨头苹果，花了多少年时间才搞出C1，我们不能指望小米可以一蹴而就吧？

最后，就是否“自研”这个话题，我们稍稍讨论一下。关于什么是“自研芯片，其实这并没有很严格的定义。为此，我就这个问题咨询了ChatGPT，得到了以下回复。

不得不说，ChatGPT是一个很严格的大模型，按照他说，自研需要芯片设计公司在架构设计、指令集选择、功能模块定制、性能调优、软硬件协同优化等方面具有主导权。综上所述，你怎么看小米这颗芯片？

当然，笔者同时还有了一个新的疑问，Arm未来在所谓的“大算力”芯片方面，还会开放处理器IP授权吗？

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