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1.4.1 独乐乐与众乐乐——ARM公司的盈利模式

《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》第1章一文读懂CPU之三生三世,本章通过几个轻松的话题,讨论一下CPU业界的“三生三世”。本节为大家介绍独乐乐与众乐乐——ARM公司的盈利模式。

作者:胡振波来源:人民邮电出版社|2018-05-23 13:00

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1.4.1 独乐乐与众乐乐——ARM公司的盈利模式

ARM公司虽然设计开发基于ARM架构的处理器核,但是商业模式并不是直接生产处理器芯片,而是作为知识产权(Intellectual Property,IP)供应商,转让授权许可给其合作伙伴。目前,全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权,从ARM公司购买其设计的ARM处理器核,根据各自不同的应用领域,加入适当的外围电路,从而形成自己的ARM处理器芯片进入市场。

至此,我们提到了若干名词“ARM架构”“ARM架构处理器”或“ARM处理器”“ARM处理器芯片”“芯片”。为了能够阐述清楚其彼此的关系,并理解ARM公司的商业模式,下面通过一个形象的比喻加以阐述。

假设将“生产芯片”比喻为“制造一辆汽车”,我们知道在市场上有几十家品牌汽车生产商,譬如“大众”“丰田”“本田”等。那么芯片领域也有众多的芯片生产商,譬如“高通”“联发科”“三星”“德州仪器”等。有的芯片是以处理器的功能为主,我们称为“处理器芯片”,有的芯片中的处理器只是辅助的功能,我们称之为“普通芯片”或“芯片”。

就像每一辆汽车都需要一台发动机,汽车生产商需要向其他的发动机生产商采购发动机一样。每一款芯片都需要一个或者多个处理器,因此“高通”“联发科”“三星”和“德州仪器”等芯片生产商需要采购处理器,于是他们可以从ARM公司采购处理器。

所谓“ARM架构”就好像是发动机的设计图样一样,是由ARM公司发明并专利保护的“处理器架构”,ARM公司基于此架构设计的处理器便是“ARM架构处理器”或“ARM处理器”。由于ARM主要以IP的形式授权其处理器,因此常称为“ARM处理器IP”。

通过直接授权“ARM处理器IP”给其他的芯片生产商(合作伙伴),这便是ARM公司的主要盈利模式。

芯片公司每设计一款芯片,如果购买了ARM公司提供的“ARM处理器IP”,芯片公司需要支付一笔前期授权费(Upfront License Fee),之后,如果该芯片被大规模生产销售,则每卖出一片芯片均需要按其售价向ARM公司支付一定比例(譬如售价的1%~2%)的版税(Royalty Fee)。

由于ARM架构占据了绝大多数的市场份额,形成了完整的软件生态环境,在移动和嵌入式领域的芯片厂商,购买ARM处理器IP几乎成为这些厂商的首选。

就像有些有实力的汽车生产商可以自己设计制造发动机一样。有实力的芯片公司也想自己设计处理器,因此有3个选择。

第1个选择:自己发明一种处理器架构。

第2个选择:购买其他商业公司的“非ARM架构”处理器IP。

第3个选择:购买ARM公司的“ARM架构授权”而不是直接购买“ARM处理器IP”,自己定制开发基于ARM架构的处理器。

在前面的章节,我们曾经阐述了处理器架构及其衍生出的软件生态环境的重要性,探讨了为什么“非ARM架构”无法取得如ARM般巨大的成功,因此上述“第1个选择”和“第2个选择”在ARM架构占主导(譬如移动手持设备)的领域具有极大的风险。那么“第3个选择”便成为了这些有实力的芯片公司的几乎唯一选择。

就像汽车公司可以购买发动机公司的图样,然后按照自己的产品需求深度定制其发动机一样。芯片公司也可以通过购买ARM公司的“ARM架构授权”,按照自己的产品需求深度定制其自己的处理器。

转让“ARM架构授权”给其他的芯片生产商(合作伙伴),这便是ARM公司的另外一种盈利模式。

使用这种自主研发处理器的芯片在大规模生产销售后无需向ARM公司逐片支付版税,从而达到降低产品成本和提高产品差异性的效果。

只有实力最为雄厚的芯片公司才具备购买“ARM架构授权”的能力。首先,因为ARM架构授权价格极其昂贵(高达千万美元量级),远远高于直接购买“ARM处理器IP”所需的前期授权费;其次,深度定制其自研处理器需要解决极高的技术难度与投入高昂的研发成本。目前有能力坚持做到这一点的也仅有“苹果”“高通”“华为”等巨头。

综上可以看出,“ARM架构处理器”可以分为两种。

由ARM公司开发并出售的IP,也俗称为公版ARM。

由芯片公司基于ARM架构授权自主开发的私有内核,也俗称为定制自研ARM。

相对应的,ARM公司的主要盈利模式也可以分为两种。

授权“ARM处理器IP”给其他的芯片生产商(合作伙伴),收取对应的前期授权费(Upfront License Fee),以及量产后的版税。

转让“ARM架构授权”给其他的芯片生产商(合作伙伴),收取对应的架构授权费。

ARM公司的强大之处便在于其与众多合作伙伴一起构建了强大的ARM阵营,如图1-10所示。全世界目前几乎大多数主流芯片公司都直接或者间接地在使用ARM架构处理器。

ARM公司自2004年推出ARMv7内核架构时,便摒弃了以往“ARM+数字”这种处理器命名方法(之前的处理器统称经典处理器系列),启用Cortex来命名,并将Cortex系列细分为三大类,如图1-11所示。

Cortex-A:面向性能密集型系统的应用处理器核。

Cortex-R:面向实时应用的高性能核。

Cortex-M:面向各类嵌入式应用的微控制器核。

其中,Cortex-A系列与Cortex-M系列的成功尤其引人瞩目。接下来的章节将对Cortex-M系列与Cortex-A系列的成功分别加以详细论述。


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