小米自研晶片，爭論背後

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過去幾天，圍繞著小米最新的“玄戒O1”晶片有了非常多的討論。除了讚揚小米實現了國產3nm晶片設計的新突破後，還有一波人圍繞著小米這顆晶片是否是自研展開了激烈討論。

進入到近日，因為Arm CSS的原因，讓整個晶片圈（媒體圈）像過年一樣熱鬧。下面，筆者分享一下對這顆這顆風口浪尖晶片討論的一些瞭解。

在介紹Arm CSS之前，我們先了解一下Arm的業務模式和提供的產品。

作為全球最大的IP公司，Arm在過去的大部分時間裡都是透過把自己的產品“授權”給使用者，收取授權費（license ）和版稅（royalty）作為主要盈利模式的。其中，授權費可以簡單看作Arm將其設計授權給你所收取的第一筆費用，至於授權的產品可以分為“Architecture license”（如蘋果和高通就是這樣授權，他們可以在Arm的框架下自定義其產品）和“IP license”（就是把公司設計好的Cortex系列處理器授權給使用者）。至於版稅，則簡單理解為在你授權了Arm的產品並設計量產晶片後，每賣出一顆晶片，需要支付給Arm的費用。

在過去，這也是Arm主要的營收來源。

雖然，Arm在過去十幾年裡發展迅猛，Arm晶片也變得無處不在。但是，和使用Arm晶片的公司比，Arm的營收和利潤相形見絀。於是，該公司開始想法子透過為客戶提供更多的服務掙錢。恰逢，在這幾年間，無論是汽車、手機還是雲廠商，都興起了自研晶片浪潮。不過，可以肯定的是，這些廠商大多可能對晶片的積累沒有聯發科、高通等老牌晶片公司高。

這時候，Arm針對移動市場推出了一個名為Total Compute Solutions（簡稱TCS）的解決方案。據介紹，Total Compute 透過採用以解決方案為中心的整體 SoC 設計方法來解決這些挑戰，超越單個 IP 元素，從整體設計和最佳化系統，從而為移動裝置帶來更豐富、更沉浸式的體驗。

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

按照Arm所說，終端 CSS滿足了日益增長的高效計算需求。它融合了 Armv9 的優勢，並基於 3nm 工藝節點，提供經過驗證且可量產的全新 Arm CPU 和 GPU 解決方案，助力晶片合作伙伴加快產品上市速度，同時利用其可擴充套件性構建差異化、市場定製的解決方案。

“終端 CSS引入了針對 3nm 工藝最佳化、可立即投入生產的強化 CPU 和 GPU 核心實現。這些核心已在多家代工廠供貨，可提供最大的靈活性。CSS for Client 還利用 CSS RTL 改進，在 3nm 晶片上提供一流的 PPA。”Arm強調。

由此可見，終端CSS的引入，讓Arm在此前的授權模式以外，提供了一種新的模式選擇。

在過去，處理器IP授權模式的被許可人被授予使用 Arm 處理器設計（即處理器的 RTL 級設計，所謂軟核）的權利。

從Ansys的一篇科普文中可以看到，所謂暫存器傳輸級（RTL）設計，是數位電路設計流程中的一個重要步驟。在指定電路的物理佈局之前，它在抽象級定義和最佳化數字設計的邏輯功能。作為積體電路設計週期的關鍵部分，它使工程師能夠在暫存器、運算子和資料流階段最佳化其設計，然後再開始考慮物理元件的實現及其連線方式。

在現代晶片的設計流程中，涉及獲取器件所需操作的規範，並將其轉化為封裝半導體晶片。RTL設計提供的抽象級別使工程師能夠專注於系統的更高級別功能，而無需考慮如何實際實現設計的細節。而在完全驗證系統的設計後，RTL綜合可用於將RTL設計的HDL程式碼表示轉換為門級網表。這是在電子設計自動化（EDA）工具中，將最終原理圖轉換為物理佈局的工具的前端。

如上所述，終端CSS的出現，讓Arm的客戶可以獲得經過驗證後的設計（硬核），降低了晶片的流片風險。特別是其將CPU、GPU和子系統整合到一起以SoC的模式交付，並提供定製能力以後，Arm加速了晶片的量產流程。

我們必須承認，Arm CSS的面世，顛覆了過去的晶片合作模式。

以前，晶片公司憑藉對前後端設計的瞭解，授權了Arm的軟核，設計出符合OEM需求的產品。但現在，CSS出現以後，Arm 似乎正在繞開晶片公司，直接向 OEM 廠商推銷其多核處理器設計。例如亞馬遜網路服務 (Graviton)、微軟 (Cobalt 100) 和谷歌 (Axion)，正是透過這種合作模式，推出其自研晶片。

從晶片設計層面看，這其實是大有裨益的。因為在過去，晶片公司拿到的是不同的軟核（甚至來自不同供應商），然後將其拼成一顆SoC，當中對技術的要求非常高，風險也非常大，晶片老法師高通也曾失手，獲得了“火龍”的稱號。

所以，SoC並不好乾的。

因此，在CSS面世之前的很長一段時間裡，市場上就有相應的晶片設計服務公司提供相應的服務。博通、GUC、 Faraday、芯原、索喜、燦芯和ASR也都在幹這個活。他們對SoC也有獨到的見解。以ASR為例，這家公司其實是一家設計自主品牌晶片的Fabless，但因為他們團隊對SoC的瞭解，市場又有需求，讓他們在過去兩年裡在這個市場爆火。很多我們熟悉的晶片新貴，也都是使用設計服務。例如谷歌的TPU，就是在博通的協助下完成的。

從這個角度看，如果小米真在這個晶片上選擇與Arm進行 CSS層面的合作（未經證實，可能性很大），其實也無可厚非。何況，如文章開頭引用的那篇文章中所說，為了提高這顆晶片的主頻，降低功耗，小米玄戒團隊花了很多心思去尋優，也與晶圓廠建立了很深入的合作，這都是一些不能忽視的投入。

而且，小米在這顆SoC的ISP和NPU上，也都選擇了自研。

在手機晶片傳統算力都已過剩的當下，如何打造領先的ISP和NPU方面，是手機晶片未來的競爭關鍵，也是打造差異化的重要來源。小米基於多年積累在這方面自研，大大提升了這顆晶片的含金量。

當然，如果以該晶片是否像高通、高通那樣基於Arm的指令集授權，自己設計出CPU為標準判斷，“玄戒O1”顯然是沒有達標的。但也如前文所說，強如高通，也是在最近幾年收購NUVIA，獲得了一大批對CPU架構有深入瞭解的人之後，才開始真正推出自主設計的CPU。

此外，基帶方面，從釋出會看來，“玄戒O1”似乎是外掛了基帶。但是你看看全球自研手機晶片巨頭蘋果，花了多少年時間才搞出C1，我們不能指望小米可以一蹴而就吧？

最後，就是否“自研”這個話題，我們稍稍討論一下。關於什麼是“自研晶片，其實這並沒有很嚴格的定義。為此，我就這個問題諮詢了ChatGPT，得到了以下回復。