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半导体全面分析(二):设计两大巨头、EDA三分天下、四大指令集!

2019-10-14 14:27
史晨星
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高通 Qualcomm

1985 年,高通创立,总部设于美国加利福尼亚州圣迭戈市。

1989 年,推出用于无线和数据产品的码分多址(CDMA)技术。

2018 年,营收 227 亿美元,其中半导体收入174 亿美元,专利技术授权收入 53 亿美元,中国大陆收入占 66.64%。

高通主营业务分两部分,分别为QCT(高通半导体业务)与QTL(高通技术许可业务),QCT主要研发集成电路产品和系统软件产品等,骁龙芯片就属于其中;QTL 将拥有的 13 万项全球范围专利,收取高额的专利费用。

1.高额专利授权费:通过授权使用CDMA技术,收取高额费用。

2.专利反授权:高通依靠对CDMA的垄断,要求所有获得CDMA标准专利授权的厂商,必须向高通无偿提供所有通信专利授权。

3.高通税:高通强制规定,要求使用高通SOC的手机厂商,在缴纳巨额高通授权费后,还必须缴纳相当于手机价格 5%—10% 的钱作为专利费,注意,是销售定价,哪怕是你手机镶上了 100 克拉的钻石,也要按总售价收。

18. 产业:中国

海思独占鳌头,市场集中度低。

2018 年中国前十大 IC 设计公司合占 38% 市场份额,其中华为海思 503 亿元独占 20%,剩余其他 IC 设计公司市占率均不超过 5%。

2018 年,IC 设计企业为 1698 家,销售过亿元的设计企业为 208 家,我国 IC 设计行业处于快速成长期。

关于华为海思、紫光等的分析,敬请关注本公众号(史晨星 shichenxing1)后续文章。

八、IP 核

19. ISA 指令集

指令集(Instruction Set Architecture,ISA)为转化操作任务成CPU(中央处理器)可以理解的底层代码的一项硬程序,这一过程又叫做编译(compile)。指令集,说白了就是计算机芯片的底层语言,里面定义了加减乘除等等各类算法,再往下就是电信号、与非门。对于CPU来说,就是介于软件和底层硬件之间的一套程序指令的合集。指令集存储于CPU内部,引导CPU进行运算,并帮助CPU更高效地运行。

具体逻辑层次是这样的:指令集→微架构→CPU→操作系统。

指令集可以分为精简指令集 RISC(ReducedInstruction Set Computer)和复杂指令集 CISC(ComplexInstruction Set Computer)。

1978 年,英特尔率先提出了一个指令集:X86 架构。虽然能耗高点、体积大点,但性能那是嗖嗖的,几乎垄断了电脑芯片市场,成就了如日中天的英特尔。这相当于,英特尔提出造汽车用 4 个轮子,以后其他人想造 4 个轮子的汽车,就得先付授权费。

1979 年,美国加州大学伯克利分校的 David Patterson 教授发现整个指令集中,只有约 20% 的指令会经常被使用到,大约占了整个程序的80%,于是提出了 RISC 的想法,主张硬件应该专心加速常用的指令,较为复杂的指令则利用常用的指令去组合。

1983 年,实在忍受不了了,英国 ARM 公司提出了 2 个轮子的汽车方案 ARM 架构。

小结一下:

X86 架构,能耗高、体积大、性能强,主要用于电脑。

ARM 架构,能耗低、体积小、性能弱,主要用于手机。

至于其他3个轮子或5个轮子的汽车,多多少少还是有些劣势,没有形成主流。

现在世界上还活着的商用指令集只有 5 种,分别是X86、ARM、POWER(只用在IBM的服务器上,无关这里的讨论)、MIPS、RISC-V。

RISC-V:1981 年 RISC-I 开发完成,2010 年加州大学伯克利分校的 DavidPatterson教授开发完成 RISC-V 指令集,非常精简和灵活,BSD(BerkeleySoftware Distribution)开源协议允许使用者修改发布和销售。任何人都可以基于RISC-V指令集进行芯片设计和开发,然后拿去卖钱,而不需要支付授权费用。

MIPS 全名为“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked pipedstages),1984年由斯坦福大学前校长JohnHennessy创立,比较开放、到处授权、而且不限制各自新增指令另搞一套,可想而知,就是军阀割据,然后就被淘汰了。龙芯在2009年花了不到500万美元,永久买断了MIPS的授权,发展出了自己的指令集,叫LoongISA,并且增加了很多指令,实际已经趋近于复杂指令集。在这些指令集上面,只能运行Linux系统。

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