与 RISC-V 争锋？Arm 推出 CPU 自定义指令，进军物联网芯片市场

10 月 9 日，在加利福尼亚州圣何塞举行的 Arm TechCon 2019 大会上，Arm 首席执行官 Simon Segars 宣布在部分 CPU 内核中引入自定义指令功能，即客户能够编写自己的定制指令来加速其特定用例、嵌入式和物联网应用程序。

可嵌入 CPU 的自定义指令

Arm此次推出的 Arm Custom Instructions（Arm 自定义指令集）是 Armv8-M 架构的一项新功能，它能够使得 SoC 设计人员为特定的嵌入式和物联网应用程序添加自己的指令，这也就意味着 Arm 自身内核架构的灵活性得到了一定的提高。

据了解，该功能主要适用于 Cortex-M33 内核及以后的 Cortex-M CPU 系列，Arm 在会上表示，从 2020 上半年起，所有使用上述 CPU 内核的 Arm 客户都可以免费使用自定义指令功能，也就是说，Arm 不会因为自定义指令对新的或既有授权厂商收取额外的费用。

另外，此功能还允许客户根据自己的实际情况，对 ML、AI 等不同领域的边缘计算，进行优化以及各种类型加速器的扩展。

Arm Cortex-M CPU 是 Arm 历来最成功的 CPU 之一，迄今为止，Arm 的半导体合作伙伴已经出货超过 500 亿颗芯片。当前 Arm 已经与许多合作伙伴有所合作，以支持自定义指令，这些合作伙伴包括 IAR Systems、恩智浦、Silicon Labs、ST 意法半导体等。

自定义指令的工作原理

Arm 客户可以通过启用自定义指令对 CPU 进行相关修改，Arm 会提前为处理器保留编码空间，以便设计人员可以添加自定义数据路径扩展。另外，此项功能在提高了 Arm 架构灵活性的同时，还可以保持现有软件生态系统的完整性。

编码空间有多个区域可供定制，根据要实现的指令类型，可以选择使用区域的数量，最多 8 个。Arm 自定义指令能够在处理器内添加一个可自定义的模块，该模块由预解码指令驱动，与 CPU 的标准算术逻辑单元(ALU)具有相同的接口。

Arm 自定义 Armv8-M 配置空间

自定义指令的好处

Arm 推出自定义指令，有助于解决 Arm 架构的两个局限性：开发芯片的成本和芯片设计的灵活性。自定义指令的新能力，使得当前 Arm 客户能够利用 Arm 工具和其完善的生态系统，更轻松地利用 Arm IP 进行开发设计芯片。

2019 年 7 月，Arm 曾宣布推出新的灵活接入 IP 授权方式——Arm Flexible Access。它允许芯片设计师在为最终的支付授权费之前，尝试不同的芯片设计，这也使得客户可以根据需求评估更广泛的产品。Arm 此次推出的自定义指令与其相结合，可以进一步增强 Arm 芯片合作伙伴的灵活性和差异化。

与 RISC-V 争锋？

Arm 凭借处理器 IP 授权的商业模式，占据了移动端芯片市场的大多数份额，随着移动手机的普及，Arm 在移动互联网领域的生态建设更加完善。然而，物联网时代的到来，却削减了 Arm 这种多年积累的生态优势。

物联网市场具有碎片化的特性，这也就意味着其对芯片相关性能的要求不尽相同。传统 Arm 处理器 IP 的不可扩展，使其在物联网的应用环境中，难以灵活使用，再加上高昂的授权费用，许多的芯片设计厂商望而却步。

但是，与 Arm 的劣势不同，RISC-V架构在物联网市场却占据了一定的有利地位。

RISC-V 是一个基于精简指令集原则的开源指令集架构（ISA），作为一种开源处理器架构，芯片设计厂商可以免费使用 RISC-V 进行设计，成本大大减少。另外，RISC-V 基于小型、快速、低功耗等现实情况设计，而且其设计者也并没有对特定的微架构进行过度的设计，这也就意味着，与 Arm 架构相比，RISC-V 不仅自主可控，还能够更加的灵活。

面对来势汹汹的 RISC-V，Arm 做出了一系列动作，无论是今年 7 月份的改变 IP 授权方式，还是此次推出的自定义指令，都指向了一点：为争夺物联网市场，应对来自 RISC-V 的挑战，Arm 正在进行着改变。

写在后面

早在 2017 年 6 月 20 日，Arm 就已经宣布其 Cortex-M0/M3 处理器内核免收授权费用，版权费也很低，其目的或许就在于吸引更多从事物联网的厂商采用 Arm 的这两个内核，进而占领更多的物联网芯片市场。

随着后摩尔时代的到来，边缘计算性能不断增长的需求，促使 Arm 在物联网市场更进一步的押注，本次自定义指令的推出，更是表明了这一点。

但是，RISC-V 的开源特性无疑是其在物联网芯片市场立足的优势所在。“自主可控”的特性为 RISC-V 带来了广泛的群众基础，目前国内的平头哥、兆易创新、华米、乐鑫、芯来、格兰仕等众多厂商都有推出基于 RISC-V 架构的芯片。

面对日益壮大的物联网市场，Arm 是否能够抓住机遇，凭借近期的各种措施，占据一定量的市场份额呢？又或者“开源”的指令集架构把控偌大的物联网芯片市场？

未来，鹿死谁手，让我们拭目以待。