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【转】兆芯的x86授权是怎么来的?
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2023.01.03 辽宁

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Developer of Rust/Gentoo Linux

电路受到版权的保护, 早期一些x86制造商就通过抄intel的电路来生产兼容的产品,而随着半导体制程的不断进步, 抄电路图在CPU上已经很难实现了. 而法律对Intel CPU的保护,就是专利.所谓的x86授权

, 其实指的是x86家族的专利交叉授权协议.而指令集本身,就是一串数字, 则没有任何法律保护, 因此qemu

这类模拟器可以随意模拟最新的指令集.

AMD生产x86的授权来自多场官司 最早, IBM在发布IBM PC时要求Intel将8088授权给其他厂家作为第二供应商, 而AMD则是其中的一个第二供应商.此时AMD生产的CPU电路来自Intel. 然而随着IBM PC兼容机市场的发展, 微软和intel逐渐脱离了IBM的控制. 1985年, intel发布80386后不再提供电路图给AMD, 于是AMD起诉Intel, 长达数年的诉讼后, AMD胜诉, AMD可以继续生产兼容Intel CPU的CPU但是 AMD需要自己设计电路图, 以及微码. AMD的翻身之战是AMD64的发表. 虽然Intel设法打压由于历史原因产生的其他x86制造商, 但是处于种种原因, AMD, IDT Centaur, Cyrix, VIA这些厂商仍然存在, 因此Intel联合惠普开发了全新设计的VLIW CPU 安腾. 然而当时的编译器并不能有效的利用VLIW架构,且安腾运行x86只能通过模拟,因此不受欢迎.而AMD64则是x86架构迁移到64位的改良,且兼容之前的x86软件. AMD64于1999年公开, 2000年正式发布, 2003年AMD发布第一颗实现了AMD64的处理器: 皓龙和速龙64. 2004年Intel也发布了采用该指令集的CPU.随后AMD和Intel多次签订专利交叉许可

协议, 最新一版的协议是2009年签署的: Patent Cross License Agreement, 允许双方使用对方的专利生产CPU.其中最著名的就是授权终止的条款: 如果任意一方破产, 被收购或合并, 出售, 转让等所有权发生变更的事件, 则对方可以决定是否终止协议. 需要注意的是, Intel和AMD目前均持有有效的x86的专利, 因此一旦终止该协议, 双方在达成新的协议前均不能制造含有对方专利的CPU.

VIA通过收购Cyrix和Centaur获得了生产x86 CPU的能力. Cyrix并没有和Intel达成任何协议, 而是通过净室逆向工程生产兼容Intel引脚的CPU. Intel起诉Cyrix没有授权即生产x86 CPU, 但是败诉了, Cyrix的486兼容CPU并没有使用任何Intel的专利. 随后Cyrix反诉Intel侵犯了自己的专利(总线, 电源管理, 寄存器重命名

等等), 最终双方和解并达成专利交叉授权协议.1997年Cyrix和国家半导体合并, 随后1999年又被出售给VIA. 需要注意到的是, VIA于1999年同时收购了Cyrix和Centaur, 然而之后的产品却使用了Centaur的微架构和Cyrix商标, VIA收购Cyrix只是为了其专利,以确保自己不会被Intel打击. Centaur 生产的IDT winchip系列CPU使用RISC风格微码+顺序执行的架构, 主攻低功耗市场.2001年, Intel发起诉讼,声称VIA的CPU和芯片组侵犯Intel专利, 随后VIA反诉, 声称Intel的CPU侵犯了Centaur的专利, 随后VIA和Intel和解, 签署了10年期的专利交叉授权协议.随后的2010年, FTC以反垄断的名义对Intel做出一系列处罚: FTC Settles Charges of Anticompetitive Conduct Against Intel

FTC的和解命令要求Intel:

  • 修改与AMD,Nvidia和Via的知识产权协议,以使这些公司有更大的自由考虑与其他公司的合并或合资企业,而不会受到英特尔因专利侵权
  • 而起诉的威胁;
  • 提议将Via的x86许可协议的有效期从当前协议(有效期至2013年)延长五年;
  • 至少要保持六年称为PCI Express总线的关键接口,而这不会限制图形处理芯片
  • 的性能。这些保证将激励与英特尔CPU互补且具有竞争力的产品制造商继续创新;
  • 向软件开发人员披露,英特尔计算机编译器区分英特尔芯片和非英特尔芯片,并且它们可能未注册非英特尔芯片的所有功能。英特尔还必须偿还所有想要使用非英特尔编译器重新编译其软件的软件供应商。

这个2010年的命令实际上解除了Intel经常使用了交叉授权

阻止合资合并的条款, 并且将VIA的授权从2013年到期延长至2018年.此外要求Intel推进PCIE的速率,防止出现PCI时代AGP接口的问题.以及要求intel承认icc劣化其他x86CPU的性能.

值得注意的是, 2018年至2020年,由于Intel长期使用Skylake架构挤牙膏, IPC指令集等等皆没有变化, 而直到Icelake, Intel才开始向消费级CPU加入新的AI指令集和AVX512, 且目前AMD并不支持这些AI指令集和AVX512, 因此绝大多数除了Intel自研闭源AI加速库之外,几乎所有的软件(包括AVX512)都可以运行在VIA(未来)的CPU上.

由于解除了x86授权不得合资的限制, 当时市场占有率接近于0的VIA选择与上海市政府合资成立兆芯, 显然兆芯获得了VIA的全套专利和技术, 因为最初的兆芯CPU和VIA nano(ZX-A,B), VIA Quadcore(ZX-C)几乎完全一致, 且使用了VIA的芯片组和S3核显.然而兆芯的五道口和陆家嘴不仅将VIA的CPU和芯片组南北桥合并为Soc,且改进了CPU和核显的结构. 可以肯定的是, 兆芯的新架构是在大陆完成设计的, 和下面的新AI CPU完全无关.

而Centaur则于2019年(ppt)发布了最新的AI处理器: 威盛x86 AI处理器架构、性能公布:媲美Intel 32核心 - VIA 威盛 - cnBeta.COM 包括了AVX512指令集和8核x86CPU以及NCORE AI协处理器,全 Soc设计. 2020年的CES展会上展示了该处理器的实物图: 威盛CenTaur x86 AI处理器实物首曝:LGA封装 - VIA 威盛 - cnBeta.COM

2020年10月28日,威盛电子(VIA)正式宣布出售部分x86技术(包括CPU和芯片组的知识产权)给上海兆芯: 重磅!威盛x86处理器、芯片组技术转让上海兆芯:只要17.2亿元 VIA表示自己将全力投入AIOT的研发上.

兆芯收购VIA这些产权主要是为了避免政治风险, 因为最近美国和台湾的局势产生了很多不确定性, 直接授权知识产权可以降低风险. 而原有的合资结构据传闻阻止了兆芯的上市.

总的来说, 兆芯通过合资和收购的方式得到了x86的专利.当然这里有一些小问题. 首先是VIA和Intel的协议并没有公开, 其中专利授权过期后,是否有权使用已有的专利并未说明.其次, 虽然FTC要求Intel不再阻止VIA的合资行为,但是现如今兆芯收购VIA的资产后, Intel是否仍承认兆芯具有这些专利的授权.尤其是, 当初VIA起诉Intel的专利如今早已过期, VIA已经没有可以限制Intel的专利了.

然而不只是VIA的专利过期, Intel和AMD的专利也受到20年保护期的限制.所以最迟2023年(按AMD速龙64发售日计算), 所有AMD64之前的x86家族的指令集以及微架构设计都已经可以公开的仿制, 不受所谓的"授权"影响. (我个人认为amd64的专利失效日期是2020年,因为微软和苹果在2020年都推出了商用的amd64模拟, 尤其是微软, 今年才推出amd64模拟, 感觉和专利有很大的关系. 更蹊跷的是二者都无视了SSE和AVX部分仍存在有效专利

, 直接一部到位模拟到了AVX)

其中已过期指令集的列表包括原始的16位x86指令集(无人使用), x87浮点协处理器指令集(无人使用), 32位IA-32(仍被使用), Intel多媒体扩展指令集

MMX(无人使用), AMD 3D Now!(无人使用), SIMD扩展指令集SSE (128位SIMD指令, 1999年随奔腾3推出, 仍在使用), SSE2 (扩展了SSE的操作方式, 2000年10月20日随奔腾4Willamette推出, 仍在使用).

现在是2020年10月,因此2000年10月后推出的指令集仍在专利保护中.这包括所有后续的SSE扩展: SSE3(2004), SSSE3(2006), SSE4(2006), SSE4.1(2007), SSE4.2(2008), AVX(2008), AVX2(2013), AVX512(2015), f16c(2009)半精读和单精度转换, fma3

(2013) fma4(2012)融合加乘法, AES-NI(2008) AES加密, SHA(2013)哈希, RDRAND(2012)硬件随机数, CLMUL(2010) Carry-less multiplication, 以及amd(2006)和intel(2005)各自的虚拟化扩展. 这些指令集需要陆续再等待15年才会专利过期, 即使截止到较常用的avx也需要等8年.
工程师

1.,兆芯

的设计的产品实现在100%的IP自有率,不管是宏架构还是微架构

,知识产权都是自己的,这点是没有疑问的。

2,如果说可能有问题,那么只可能是在专利上。过去VIA时期就一直和Intel有专利纠纷

,互相起诉,最后双方达成了专利交叉授权

的模式。

3.“VIA可以更自由的选择与其他公司进行合资或者合并,intel 不得起诉”,Intel与VIA在2010年签署的新的交叉授权协议里有这部分内容。因为这条协议,兆芯以合资公司身份,可以合法使用交叉授权的专利。

VIA入股兆芯合资后,根据双方的合作协议兆芯可以使用VIA原来的技术基础来设计新产品

,新产品知识产权属于兆芯。2020年VIA宣布出售其X86知识产权给兆芯,通过这些合法途径,兆芯完成对威盛的X86遗产的继承。


4. 兆芯成立已经八年有余,在改进微架构和设计全新微架构的过程中,也申请了大量的新专利,用于保护自己。这些专利,主要是用来防身的。Intel因为市场上的垄断地位,过去对于竞争对手的专利战

打压,基本上都得不到法院的支持,多数都是以交叉授权的方式进行和解而结束,这些过去国外已经有的案例,如果在国内的话更加好办。intel如果用专利来打击合法继承威盛X86的兆芯,这对兆芯来说是反而是一次获得永久专利交叉授权的机会,是好事不是坏事。

5.在10-20年以前,基础指令集

的实现方法比较简单和单一,好卡专利。但是随着处理器越来越复杂,新指令集实现的方式出现了重大的变化,内部已经微码化,指令实现方法变得多种多样,更容易绕过去。因此对于新指令集的支持,兆芯可能会有自己的方法来实现,犹如过去Intel实现对AMD64指令集兼容的形式。全美达,俄罗斯的Elbrus VLIW架构的CPU也实现了对X86指令集的支持,使用的另一种架构。所以兆芯对于新指令集的支持,一种方法是使用自己的指令实现方法,二是全美达和Elbrus模式通过二进制翻译

转换成自己的扩展指令来执行。

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指令集就是一堆数字,指令集本身是无法申请专利的。所谓的指令集授权

,是指绑定了指令的实现方法的专利的授权。如果一条指令没有申请到实现方法的专利,那么这条指令你可以随便使用。如果一条指令的实现方法除了专利上的之外,还有别的实现方法的,那么这条指令的实现就可以绕过专利。

上面说的是单条指令。到了指令集这个层面上,很多条指令集合在一起时,总有一些指令的实现方法比较难绕过去。过去X86厂家们的方法是,微架构都自己设计,你申请你的专利,我申请我的专利。如果你起诉我

,我也就起诉你,最后谁也赢不了谁,达成专利交叉授权的方式。

具体到兆芯的X86知识产权(专利权是知识产权的一部分)防护,个人分析至少有四层保护,第一层是其CPU的架构以及核心为自己所设计实现,其产品的所有知识产权(实现100%IP自有率)属于自己所有。第二层是与VIA的合作关系,继承使用VIA与Intel签署的交叉授权协议里的权利。第三层,兆芯所持有的X86相关专利,兆芯成立8年来在设计微架构过程中所申请的新专利,兆芯可以防身自卫对专利流氓

进行回击反诉,甚至可以在相互起诉中取得交叉授权。第四层是反垄断法,intel已经处于市场上绝对垄断的地位,如果继续以专利战来打击弱小一方的竞争者,该如何裁决国外早有先例所循。

编辑于 2021-09-01 16:42

战新 / AI-DL / DSA和逻辑半导体从业者

分别从兆芯的授权历史以及手中IP价值的角度做个解读:

首先,回顾距离最近的一次VIA威盛出售处理器IP给兆芯的消息: 【Y20 10/26日,威盛召开了重大讯息说明记者会:其董事会决议通过持股100%子公司VIABASE CO.,LTD和VIATECH.,LTD出售部分芯片组产品相关技术、数据等知识产权(不含专利权)给予威盛间接持股合计达14.75%的上海兆芯,预计处分利益1.97亿美元(约新台币56.63亿元),依威盛现有股本49.33亿元,与1美元兑新台币28.71元推算,估计贡献每股纯益11.49元。】

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可以看到这次交易主要是买断威盛合资提供的技术。兆芯

现有产品其实都是基于VIA提供的各种IP之上的,包括芯片组,CPU,GPU等。当时VIA合资兆芯的时候控股比例很低,仅有20%,但技术基础归威盛所有,合作开发的产品归兆芯所有。这样的合作模式在现阶段的国际形式下有很大的风险,可能会遭到类似福建晋华的待遇(底层技术IP突然抽走)。这也导致兆芯上市融资

的困难。而通过这次买断VIA部分IP,兆芯现有产品的产权问题算是明确了,以后VIA只会在兆芯有一定的股权,没有技术的所有权。这些信息相信未来会在兆芯的招股书上看到。至于交易价格,可以参考AMD给海光的Zen授权。虽然VIA威盛技术略差,但其中至少包括了芯片组/CPU/GPU一整套技术,而且在兆芯中股权占比也比海光小的多,还是比较划算的。

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此外,值得留意的是,VIA自身的核心设计都锁在德州Austin,浦东兆芯从未得到这些完整IP/RTL(兆芯是买断IP使用权而非专利权),多数是自身参考ref-design重写(所以跑分的性能怎么看都不像x86亲生的);何况,VIA Cyrix是单核时代的剑走偏锋,如今除了学术场景就没多少应用价值了,甚至那些ISA代码拼凑个Atom都不够用了。

另外,VIA还未解决x86 ISA license问题【Y17年底或是Y18年4月失效,而INTC/AMD早已不再对外授权/延期;包括NV手上的早10几年就收回了,所以黄总咬牙买ARM嘛】,如今流通的那些20年祖传的单核的RTL并没有多少意义。

基于x86 ISA license产品的授权生产

问题,除了走科研路径的用途台湾Fab不便追究,还有一个前提假设是:INTC/AMD也许不想在中国起诉兆芯和VIA,但问题是后者流片还是得绕道TSMC(惯例是几层手套参与,有随时被停产的风险)。推测VIA对外流通/商业授权的x86 RTL最多实现到MMX了,后面的SSEx没有,浦东兆芯手里看到的x86多线程/多核的OOOE等IP也多数是开源拼凑,这就少了近2000条左右指令吧,需要日积月累慢慢绣花。

反而TSMC手上还有Atom授权和硬核,而TSMC的规则是【直客名单需要600Ku订单,对于IP来源不合规的订单不会纳入产线】。

VIA也知道技术封锁

对大陆是不起作用的。大陆CPU的前端设计水平目前已经超越台湾VIA一大截,一旦龙芯的二进制翻译成熟,或者微软完美兼容ARM,飞腾(ARM)能运行Windows,那么VIA就是想卖身都没人要了。所以,当下一方面以合资的方式找买家,给已经荒废多年的X86芯片设计公司输血,类似于俄罗斯找印度联合研发T50、布拉莫斯

等先进武器。另一方面,还可以打开大陆市场,获得大陆政府的政策倾斜,甚至影响大陆技术发展路线和技术体系构建。

对于兆芯【在Intel与美国联邦贸易委员会(FTC)达成协议后,在2018年4月前,VIA与Intel将可相互使用对方的专利】。因此,兆芯能在CPU和主板设计方面充分借鉴Intel的设计,不至于像龙芯那样摸着石头过河

;而且还有源自VIA从美国收购的S3 Graphics的成熟GPU技术,虽然S3技术段位已然被NV和ATI拉开天堑。目前兆芯的优势是国内唯一一家能设计/出售商用X86芯片的Fabless,能完全兼容Windows,这为其市场化在OS和软件生态方面扫平了障碍。此外,按兆芯发布的PPT来说,ZX-E为16nm制程工艺(VIA-Nano的马甲,是VIA在2019年美国团队设计的)。但众所周知,Intel是14nm和22nm两种制程,三星有的是14nm和20nm制程,格罗方德从三星获取了14nm工艺相关技术,SMIC也是争取攻克14nm制程量产;那么目前为止,拥有研发和量产16nm制程的只有台积电,那么上市的ZX-E将很可能由台积电代工,这使兆芯的制程工艺能优于同期的龙芯、飞腾、申威

等国产芯片。但自主可控就谈不上了【能独立自主发展,自主选择发展权】,兆芯是依附于Wintel体系,用着x86指令集,跑着Windows,跟着Wintel的指挥棒,显然很难讨论自主属性。

前阶段读过了兆芯在二级市场用x86的故事融资¥6Y的BP,想必提前与INTC有免责沟通:)。但业务进展还是有可圈可点之处,个人用户肯定是兆芯主攻市场了;海光只能竞争服务器市场,服务器估计是海光和鲲鹏飞腾;另外,兆芯CPU的工控机

在民用市场上已经卖出去了十万台,成绩还算不错了。

如今VIA算是养老院了,手上略有些IP(Centaur应该留下了不属于AMD/INTC的RTL),自己几乎不流片了,时而收点license fees(芯片组 / 声卡-网卡- USB芯片等外设 / DDR控制器 / PCIe 3-4等等)吃老本;此前几年在我国的主营业务是拿地、囤地(酒店/写字楼)…

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