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國內企業紛紛入局晶片已不是什麼新鮮事,晶片“卡脖”的背景下,國產替代是機會,這也造就了近兩年來的晶片投資熱潮。

可放眼國際,谷歌、蘋果、亞馬遜在晶片方面也相繼投資,使用自行研發的晶片,即便是已和英特爾深度捆綁的微軟,同樣正在為旗下伺服器、Surface自研以Arm為基礎架構的處理器。“winter聯盟”隱隱有了分崩離析的危險。

這些頂尖的國際科技網際網路公司從前都是英特爾、高通、AMD等傳統晶片廠商的堅實擁簇者,但如今紛紛拋棄了老夥伴們,相繼走上了晶片自研的道路。

這意味著除了政治意志,晶片產業的微妙變化背後還隱藏著經濟和產業問題的變化臨界點。

晶片行業整體的風向變了。在過去數十年半導體產業發展的歷史上,從產業垂直整合到各環節細化分工是產業發展的趨勢,當初眾多的整合裝置生產模式的公司都已退出歷史舞臺,僅剩英特爾、三星、德州儀器等少數幾家延續。但是現在,不管是做手機、電腦還是伺服器的企業,紛紛入局晶片設計領域,大有晶片製造分工“分久必合”之勢。

而這僅僅是因為英特爾在製程上落後了嗎?為什麼這些頂尖的公司都不約而同在這個在這個時間節點上開始自研晶片呢?明明是產業分工的發展邏輯,現在又闖入了幾個實力強勁的攪局者,蘋果、微軟、谷歌們可以成功嗎?

一場看似由英特爾引起的敗局

英特爾是這場暴風的中心點,不管是蘋果、微軟還是谷歌、亞馬遜,這些公司宣佈自研後首先更換的便是英特爾的晶片。

英特爾自己也不得不承認在晶片製程的追趕上落後了,早在2016年,英特爾原計劃推出的10nm製程最後拖到了2019年才面世,2019年就應該推出的7nm製程技術也因良品率問題被一拖再拖,但市場不會給英特爾太多時間。

就像前一次沒有抓住移動網際網路的浪潮,如今,連在PC端和伺服器端的絕對地位也已經開始動搖。

在PC端,首先是英特爾曾經的“小弟”AMD率先超過昔日的老大哥,實現7nmCPU晶片的量產商用,股價5年漲幅6.8倍。

然後是蘋果,在2020年的全球開發者大會上宣佈與合作了15年的老搭檔英特爾分手,將帶有ARM指令集的自研晶片M1搭載到其Mac系列產品上,徹底實現移動端和PC端底層計算架構的打通。

伺服器領域是英特爾在移動端落敗、PC端增長乏力後的主要增長贏利點,根據Statista的資料,英特爾擁有超過60%的PC市場。但在資料中心領域,英特爾的市場份額佔所有銷售伺服器的90%左右。

因此,伺服器領域市場份額的丟失是英特爾難以忍受的,然而壞訊息是伺服器晶片的大客戶,全球公有云市場第一的亞馬遜的自研晶片也在路上了。去年12月初,亞馬遜網路服務執行長安迪·賈西表示該公司有定製ARM晶片的計劃,並宣佈亞馬遜將把更多的公共雲產品轉移到Graviton2等晶片上,這款晶片將於今年上半年推出。

根據IDC最近的一份報告,儘管ARM在當今的資料中心和雲市場中仍然只佔很小的一部分,但這種變化可能會逐漸改變。對英特爾來說,老對手AMD CPU的伺服器的全球收入同比增長112.4%,同時,儘管基礎資料較小,但基於ARM的伺服器的收入同比增長達到了430.5%。

綜上看來,一眾科技網際網路公司換芯似乎情有可原,因為從前的合作伙伴英特爾的產品優勢不再,可問題是,如今,在CPU晶片效能上更進一步的AMD卻沒有因此受到青睞,科技網際網路公司們紛紛自研的背後似乎是X86架構的落幕。

時代之潮

X86過去的強大毋庸置疑,ARM能在重重困難中突破而出,受到一眾科技網際網路公司的喜愛,與它的模式有很大關係。

ARM的崛起重要原因之一就是放棄了傳統IDM模式(Integrated Device Manufacturing,整合裝置生產模式)的大包大攬,使眾多廠商可以在其指令集內繼續設計和創新。

而以英特爾為代表的IDM模式,承接了晶片從設計到製造到封裝的所有環節。在積體電路行業發展的早期,企業一般都是用這種大包大攬的IDM模式。在移動終端領域中,低成本、微利潤的處理器是無法支撐這一重度投入模式的。

ARM公司開創的授權模式,將晶片的架構、設計(Fabless,如高通、聯發科、海思)和生產(Foudary,如臺積電)分開,它激活了全產業鏈的活力,不僅提高了生產效率和新工藝迭代的速度,也降低了生產成本,從而形成了日益繁榮的ARM生態。

ARM公司根據晶片設計公司不同的需求和能力,提供了三種不同的對外授權模式:

處理器的IP授權模式。ARM將該IP專利授權給買下設計的公司,公司可以直接按其設計方案生產。處理器和物理IP的授權模式。此種模式下企業需嚴格按照ARM規定工藝流程來生產晶片。架構和指令集授權。這是自由度最高的授權模式,三星、蘋果、華為等實力雄厚的手機廠商可以在ARM架構下自行設計和最佳化晶片。

因此,這些科技網際網路公司在使用ARM架構的晶片時僅需支付授權費即可,這相較購買英特爾式的研發、製造、銷售一體的完整晶片來說,成本會更加低廉。

除了IDC外,手機、PC等個人消費市場早已增長乏力,處於白熱化的存量競爭階段,各廠商也度過了早期盲目追求市場擴張的階段,自身實力也在發展中得到壯大,積累了足夠的資金去完成品牌的進化。

透過自研晶片,一方面可以降低硬體成本獲得更多的利潤,另一方面則需要透過自研晶片走出英特爾、高通、聯發科之外的晶片差異化路線,以佔領高階市場。

華為的手機品牌走上高階,華為海思功不可沒,蘋果M1晶片款Mac在市場上也是好評如潮。

因此,除了降本,用自研技術增“效”是另一重要原因,另一個問題是,ARM架構真的超過了X86嗎?

要講清X86架構和ARM架構孰優孰劣、誰將一統市場行業內也是爭議不斷,這其中既涉及底層RISC指令集和CISC指令集方面的技術差異,也涉及伺服器、PC和智慧移動端的不同使用場景,需要設計者在晶片效能、功效、能耗和應用場景上做出選擇。

技術在晶片市場重要,但已不是唯一衡量標準。隨著技術的進一步發展,不管是ARM還是X86,都在逐漸補齊各自的短板,不再僅採取RISC和CISC中某一種指令集,而是變成RISC和CISC你中有我、我中有你,可以說標著RISC、CISC的CPU架構們,幾乎沒有實質上的明確差異。

因此,現實的情況是,如果科技網際網路公司打算自研晶片勢必會選擇可以授權自研的ARM模式,甚至是更為開放的RISC-V指令集。

RISC-V指令集是直接基於RISC(精簡指令集)原則開源指令集架構,允許任何人設計、製造和銷售RISC-V晶片和軟體而不必支付給任何公司專利費。阿里巴巴旗下的半導體公司平頭哥2019年研發的玄鐵910(XuanTIE910)處理器便是採用的RISC-V架構。

既然從架構上來說,X86和ARM的差異理論上並不算大,那麼在晶片領域紮根數十年的英特爾、高通、AMD等公司為何會被一眾科技網際網路公司拋棄呢?換言之,這些沒有做過晶片的科技網際網路公司做的晶片在市場中有競爭力嗎?

這些更年輕的網際網路公司沒有自研晶片很大的因素是因為摩爾定律的緣故,即當價格不變時,積體電路上可容納的元器件數目,約每隔18個月便會增加一倍效能也將提升一倍。那時的晶片半導體行業處於快速發展階段,這使得後來的公司即便開始自研晶片,也需要花大量的時間和金錢投入來保持不被淘汰。

隨著電晶體電路逐漸接近效能極限,摩爾定律的生效週期開始逐漸變長,這給予了這些公司趕上來的機會。同時,現在的手機、計算機晶片在一定程度上已經可以滿足人們的日常需求,追求極致的效能成為遊戲極客、特定職業人士等的選擇。

比如用蘋果M1晶片完3A遊戲的體驗並不算好,但並不妨礙它滿足使用者的日常工作中需求;高通最新一代晶片驍龍888的效能確實有不少的提升,但使用驍龍865、855的使用者們依然可以用自己的舊手機滿足絕大多數使用場景。

這時,對使用者來說換機更重要的因素是價格,對一眾科技網際網路公司來說這是一樣的道理,即使它們自研的晶片無法比擬市面上最強的產品,可只要滿足了企業或使用者的絕大多數需求就是一件高性價比的事情。

當然,其他企業開始自研晶片並不意味著全球分工的程序開始停止,企業要把晶片產業鏈全部重做一遍,這恰恰說明全球分工程度的深化。新入局者只需要做晶片生產環節中的IC設計這一項,其餘的上千道工藝都由各環節的“隱形冠軍”來完成,而負責晶片製造的臺積電更是有將各種高難度設計產品實際生產出來的能力。

在整個晶片研發技術速度逐漸下降的背景下,晶片產業鏈的全球分工和ARM架構的出現無疑給了後來者機會,如果將來有更便宜技術更好的晶片出現,網際網路公司們也會從自研轉向外購。畢竟,在硬科技領域,技術是所有企業繞不過的門檻。

從這個角度來說,蘋果、微軟、亞馬遜們自研晶片似乎是盤活市場的好事情。

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