國內企業紛紛入局芯片已不是什么新鮮事 芯片“卡脖”的背景下 國產替代是機會 這也造就了近兩年來的芯片投資熱潮。

可放眼國際 谷歌、蘋果、亞馬遜在芯片方面也相繼投資 使用自行研發的芯片 即便是已和英特爾深度捆綁的微軟 同樣正在為旗下服務器、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互聯網公司從前都是英特爾、高通、AMD等傳統芯片廠商的堅實擁簇者 但如今紛紛拋棄了老伙伴們 相繼走上了芯片自研的道路。

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

芯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 當初眾多的整合設備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、電腦還是服務器的企業 紛紛入局芯片設計領域 大有芯片制造分工“分久必合”之勢。

而這僅僅是因為英特爾在制程上落后了嗎？為什么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芯片呢？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 這些公司宣布自研后首先更換的便是英特爾的芯片。

英特爾自己也不得不承認在芯片制程的追趕上落后了 早在2016年 英特爾原計劃推出的10nm制程最后拖到了2019年才面世 2019年就應該推出的7nm制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互聯網的浪潮 如今 連在PC端和服務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芯片的量產商用 股價5年漲幅6.8倍。

然后是蘋果 在2020年的全球開發者大會上宣布與合作了15年的老搭檔英特爾分手 將帶有ARM指令集的自研芯片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。

最后 則是來自微軟的重擊。微軟不僅早已在Surface Pro X系列產品上開始適配ARM架構 12月底 彭博社報道 微軟未來還將在數據中心的處理器上使用自己設計的ARM架構芯片。

服務器領域是英特爾在移動端落敗、PC端增長乏力后的主要增長贏利點 根據Statista的數據 英特爾擁有超過60％的PC市場。但在數據中心領域 英特爾的市場份額占所有銷售服務器的90％左右。

因此 服務器領域市場份額的丟失是英特爾難以忍受的 然而壞消息是服務器芯片的大客戶 全球公有云市場第一的亞馬遜的自研芯片也在路上了。去年12月初 亞馬遜網絡服務首席執行官安迪·賈西表示該公司有定制ARM芯片的計劃 并宣布亞馬遜將把更多的公共云產品轉移到Graviton2等芯片上 這款芯片將于今年上半年推出。

根據IDC最近的一份報告 盡管ARM在當今的數據中心和云市場中仍然只占很小的一部分 但這種變化可能會逐漸改變。對英特爾來說 老對手AMD CPU的服務器的全球收入同比增長112.4％ 同時 盡管基礎數據較小 但基于ARM的服務器的收入同比增長達到了430.5％。

綜上看來 一眾科技互聯網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芯片性能上更進一步的AMD卻沒有因此受到青睞 科技互聯網公司們紛紛自研的背后似乎是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 受到一眾科技互聯網公司的喜愛 與它的模式有很大關系。

ARM的崛起重要原因之一就是放棄了傳統IDM模式（Integrated Device Manufacturing 整合設備生產模式）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 承接了芯片從設計到制造到封裝的所有環節。在集成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 將芯片的架構、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公司根據芯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芯片。

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架構下自行設計和優化芯片。

因此 這些科技互聯網公司在使用ARM架構的芯片時僅需支付授權費即可 這相較購買英特爾式的研發、制造、銷售一體的完整芯片來說 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 處于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。

通過自研芯片 一方面可以降低硬件成本獲得更多的利潤 另一方面則需要通過自研芯片走出英特爾、高通、聯發科之外的芯片差異化路線 以占領高端市場。

華為的手機品牌走上高端 華為海思功不可沒 蘋果M1芯片款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 也涉及服務器、PC和智能移動端的不同使用場景 需要設計者在芯片性能、功效、能耗和應用場景上做出選擇。

技術在芯片市場重要 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 不再僅采取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 如果科技互聯網公司打算自研芯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指令集是直接基于RISC（精簡指令集）原則開源指令集架構 允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件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）處理器便是采用的RISC-V架構。

既然從架構上來說 X86和ARM的差異理論上并不算大 那么在芯片領域扎根數十年的英特爾、高通、AMD等公司為何會被一眾科技互聯網公司拋棄呢？換言之 這些沒有做過芯片的科技互聯網公司做的芯片在市場中有競爭力嗎？

這些更年輕的互聯網公司沒有自研芯片很大的因素是因為摩爾定律的緣故 即當價格不變時 集成電路上可容納的元器件數目 約每隔18個月便會增加一倍性能也將提升一倍。那時的芯片半導體行業處于快速發展階段 這使得后來的公司即便開始自研芯片 也需要花大量的時間和金錢投入來保持不被淘汰。

隨著晶體管電路逐漸接近性能極限 摩爾定律的生效周期開始逐漸變長 這給予了這些公司趕上來的機會。同時 現在的手機、計算機芯片在一定程度上已經可以滿足人們的日常需求 追求極致的性能成為游戲極客、特定職業人士等的選擇。

比如用蘋果M1芯片完3A游戲的體驗并不算好 但并不妨礙它滿足用戶的日常工作中需求；高通最新一代芯片驍龍888的性能確實有不少的提升 但使用驍龍865、855的用戶們依然可以用自己的舊手機滿足絕大多數使用場景。

這時 對用戶來說換機更重要的因素是價格 對一眾科技互聯網公司來說這是一樣的道理 即使它們自研的芯片無法比擬市面上最強的產品 可只要滿足了企業或用戶的絕大多數需求就是一件高性價比的事情。

當然 其他企業開始自研芯片并不意味著全球分工的進程開始停止 企業要把芯片產業鏈全部重做一遍 這恰恰說明全球分工程度的深化。新入局者只需要做芯片生產環節中的IC設計這一項 其余的上千道工藝都由各環節的“隱形冠軍”來完成 而負責芯片制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。

在整個芯片研發技術速度逐漸下降的背景下 芯片產業鏈的全球分工和ARM架構的出現無疑給了后來者機會 如果將來有更便宜技術更好的芯片出現 互聯網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、亞馬遜們自研芯片似乎是盤活市場的好事情。 責任編輯:tzh