为什么苹果、微软现在才开始造芯?

为什么苹果、微软现在才开始造芯?

深响原创 · 作者|洪雨晗

国内企业纷纷入局芯片已不是什么新鲜事,芯片“卡脖”的背景下,国产替代是机会,这也造就了近两年来的芯片投资热潮。

可放眼国际,谷歌、苹果、亚马逊在芯片方面也相继投资,使用自行研发的芯片,即便是已和英特尔深度捆绑的微软,同样正在为旗下服务器、Surface自研以Arm为基础架构的处理器。“winter联盟”隐隐有了分崩离析的危险。

这些顶尖的国际科技互联网公司从前都是英特尔、高通、AMD等传统芯片厂商的坚实拥簇者,但如今纷纷抛弃了老伙伴们,相继走上了芯片自研的道路。

这意味着除了政治意志,芯片产业的微妙变化背后还隐藏着经济和产业问题的变化临界点。

芯片行业整体的风向变了。在过去数十年半导体产业发展的历史上,从产业垂直整合到各环节细化分工是产业发展的趋势,当初众多的整合设备生产模式的公司都已退出历史舞台,仅剩英特尔、三星、德州仪器等少数几家延续。但是现在,不管是做手机、电脑还是服务器的企业,纷纷入局芯片设计领域,大有芯片制造分工“分久必合”之势。

而这仅仅是因为英特尔在制程上落后了吗?为什么这些顶尖的公司都不约而同在这个在这个时间节点上开始自研芯片呢?明明是产业分工的发展逻辑,现在又闯入了几个实力强劲的搅局者,苹果、微软、谷歌们可以成功吗?

为什么苹果、微软现在才开始造芯?

一场看似由英特尔引起的败局

英特尔是这场暴风的中心点,不管是苹果、微软还是谷歌、亚马逊,这些公司宣布自研后首先更换的便是英特尔的芯片。

英特尔自己也不得不承认在芯片制程的追赶上落后了,早在2016年,英特尔原计划推出的10nm制程最后拖到了2019年才面世,2019年就应该推出的7nm制程技术也因良品率问题被一拖再拖,但市场不会给英特尔太多时间。

就像前一次没有抓住移动互联网的浪潮,如今,连在PC端和服务器端的绝对地位也已经开始动摇。

在PC端,首先是英特尔曾经的“小弟”AMD率先超过昔日的老大哥,实现7nmCPU芯片的量产商用,股价5年涨幅6.8倍。

然后是苹果,在2020年的全球开发者大会上宣布与合作了15年的老搭档英特尔分手,将带有ARM指令集的自研芯片M1搭载到其Mac系列产品上,彻底实现移动端和PC端底层计算架构的打通。

最后,则是来自微软的重击。微软不仅早已在Surface Pro X系列产品上开始适配ARM架构,12月底,彭博社报道,微软未来还将在数据中心的处理器上使用自己设计的ARM架构芯片。

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服务器领域是英特尔在移动端落败、PC端增长乏力后的主要增长赢利点,根据Statista的数据,英特尔拥有超过60%的PC市场。但在数据中心领域,英特尔的市场份额占所有销售服务器的90%左右。

因此,服务器领域市场份额的丢失是英特尔难以忍受的,然而坏消息是服务器芯片的大客户,全球公有云市场第一的亚马逊的自研芯片也在路上了。去年12月初,亚马逊网络服务首席执行官安迪·贾西表示该公司有定制ARM芯片的计划,并宣布亚马逊将把更多的公共云产品转移到Graviton2等芯片上,这款芯片将于今年上半年推出。

根据IDC最近的一份报告,尽管ARM在当今的数据中心和云市场中仍然只占很小的一部分,但这种变化可能会逐渐改变。对英特尔来说,老对手AMD CPU的服务器的全球收入同比增长112.4%,同时,尽管基础数据较小,但基于ARM的服务器的收入同比增长达到了430.5%。

综上看来,一众科技互联网公司换芯似乎情有可原,因为从前的合作伙伴英特尔的产品优势不再,可问题是,如今,在CPU芯片性能上更进一步的AMD却没有因此受到青睐,科技互联网公司们纷纷自研的背后似乎是X86架构的落幕。

时代之潮

X86过去的强大毋庸置疑,ARM能在重重困难中突破而出,受到一众科技互联网公司的喜爱,与它的模式有很大关系。

ARM的崛起重要原因之一就是放弃了传统IDM模式(Integrated Device Manufacturing,整合设备生产模式)的大包大揽,使众多厂商可以在其指令集内继续设计和创新。

而以英特尔为代表的IDM模式,承接了芯片从设计到制造到封装的所有环节。在集成电路行业发展的早期,企业一般都是用这种大包大揽的IDM模式。在移动终端领域中,低成本、微利润的处理器是无法支撑这一重度投入模式的。

ARM公司开创的授权模式,将芯片的架构、设计(Fabless,如高通、联发科、海思)和生产(Foudary,如台积电)分开,它激活了全产业链的活力,不仅提高了生产效率和新工艺迭代的速度,也降低了生产成本,从而形成了日益繁荣的ARM生态。

ARM公司根据芯片设计公司不同的需求和能力,提供了三种不同的对外授权模式:

处理器的IP授权模式。ARM将该IP专利授权给买下设计的公司,公司可以直接按其设计方案生产。

处理器和物理IP的授权模式。此种模式下企业需严格按照ARM规定工艺流程来生产芯片。

架构和指令集授权。这是自由度最高的授权模式,三星、苹果、华为等实力雄厚的手机厂商可以在ARM架构下自行设计和优化芯片。

因此,这些科技互联网公司在使用ARM架构的芯片时仅需支付授权费即可,这相较购买英特尔式的研发、制造、销售一体的完整芯片来说,成本会更加低廉。

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除了IDC外,手机、PC等个人消费市场早已增长乏力,处于白热化的存量竞争阶段,各厂商也度过了早期盲目追求市场扩张的阶段,自身实力也在发展中得到壮大,积累了足够的资金去完成品牌的进化。

通过自研芯片,一方面可以降低硬件成本获得更多的利润,另一方面则需要通过自研芯片走出英特尔、高通、联发科之外的芯片差异化路线,以占领高端市场。

华为的手机品牌走上高端,华为海思功不可没,苹果M1芯片款Mac在市场上也是好评如潮。

因此,除了降本,用自研技术增“效”是另一重要原因,另一个问题是,ARM架构真的超过了X86吗?

要讲清X86架构和ARM架构孰优孰劣、谁将一统市场行业内也是争议不断,这其中既涉及底层RISC指令集和CISC指令集方面的技术差异,也涉及服务器、PC和智能移动端的不同使用场景,需要设计者在芯片性能、功效、能耗和应用场景上做出选择。

技术在芯片市场重要,但已不是唯一衡量标准。随着技术的进一步发展,不管是ARM还是X86,都在逐渐补齐各自的短板,不再仅采取RISC和CISC中某一种指令集,而是变成RISC和CISC你中有我、我中有你,可以说标着RISC、CISC的CPU架构们,几乎没有实质上的明确差异。

因此,现实的情况是,如果科技互联网公司打算自研芯片势必会选择可以授权自研的ARM模式,甚至是更为开放的RISC-V指令集。

RISC-V指令集是直接基于RISC(精简指令集)原则开源指令集架构,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件而不必支付给任何公司专利费。阿里巴巴旗下的半导体公司平头哥2019年研发的玄铁910(XuanTIE910)处理器便是采用的RISC-V架构。

为什么苹果、微软现在才开始造芯?

既然从架构上来说,X86和ARM的差异理论上并不算大,那么在芯片领域扎根数十年的英特尔、高通、AMD等公司为何会被一众科技互联网公司抛弃呢?换言之,这些没有做过芯片的科技互联网公司做的芯片在市场中有竞争力吗?

这些更年轻的互联网公司没有自研芯片很大的因素是因为摩尔定律的缘故,即当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18个月便会增加一倍性能也将提升一倍。那时的芯片半导体行业处于快速发展阶段,这使得后来的公司即便开始自研芯片,也需要花大量的时间和金钱投入来保持不被淘汰。

随着晶体管电路逐渐接近性能极限,摩尔定律的生效周期开始逐渐变长,这给予了这些公司赶上来的机会。同时,现在的手机、计算机芯片在一定程度上已经可以满足人们的日常需求,追求极致的性能成为游戏极客、特定职业人士等的选择。

比如用苹果M1芯片完3A游戏的体验并不算好,但并不妨碍它满足用户的日常工作中需求;高通最新一代芯片骁龙888的性能确实有不少的提升,但使用骁龙865、855的用户们依然可以用自己的旧手机满足绝大多数使用场景。

这时,对用户来说换机更重要的因素是价格,对一众科技互联网公司来说这是一样的道理,即使它们自研的芯片无法比拟市面上最强的产品,可只要满足了企业或用户的绝大多数需求就是一件高性价比的事情。

当然,其他企业开始自研芯片并不意味着全球分工的进程开始停止,企业要把芯片产业链全部重做一遍,这恰恰说明全球分工程度的深化。新入局者只需要做芯片生产环节中的IC设计这一项,其余的上千道工艺都由各环节的“隐形冠军”来完成,而负责芯片制造的台积电更是有将各种高难度设计产品实际生产出来的能力。

在整个芯片研发技术速度逐渐下降的背景下,芯片产业链的全球分工和ARM架构的出现无疑给了后来者机会,如果将来有更便宜技术更好的芯片出现,互联网公司们也会从自研转向外购。毕竟,在硬科技领域,技术是所有企业绕不过的门槛。

从这个角度来说,苹果、微软、亚马逊们自研芯片似乎是盘活市场的好事情。

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原文出处:深响

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