ARM、IBM相繼在終端和服務器市場開放處理器內核,一如中子擊碎原子核后發生核裂變反應并釋放巨大能量,處理器內核的開放將強烈沖擊現有的集成電路產業格局。
而系統廠商將多個IP核聚合在一個芯片上,亦如核聚變反應產生更高量級的能量,將深刻影響整個IT產業。
“第一絲微弱的晨光出現在東方。在這瞬間,好像從地殼底下升起一種并非這個世界的光。它是世界從未見過的日出。在這個時刻,永垂不朽的事跡出現了。時間停滯不前,空間變成一個小圓點,似乎天崩地裂。人們感到自己好像獲得了目睹‘世界誕生’的特權。”
唯一獲準采訪美國原子彈研制計劃——曼哈頓工程的《紐約時報》科技記者勞倫斯,1945年7月16日在新墨西哥州大漠里目睹世界首顆原子彈試爆后這樣寫道。勞倫斯因其對原子彈研制和對日本核打擊的報道而獲得當年普利策獎。
原子彈的威力來自重金屬元素的原子核被中子擊中后裂解為2~3個輕原子核并釋放能量的核裂變反應。
盡管“軟件定義”已成為業內的熱詞,軟件在IT產業所占的比重也日益增加,但軟件是跑在處理器之上的,因此可以說整個IT產業是構建在處理器之上的。
長期以來,人們無論是在消費市場還是在企業級市場上看到的處理器都是打上型號和生產廠家的芯片。處理器作為最小的計算模塊不可細分,處理器由Intel、AMD、IBM等處理器廠商生產都是天經地義的。
直到蘋果智能手機iPhone獲得巨大成功,人們這才發現處理器是可以繼續細分的,蘋果公司也可以生產自己的處理器。于是,智能手機的幕后英雄——ARM公司走到臺前,正是ARM開放處理器內核的商業模式成全了智能手機和平板電腦等智能移動終端市場的繁榮。
8月7日,IBM、Google、NVIDIA、泰安電腦和Mellanox聯合宣布成立OpenPOWER聯盟,聯盟將提供先進的服務器、網絡、存儲和圖形處理器(GPU)加速等技術,為下一代超大規模云計算數據中心的開發商提供更多的選擇、更強的控制和更好的靈活性。
直白地說,這些高端服務器芯片、搜索引擎、GPU加速、服務器主板和網絡廠商桃園結義的目的,就是要在服務器市場上“山寨”ARM的商業模式,意欲在服務器市場上再現ARM在消費電子市場的成功。
眾所周知,與核裂變相反,核聚變反應是由多個較輕的原子核聚合成較重的原子核且釋放出能量,基于核聚變反應的氫彈較之基于核裂變反應的原子彈,威力更勝一籌。但鮮為人知的是,核聚變反應需要在極高的溫度和壓強下才能進行,因此,必須使用原子彈作為扳機來引爆氫彈。換句話說,先有核裂變,再有核聚變。
類似地,處理器內核開放所產生的能量將會深刻地影響到集成電路(IC)的產業格局。而諸如蘋果公司等系統廠商將多個第三方開放的IP(知識產權)核“聚合”在一個芯片時所釋放出來的能量,影響的將會是整個IT產業。
上篇:產業演化與平臺領導力
透過產業形態演變的進程可以感觸到SoC如何從暗流涌動到成為產業潮流,而回顧廠商對平臺領導權的爭奪歷程,則會更深刻地認識處理器內核對芯片市場格局的影響。
集成電路產業細分演進
如同其他產業的發展一樣,集成電路產業的發展也經歷了專業分工不斷深化的過程。
芯片生產通常分為設計、制造和封裝測試三個環節。早期的IC產業都是由整機廠商主導的,像通信廠商摩托羅拉自己就擁有規模相當大的半導體業務。上世紀70年代,英特爾這樣的集成器件制造廠商(IDM)開始主導芯片制造和封裝測試;到了80年代,在制造領域出現了臺積電這樣的代工廠(Foundry);進入90年代,IC設計領域又細分出了以ARM為代表的IP供應商。
芯片產業中代工生產和IP設計兩種業務的獨立,使得高通等第三方處理器廠商和蘋果等系統廠商采用SoC方式(片上系統)自行定制處理器成為可能。根據半導體市場研究公司IC Insight對1999年~2012年全球半導體市場的統計,Fabless(無生產線)廠商銷售復合增長率為16%,而同期IDM廠商銷售復合增長率僅為3%。2012年Fabless銷售額已占到半導體市場27.7%的份額,從而強勁地沖擊著IDM模式。
集成電路產業細分的一個獨有的驅動因素是半導體市場日益高昂的投資和日趨激烈的競爭。
芯片制造業是知識密集型和資本密集型行業。隨著集成電路加工線寬的不斷縮小,建造一條45nm半導體生產線的投資已經高達30億美元。高高的市場門檻讓中小半導體廠商望而興嘆。
線寬的不斷縮小,還意味著不同生產線的工藝寬容度的縮小。2002年三星生產的StrongARM處理器主頻已經做到1.2GHz,而ARM對外提供的處理器IP的頻率只有400MHz。這是因為三星在設計和制造環節做了相互優化,進而顯著提升了芯片主頻。而ARM當時實力尚弱,難以對不同廠商的生產線進行優化,因此,主頻自然上不去。
英特爾的核心競爭力在于同時擁有世界最強的設計團隊和最好的生產設施,便于兩者相互優化,進而生產性能最佳的芯片。英特爾對工藝一致性的追求近乎苛刻,前CEO貝瑞特主導的“精確復制”計劃,就是為了讓英特爾分布在世界多個地方的工廠具有工藝一致的高水平制造環境。
英特爾用高昂的投資與芯片廠商AMD競爭,同時用設計與制造相互優化來與缺少設計團隊的代工廠臺積電競爭。
在與AMD的競爭中英特爾賭贏了,2008年,AMD終于不堪投資的重負,將芯片制造業務剝離,成為Fabless企業。而在與臺積電的競爭中,臺積電不僅沒輸,還通過與ARM這樣的Chipless(無芯片)公司合作,實現了芯片設計與制造的相互優化,在新的制程引入上與英特爾時間上相差不多,從而確保了代工芯片的高性能。
與此同時,ARM也發展壯大到足以針對特定代工企業的特定生產線進行優化。如今,如果客戶要在臺積電代工,ARM則可以分別提供封裝基于臺積電性能優化或功耗優化的不同生產工藝的硬IP核,以滿足用戶對性能或者功耗的偏好。
爭奪平臺領導權
“標準為王”在整機產品上很大程度是通過對平臺的控制體現出來的。控制了平臺,就等于主導了市場,也就意味著豐厚的回報,因此,平臺控制權的爭奪便顯得格外重要了。
平臺控制權的爭奪在個人計算市場可謂精彩紛呈。
1981年PC問世,IBM憑借PC開放的體系架構擊敗蘋果,確立了其在個人計算市場大哥大的地位。但PC開放的架構使得系統廠商難以控制,因此IBM在1985年推出基于286處理器的PC時,在主板上引入了專有的微通道總線,試圖通過排他的總線架構來控制PC。
于是,英特爾與康柏聯手在1986年推出的基于386處理器的PC上引入開放的PCI總線,從而確保了PC的開放性。由于PCI總線是通過芯片組支持的,英特爾也第一次體會到平臺領導權的好處。
到了1991年,IBM提供RISC(精簡指令集)架構的POWERPC處理器技術、摩托羅拉負責制造、蘋果負責整機生產并提供兼容機授權的POWERPC聯盟成立,目標指向個人計算市場。聯盟成員個個出類拔萃,當時RISC架構較之x86的CISC(復雜指令集)架構具有一定的技術優勢,摩托羅拉半導體部門1988年才從美國總統里根手上接過首個國家質量獎,而蘋果電腦Macintosh及其操作系統也都令PC和Windows望其項背。但這樣一個夢之隊,卻因為摩托羅拉在制造POWERPC時主頻遲遲上不去,加之蘋果收回兼容機的授權,最終瓦解。
躲過了這一劫后,英特爾與微軟聯手分別在1997年、1998年、1999年和2001年“主編”了PC系統設計規范,而其他PC整機廠商只有參與的份兒。至此,英特爾和微軟徹底確立了在PC市場的領導地位,兩家公司獲得的市場回報是PC市場九成的利潤。
2003年,英特爾又通過WiFi無線通信平臺迅馳芯片組的發布,大大削弱了微軟的領導地位。
反觀ARM,雖然ARM架構在智能手機市場份額上曾超過90%,但智能手機市場話語權掌握在操作系統廠商蘋果和谷歌手中,甚至高通、聯發科說話都比ARM有份量。
個中道理很簡單,PC平臺的控制力幾乎完全固化在處理器及芯片組中,因此,自然是英特爾說了算。而ARM這種只提供IP核授權的公司,難以將平臺控制力固化在芯片中。
此外,接受ARM這種商業模式的前提是能夠忍受很低的利潤回報。2012年基于ARM架構的處理器全球出貨量創紀錄地達到87億顆,但當年ARM全年營收只有9.1億美元,稅前利潤僅有4.1億美元。對比之下,2012年英特爾全年營收533.4億美元,稅前利潤為148.7億美元。ARM全年營收和稅前利潤分別只有英特爾的1/58和1/36。
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