作者：包永剛
自2015年開(kāi)始，芯片性能的提升越來(lái)越難，摩爾定律放緩的6年時(shí)間，先進(jìn)工藝制程的焦點(diǎn)成了臺(tái)積電和三星，提出摩爾定律的英特爾數(shù)次延期10nm量產(chǎn)時(shí)間。在CPU市場(chǎng)，AMD也發(fā)起猛烈攻勢(shì)，英偉達(dá)憑借GPU成為了最炙手可熱的AI公司，市值超越英特爾。
不過(guò)，2020年英偉達(dá)和AMD宣布的并購(gòu)，很大程度上證明了英特爾又一次走在了行業(yè)前面。
摩爾定律放緩
傳統(tǒng)芯片巨頭們?yōu)榱舜髷?shù)據(jù)和AI時(shí)代的到來(lái)相互競(jìng)爭(zhēng)之時(shí)，谷歌、亞馬遜、阿里巴巴、百度等科技巨頭們也開(kāi)始自研AI芯片，芯片市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)變得更加復(fù)雜。
最終的結(jié)果，多數(shù)芯片公司最好的結(jié)局是被收購(gòu)？
AMD借力臺(tái)積電猛追英特爾
摩爾定律奏效的時(shí)間里，英特爾不僅引領(lǐng)著半導(dǎo)體先進(jìn)制程的發(fā)展，其x86 CPU在桌面和服務(wù)器市場(chǎng)的地位難以撼動(dòng)。直到2017年，AMD正式推出新一代微架構(gòu)Zen的Ryzen CPU，性能超越英特爾旗艦i7 770K。消費(fèi)者對(duì)英特爾CPU性能提升緩慢的不滿(mǎn)借著AMD的新產(chǎn)品發(fā)布釋放，看好AMD的聲音此起彼伏。
此后，AMD持續(xù)優(yōu)化Zen架構(gòu)，在2020年10月發(fā)布了最新的Zen3架構(gòu)，基于最新架構(gòu)的臺(tái)積電7nm制程Ryzen 5000系列CPU也同時(shí)亮相。
Zen架構(gòu)歷經(jīng)三代迭代，AMD的CPU性能迅速接近和趕超在很長(zhǎng)一段時(shí)間領(lǐng)先的英特爾。AMD CPU性能的大增也帶來(lái)了市場(chǎng)份額的增長(zhǎng)，根據(jù)Passmark評(píng)測(cè)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)，AMD在桌面市場(chǎng)去年九月份的市場(chǎng)份額達(dá)到了48%，短暫超過(guò)英特爾，AMD上一次在桌面市場(chǎng)份額超過(guò)英特爾還是2006年。
Passmark評(píng)測(cè)網(wǎng)站的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)代表的是使用中的CPU而非購(gòu)買(mǎi)的CPU，統(tǒng)計(jì)以日歷年為單位，不僅代表新CPU的銷(xiāo)量，還在一定程度反映了過(guò)去5-10年x86 CPU的安裝量。
數(shù)據(jù)來(lái)自Passmark
除了桌面市場(chǎng)，AMD在筆記本電腦市場(chǎng)的份額從2019年開(kāi)始迅速增加，但在服務(wù)器CPU市場(chǎng)的份額還未明顯增加。
“AMD近幾年之所以表現(xiàn)如此強(qiáng)勁，Jim Keller 2012年領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)發(fā)的Zen架構(gòu)奠定了很好的基礎(chǔ)，再加上采用小芯片技術(shù)以及臺(tái)積電最先進(jìn)的工藝?！币晃磺癆MD高管對(duì)雷鋒網(wǎng)表示。
先進(jìn)工藝進(jìn)展緩慢恰好是近年來(lái)英特爾最大的痛處。根據(jù)英特爾2013年的技術(shù)路線(xiàn)圖，10nm工藝將在2016年量產(chǎn)。直到2019年才量產(chǎn)10nm的英特爾承認(rèn)，當(dāng)年的設(shè)想過(guò)于自信，且團(tuán)隊(duì)之間也沒(méi)有明確目標(biāo)，最終10nm沒(méi)有如期量產(chǎn)。
英特爾10nm未量產(chǎn)，不斷優(yōu)化14nm工藝的幾年間，臺(tái)積電和三星繼續(xù)大力發(fā)展先進(jìn)半導(dǎo)體制程，搶先量產(chǎn)了7nm工藝。即便如今的半導(dǎo)體制程命名帶有更多營(yíng)銷(xiāo)性質(zhì)而非真實(shí)的晶體管尺寸，在英特爾量產(chǎn)10nm不久后，臺(tái)積電在2020年上半年就量產(chǎn)了5nm制程。
造成這樣競(jìng)爭(zhēng)局面更深層的原因大部分人并未看到?！坝⑻貭柡茉缇鸵庾R(shí)到CPU面臨的挑戰(zhàn)是‘茶壺里倒餃子’，關(guān)鍵不在于計(jì)算能力的提升，瓶頸在于帶寬?！盋PU領(lǐng)域的資深人士告訴雷鋒網(wǎng)：“CPU有個(gè)基本規(guī)則，一個(gè)字節(jié)帶寬支持一個(gè)浮點(diǎn)操作，現(xiàn)在的CPU的計(jì)算性能和帶寬已經(jīng)有點(diǎn)不平衡了，這時(shí)候單純提升計(jì)算速度已經(jīng)意義不大?！?/p>
其實(shí)，英特爾在4月發(fā)布至強(qiáng)處理器的時(shí)候，也強(qiáng)調(diào)了緩存以及內(nèi)存對(duì)于CPU的重要性?！爸翉?qiáng)處理器可以直接訪(fǎng)問(wèn)統(tǒng)一的緩存，從而獲得一致的響應(yīng)時(shí)間和訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)間?！庇⑻貭柤夹g(shù)專(zhuān)家表示，“內(nèi)存能力方面，第三代至強(qiáng)可以支持兩條DIMM在最高3200的頻率下運(yùn)行，AMD三代EPYC只能單通道運(yùn)行3200的頻率，這將會(huì)降低內(nèi)存的吞吐量?！?/p>
“英特爾CPU的性能已經(jīng)足夠滿(mǎn)足當(dāng)下應(yīng)用的需求，他們沒(méi)有很強(qiáng)的動(dòng)力繼續(xù)提升，在被AMD迅速追趕之前，只是維持每代小幅度的性能提升。AMD的競(jìng)爭(zhēng)讓英特爾CPU性能升級(jí)的幅度更大，這對(duì)業(yè)界而言是好事，但總體而言，CPU的性能已經(jīng)接近天花板?！盋PU領(lǐng)域的資深人士同時(shí)表示。
英特爾領(lǐng)先進(jìn)入組合拳賽場(chǎng)
“很長(zhǎng)一段時(shí)間，英特爾先進(jìn)半導(dǎo)體工藝的領(lǐng)導(dǎo)力太強(qiáng)，因此一旦其先進(jìn)制程的領(lǐng)導(dǎo)力減弱，許多人就認(rèn)為英特爾‘不行了’。拋開(kāi)半導(dǎo)體工藝，英特爾的芯片實(shí)力依舊很強(qiáng)。”擁有二十多年芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的資深人士曾對(duì)雷鋒網(wǎng)說(shuō)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
實(shí)際上，英特爾的并購(gòu)和轉(zhuǎn)型，雖然有些挫折，但又一次走在了整個(gè)行業(yè)的前面。2012年興起的新一輪AI熱潮，讓英特爾CPU從中獲益，但獲益更大的是英偉達(dá)的GPU。英特爾很快意識(shí)到大數(shù)據(jù)和AI的時(shí)代對(duì)計(jì)算需求的變化，2016年時(shí)任CEO科再奇（Brian Krzanich）提出，英特爾要從一家PC公司轉(zhuǎn)型為驅(qū)動(dòng)云計(jì)算和數(shù)以?xún)|計(jì)的智能互聯(lián)計(jì)算設(shè)備的公司，開(kāi)啟了以數(shù)據(jù)為中心的轉(zhuǎn)型，伴隨著一系列并購(gòu)。
2015年到2020年年間，英特爾連續(xù)達(dá)成了6筆與AI芯片相關(guān)的重要收購(gòu)交易。2015年，英特爾宣布以總價(jià)約為167億美元的價(jià)格收購(gòu)Altera。Altera是當(dāng)時(shí)全球第二大FPGA公司，其產(chǎn)品主要用于電信和無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備。
2016年8月，英特爾3.5億美元收購(gòu)了主攻深度學(xué)習(xí)方向Nervana Systems。一個(gè)月后，英特爾又收購(gòu)了AI視覺(jué)芯片公司Movidius。
2017年，英特爾又以153 億美元收購(gòu)Mobileye，這家以色列的公司是全球領(lǐng)先的計(jì)算及視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)服務(wù)提供商。時(shí)隔兩年，2020年英特爾再次出手，以20億美元收購(gòu)Habana Labs，被收購(gòu)時(shí)這家總部位于以色列的AI芯片初創(chuàng)公司的Goya云端AI推理處理器已實(shí)現(xiàn)商用。
收購(gòu)讓英特爾迅速獲得了FPGA、ASIC這兩類(lèi)AI芯片，加上其已有的CPU和GPU，英特爾率先擁有了標(biāo)量、矢量、矩陣、空間芯片架構(gòu)組合。
2020年之前，英特爾的這一系列并購(gòu)很容易被解讀為是為應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)不得已的做法。然而，2020年9月英偉達(dá)宣布以400億美元收購(gòu)ARM。10月份，AMD又宣布以350億美元收購(gòu)FPGA供應(yīng)商Xilinx（賽靈思）。接連的大規(guī)模并購(gòu)，不僅證明了英特爾的前瞻性，也表明了芯片行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入新的賽場(chǎng)。
英特爾公司副總裁兼中國(guó)區(qū)總經(jīng)理王銳本月對(duì)雷鋒網(wǎng)表示：“當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也在走我們走出來(lái)的這條路的時(shí)候，讓我們更加堅(jiān)信這條路的方向是對(duì)的。業(yè)界有一個(gè)共識(shí)，任何一項(xiàng)單獨(dú)的能力都不足以應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代全場(chǎng)景綜合負(fù)載的挑戰(zhàn)。這也是大家都在不斷擴(kuò)展的原因?！?/p>
芯片巨頭們也用最新的產(chǎn)品路線(xiàn)圖證明了芯片競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)啟了新賽場(chǎng)。ARM在四月初發(fā)布最新一代架構(gòu)ARMV9時(shí)就強(qiáng)調(diào)全面計(jì)算的理念，也就是通過(guò)CPU、GPU、NPU的組合，滿(mǎn)足汽車(chē)、基礎(chǔ)設(shè)施、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的需求。
英偉達(dá)在四月中旬的GTC 21上，CEO黃仁勛不僅發(fā)布了基于ARM的專(zhuān)用CPU GRACE，還更新了英偉達(dá)最新的數(shù)據(jù)中心芯片路線(xiàn)圖，GPU、CPU和DPU三類(lèi)芯片逐年更新。
AMD收購(gòu)賽靈思的意圖也非常清楚，在其擁有的CPU和GPU的基礎(chǔ)上，加上FPGA能夠更好地滿(mǎn)足包括數(shù)據(jù)中心在內(nèi)的眾多應(yīng)用的需求。
顯然，英特爾、英偉達(dá)、AMD三大高性能計(jì)算巨頭又都進(jìn)入了新的賽場(chǎng)，新的競(jìng)賽意味著單靠某一類(lèi)計(jì)算芯片將很難參與新的競(jìng)爭(zhēng)，體量較小的芯片公司在新的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代面臨著更大壓力。
門(mén)檻降低，大部分芯片公司被收購(gòu)是最好的結(jié)局
“在產(chǎn)業(yè)鏈里，絕大多數(shù)做芯片企業(yè)是會(huì)死掉，被并購(gòu)是最好的命運(yùn)?！盋PU行業(yè)的資深人士認(rèn)為。
這種判斷并非危言聳聽(tīng)，蘋(píng)果最新發(fā)布的M1芯片就是一個(gè)很好的警示。在蘋(píng)果自研芯片的早期，其芯片性能與傳統(tǒng)的芯片廠(chǎng)商的SoC性能有不小差距，但通過(guò)系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化，最終的體驗(yàn)差距并不明顯。經(jīng)過(guò)多年經(jīng)驗(yàn)積累以及芯片的迭代，蘋(píng)果自研的芯片已經(jīng)強(qiáng)大到能夠替換英特爾的CPU。
“英特爾、英偉達(dá)這樣的公司能夠繼續(xù)以芯片公司的方式生存下去，他們有足夠的技術(shù)門(mén)檻，更重要的是他們的產(chǎn)品組合能夠構(gòu)成護(hù)城河?！盋PU行業(yè)的資深人士表示，“大部分人看到的是英特爾inside，沒(méi)有看到英特爾outside的實(shí)力。”
王銳說(shuō)，“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可以在某一參數(shù)或者是在制程上縮短與我們的差距。但要打造整個(gè)架構(gòu)，在計(jì)算和AI的各個(gè)方面都要能夠趕超英特爾，不是那么容易的事情?！?/p>
一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是，要發(fā)揮CPU的性能優(yōu)勢(shì)，需要系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，如果內(nèi)存收發(fā)器能夠配合CPU的工作特性，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的性能提升。
GPU也同樣如此，可以看到英偉達(dá)基于最新的GPU，搭配其互聯(lián)技術(shù)以及軟件棧，面向不同的場(chǎng)景推出工作站，實(shí)現(xiàn)更高性?xún)r(jià)比。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
高通5G時(shí)代也有類(lèi)似的策略，高通的每一代5G調(diào)制解調(diào)器都有對(duì)應(yīng)的射頻系統(tǒng)，高通的說(shuō)法是5G射頻的復(fù)雜性大增，產(chǎn)品組合可以帶來(lái)最佳的性能。
傳統(tǒng)芯片巨頭們通過(guò)更豐富的產(chǎn)品組合滿(mǎn)足不同應(yīng)用需求，一方面說(shuō)明了最終應(yīng)用驅(qū)動(dòng)芯片的發(fā)展越來(lái)越明顯，純芯片公司的話(huà)語(yǔ)權(quán)在減弱。另一方面說(shuō)明了在先進(jìn)半導(dǎo)體制程提升難度越來(lái)越大，成本越來(lái)越高的時(shí)候，異構(gòu)計(jì)算是更好的選擇。
“芯片公司話(huà)語(yǔ)權(quán)的降低，不同的行業(yè)有不同的原因，但這是可以看到的事實(shí)?！毙酒袠I(yè)的資深人士表示。
比如，科技巨頭在AI時(shí)代開(kāi)始自研芯片。雖然科技巨頭們的目標(biāo)不是取代芯片公司，但這在某些領(lǐng)域必然會(huì)與芯片巨頭產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。王銳說(shuō)：“當(dāng)產(chǎn)業(yè)界在快速轉(zhuǎn)型的時(shí)候，我們多年的合作伙伴會(huì)在某一方面找到一個(gè)點(diǎn)，跟隨應(yīng)用場(chǎng)景以非?？斓乃俣冗M(jìn)行創(chuàng)新。對(duì)我們來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)激勵(lì)，我們需要提供非常有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品?！?/p>
出現(xiàn)這種局面很重要的原因是芯片行業(yè)的門(mén)檻有所降低，科技巨頭們可以使用成熟的IP、EDA工具根據(jù)其業(yè)務(wù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)芯片，然后交由晶圓代工廠(chǎng)代工，降低成本的同時(shí)芯片也更符合自身需求。
同時(shí)也要看到，7nm之后的工藝將會(huì)成為小眾工藝。早在2018年，全球第三大晶圓代工廠(chǎng)格羅方德就宣布了一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，決定停止7nm工藝的所有工作及后續(xù)制程的研發(fā)，將專(zhuān)注于更加成熟的工藝，為新興高增長(zhǎng)市場(chǎng)的客戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)的制造工藝。
原因除了7nm的技術(shù)難度更大，也和成本密切相關(guān)。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)International Business Strategies (IBS)給出的數(shù)據(jù)顯示，28nm之后芯片的成本迅速上升。28nm工藝的成本為0.629億美元，到了7nm和5nm，芯片的成本迅速暴增，5nm將增至4.76億美元。三星稱(chēng)其3nm GAA 的成本可能會(huì)超過(guò)5億美元。
CPU領(lǐng)域資深人士也指出：“過(guò)去工藝的進(jìn)步晶體管也變小，所以相同的硅面積可以集成更多晶體管，在相同硅面積成本不增加的前提下，先進(jìn)半導(dǎo)體制程擁有優(yōu)勢(shì)。但現(xiàn)在相同硅面積的成本增加了，并且晶體管從28nm到14nm，硅面積只縮小了1/3，先進(jìn)制程的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越小。”
高企的先進(jìn)制程成本讓業(yè)界開(kāi)始更加關(guān)注異構(gòu)集成，小芯片（Chiplet）以及與之相關(guān)的先進(jìn)封裝技術(shù)也成了各大巨頭競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。
OMDIA半導(dǎo)體首席分析師何暉此前對(duì)雷鋒網(wǎng)表示，“異構(gòu)架構(gòu)的競(jìng)爭(zhēng)格局一旦形成，對(duì)于包括中國(guó)在內(nèi)的新興市場(chǎng)，想要突圍就會(huì)更加困難?！?/p>
那時(shí)，僅提供芯片的公司競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)越來(lái)越弱，被收購(gòu)就會(huì)成為許多芯片公司最好的選擇。
半導(dǎo)體行業(yè)這部并購(gòu)史接下來(lái)會(huì)如何書(shū)寫(xiě)？芯片巨頭們以及擁有先進(jìn)制程和封裝技術(shù)的代工廠(chǎng)之間的競(jìng)爭(zhēng)格局會(huì)發(fā)生怎樣的變化？