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死掉,芯片小厂的唯一宿命?

本文作者:包永刚 2021-05-06 14:08
导语:为什么芯片巨头竞争进入新赛场,多数芯片公司最好的结局是被收购?

作者 | 包永刚

出品 | 雷锋网产业组

自2015年开始,芯片性能的提升越来越难,摩尔定律放缓的6年时间,先进工艺制程的焦点成了台积电和三星,提出摩尔定律的英特尔数次延期10nm量产时间。在CPU市场,AMD也发起猛烈攻势,英伟达凭借GPU成为了最炙手可热的AI公司,市值超越英特尔。

不过,2020年英伟达和AMD宣布的并购,很大程度上证明了英特尔又一次走在了行业前面。

死掉,芯片小厂的唯一宿命?

摩尔定律放缓

传统芯片巨头们为了大数据和AI时代的到来相互竞争之时,谷歌、亚马逊、阿里巴巴、百度等科技巨头们也开始自研AI芯片,芯片市场的竞争变得更加复杂。

最终的结果,多数芯片公司最好的结局是被收购?

AMD借力台积电猛追英特尔

摩尔定律奏效的时间里,英特尔不仅引领着半导体先进制程的发展,其x86 CPU在桌面和服务器市场的地位难以撼动。直到2017年,AMD正式推出新一代微架构Zen的Ryzen CPU,性能超越英特尔旗舰i7 770K。消费者对英特尔CPU性能提升缓慢的不满借着AMD的新产品发布释放,看好AMD的声音此起彼伏。

此后,AMD持续优化Zen架构,在2020年10月发布了最新的Zen3架构,基于最新架构的台积电7nm制程Ryzen 5000系列CPU也同时亮相。

Zen架构历经三代迭代,AMD的CPU性能迅速接近和赶超在很长一段时间领先的英特尔。AMD CPU性能的大增也带来了市场份额的增长,根据Passmark评测网站的数据,AMD在桌面市场去年九月份的市场份额达到了48%,短暂超过英特尔,AMD上一次在桌面市场份额超过英特尔还是2006年。

Passmark评测网站的统计数据代表的是使用中的CPU而非购买的CPU,统计以日历年为单位,不仅代表新CPU的销量,还在一定程度反映了过去5-10年x86 CPU的安装量。

死掉,芯片小厂的唯一宿命?

数据来自Passmark

除了桌面市场,AMD在笔记本电脑市场的份额从2019年开始迅速增加,但在服务器CPU市场的份额还未明显增加。

“AMD近几年之所以表现如此强劲,Jim Keller 2012年领导开发的Zen架构奠定了很好的基础,再加上采用小芯片技术以及台积电最先进的工艺。”一位前AMD高管对雷锋网(公众号:雷锋网)表示。

先进工艺进展缓慢恰好是近年来英特尔最大的痛处。根据英特尔2013年的技术路线图,10nm工艺将在2016年量产。直到2019年才量产10nm的英特尔承认,当年的设想过于自信,且团队之间也没有明确目标,最终10nm没有如期量产。

死掉,芯片小厂的唯一宿命?

英特尔10nm未量产,不断优化14nm工艺的几年间,台积电和三星继续大力发展先进半导体制程,抢先量产了7nm工艺。即便如今的半导体制程命名带有更多营销性质而非真实的晶体管尺寸,在英特尔量产10nm不久后,台积电在2020年上半年就量产了5nm制程。

造成这样竞争局面更深层的原因大部分人并未看到。“英特尔很早就意识到CPU面临的挑战是‘茶壶里倒饺子’,关键不在于计算能力的提升,瓶颈在于带宽。”CPU领域的资深人士告诉雷锋网:“CPU有个基本规则,一个字节带宽支持一个浮点操作,现在的CPU的计算性能和带宽已经有点不平衡了,这时候单纯提升计算速度已经意义不大。”

其实,英特尔在4月发布至强处理器的时候,也强调了缓存以及内存对于CPU的重要性。“至强处理器可以直接访问统一的缓存,从而获得一致的响应时间和访问数据时间。”英特尔技术专家表示,“内存能力方面,第三代至强可以支持两条DIMM在最高3200的频率下运行,AMD三代EPYC只能单通道运行3200的频率,这将会降低内存的吞吐量。”

“英特尔CPU的性能已经足够满足当下应用的需求,他们没有很强的动力继续提升,在被AMD迅速追赶之前,只是维持每代小幅度的性能提升。AMD的竞争让英特尔CPU性能升级的幅度更大,这对业界而言是好事,但总体而言,CPU的性能已经接近天花板。”CPU领域的资深人士同时表示。

英特尔领先进入组合拳赛场

“很长一段时间,英特尔先进半导体工艺的领导力太强,因此一旦其先进制程的领导力减弱,许多人就认为英特尔‘不行了’。抛开半导体工艺,英特尔的芯片实力依旧很强。”拥有二十多年芯片设计经验的资深人士曾对雷锋网说。

实际上,英特尔的并购和转型,虽然有些挫折,但又一次走在了整个行业的前面。2012年兴起的新一轮AI热潮,让英特尔CPU从中获益,但获益更大的是英伟达的GPU。英特尔很快意识到大数据和AI的时代对计算需求的变化,2016年时任CEO科再奇(Brian Krzanich)提出,英特尔要从一家PC公司转型为驱动云计算和数以亿计的智能互联计算设备的公司,开启了以数据为中心的转型,伴随着一系列并购。

2015年到2020年年间,英特尔连续达成了6笔与AI芯片相关的重要收购交易。2015年,英特尔宣布以总价约为167亿美元的价格收购Altera。Altera是当时全球第二大FPGA公司,其产品主要用于电信和无线通信设备。

死掉,芯片小厂的唯一宿命?

2016年8月,英特尔3.5亿美元收购了主攻深度学习方向Nervana Systems。一个月后,英特尔又收购了AI视觉芯片公司Movidius。

2017年,英特尔又以153 亿美元收购Mobileye,这家以色列的公司是全球领先的计算及视觉、机器学习、自动驾驶系统服务提供商。时隔两年,2020年英特尔再次出手,以20亿美元收购Habana Labs,被收购时这家总部位于以色列的AI芯片初创公司的Goya云端AI推理处理器已实现商用。

收购让英特尔迅速获得了FPGA、ASIC这两类AI芯片,加上其已有的CPU和GPU,英特尔率先拥有了标量、矢量、矩阵、空间芯片架构组合。

2020年之前,英特尔的这一系列并购很容易被解读为是为应对竞争不得已的做法。然而,2020年9月英伟达宣布以400亿美元收购ARM。10月份,AMD又宣布以350亿美元收购FPGA供应商Xilinx(赛灵思)。接连的大规模并购,不仅证明了英特尔的前瞻性,也表明了芯片行业已经进入新的赛场。

英特尔公司副总裁兼中国区总经理王锐本月对雷锋网表示:“当竞争对手也在走我们走出来的这条路的时候,让我们更加坚信这条路的方向是对的。业界有一个共识,任何一项单独的能力都不足以应对大数据时代全场景综合负载的挑战。这也是大家都在不断扩展的原因。”

芯片巨头们也用最新的产品路线图证明了芯片竞争开启了新赛场。ARM在四月初发布最新一代架构ARMV9时就强调全面计算的理念,也就是通过CPU、GPU、NPU的组合,满足汽车、基础设施、物联网等应用的需求。

死掉,芯片小厂的唯一宿命?

英伟达在四月中旬的GTC 21上,CEO黄仁勋不仅发布了基于ARM的专用CPU GRACE,还更新了英伟达最新的数据中心芯片路线图,GPU、CPU和DPU三类芯片逐年更新。

死掉,芯片小厂的唯一宿命?

AMD收购赛灵思的意图也非常清楚,在其拥有的CPU和GPU的基础上,加上FPGA能够更好地满足包括数据中心在内的众多应用的需求。

显然,英特尔、英伟达、AMD三大高性能计算巨头又都进入了新的赛场,新的竞赛意味着单靠某一类计算芯片将很难参与新的竞争,体量较小的芯片公司在新的竞争时代面临着更大压力。

门槛降低,大部分芯片公司被收购是最好的结局

“在产业链里,绝大多数做芯片企业是会死掉,被并购是最好的命运。”CPU行业的资深人士认为。

这种判断并非危言耸听,苹果最新发布的M1芯片就是一个很好的警示。在苹果自研芯片的早期,其芯片性能与传统的芯片厂商的SoC性能有不小差距,但通过系统级的优化,最终的体验差距并不明显。经过多年经验积累以及芯片的迭代,苹果自研的芯片已经强大到能够替换英特尔的CPU。

“英特尔、英伟达这样的公司能够继续以芯片公司的方式生存下去,他们有足够的技术门槛,更重要的是他们的产品组合能够构成护城河。”CPU行业的资深人士表示,“大部分人看到的是英特尔inside,没有看到英特尔outside的实力。”

王锐说,“竞争对手可以在某一参数或者是在制程上缩短与我们的差距。但要打造整个架构,在计算和AI的各个方面都要能够赶超英特尔,不是那么容易的事情。”

一个简单的例子是,要发挥CPU的性能优势,需要系统级优化,如果内存收发器能够配合CPU的工作特性,可以实现数量级的性能提升。

GPU也同样如此,可以看到英伟达基于最新的GPU,搭配其互联技术以及软件栈,面向不同的场景推出工作站,实现更高性价比。

高通5G时代也有类似的策略,高通的每一代5G调制解调器都有对应的射频系统,高通的说法是5G射频的复杂性大增,产品组合可以带来最佳的性能。

传统芯片巨头们通过更丰富的产品组合满足不同应用需求,一方面说明了最终应用驱动芯片的发展越来越明显,纯芯片公司的话语权在减弱。另一方面说明了在先进半导体制程提升难度越来越大,成本越来越高的时候,异构计算是更好的选择。

“芯片公司话语权的降低,不同的行业有不同的原因,但这是可以看到的事实。”芯片行业的资深人士表示。

比如,科技巨头在AI时代开始自研芯片。虽然科技巨头们的目标不是取代芯片公司,但这在某些领域必然会与芯片巨头产生竞争。王锐说:“当产业界在快速转型的时候,我们多年的合作伙伴会在某一方面找到一个点,跟随应用场景以非常快的速度进行创新。对我们来说,这是一个激励,我们需要提供非常有竞争力的产品。”

出现这种局面很重要的原因是芯片行业的门槛有所降低,科技巨头们可以使用成熟的IP、EDA工具根据其业务特点设计芯片,然后交由晶圆代工厂代工,降低成本的同时芯片也更符合自身需求。

同时也要看到,7nm之后的工艺将会成为小众工艺。早在2018年,全球第三大晶圆代工厂格罗方德就宣布了一项重要的战略转变,决定停止7nm工艺的所有工作及后续制程的研发,将专注于更加成熟的工艺,为新兴高增长市场的客户提供专业的制造工艺。

原因除了7nm的技术难度更大,也和成本密切相关。市场研究机构International Business Strategies (IBS)给出的数据显示,28nm之后芯片的成本迅速上升。28nm工艺的成本为0.629亿美元,到了7nm和5nm,芯片的成本迅速暴增,5nm将增至4.76亿美元。三星称其3nm GAA 的成本可能会超过5亿美元。

死掉,芯片小厂的唯一宿命?

死掉,芯片小厂的唯一宿命?

CPU领域资深人士也指出:“过去工艺的进步晶体管也变小,所以相同的硅面积可以集成更多晶体管,在相同硅面积成本不增加的前提下,先进半导体制程拥有优势。但现在相同硅面积的成本增加了,并且晶体管从28nm到14nm,硅面积只缩小了1/3,先进制程的优势越来越小。”

高企的先进制程成本让业界开始更加关注异构集成,小芯片(Chiplet)以及与之相关的先进封装技术也成了各大巨头竞争的焦点。

OMDIA半导体首席分析师何晖此前对雷锋网表示,“异构架构的竞争格局一旦形成,对于包括中国在内的新兴市场,想要突围就会更加困难。”

那时,仅提供芯片的公司竞争力会越来越弱,被收购就会成为许多芯片公司最好的选择。

半导体行业这部并购史接下来会如何书写?芯片巨头们以及拥有先进制程和封装技术的代工厂之间的竞争格局会发生怎样的变化?

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