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2021-05-14 16:33
全球芯片短缺可能持续十年,这是一场无限战争?

本文来自微信公众号:腾讯科技(ID:qqtech),作者:金鹿,原文标题:《芯片无限战争:全球芯片短缺可能持续十年,需求无限期超过供应》,题图来自:unsplash


在英特尔新任首席执行官帕特·盖尔辛格(Pat Gelsinger)刚刚宣布雄心勃勃的复兴计划后,芯片设计巨头Arm也发布了其第九版处理器架构Armv9,这是自十年前Armv8推出以来,该架构的首次重大升级。与此同时,Arm还公布了未来十年的愿景。大多数分析师认为,Arm新架构代表着正确的前进方向,因为它结合了端到端的能力,从边缘计算到云计算,从数据中心到家庭,以及介于这些领域之间的一切。


此外,Arm也在加强现有业务模式,即使生态系统合作伙伴能够显著增加附加价值,同时保持与前几代产品的软件兼容性。分析师认为,这一点至关重要,因为市场上各种需要专用芯片的使用案例正在迅速扩大。而在他们看来,Arm架构是迄今为止最适合利用这一即将到来的浪潮的最佳选择。


一、对英特尔IDM 2.0战略的竞争回应


英特尔的声明包括三大支柱:1)坚持构建内部工厂网络战略;2)增加对外部代工厂的使用;3)推出全新独立代工业务部门。


在此之后,有两个值得注意的消息直接对英特尔的新战略做出回应:除了Arm推出Armv9架构外,台积电宣布计划在未来三年投资1000亿美元用于芯片制造和开发


这是个十分庞大的支出计划,大大超过了英特尔计划的200亿美元投资,该计划将于2024年开始在美国新建两家芯片代工厂。此外,早在2019年,三星就已经承诺将投资1160亿美元,以实现内存芯片以外的生产多元化。


二、会导致芯片供应过剩吗?


为什么这些公司突然之间变得如此咄咄逼人,他们各自努力扩大产能会不会导致芯片供过于求?


首先,中国的芯片制造能力依然强大,其目标是主导当地市场,这反过来将在全球范围内带来优势。其次,目前全球芯片短缺严重,许多芯片公司相信这种情况将持续十年时间,甚至可能更久。分析师们认为,我们现在正逼近新的需求拐点,这主要源于数字转型、物联网、云计算、汽车和家庭新用例激增所致。


至于供过于求,这些芯片制造商认为需求将无限期超过供应。他们认为,与供应过剩相比,缺乏制造能力的危险更高。如果市场产能过剩,制造商可以减产并承受财务损失。相比之下,产能限制则意味着他们可能会错过整个增长周期,完全错过市场以及由此带来的批量学习曲线和成本降低带来的好处。所以,他们不得不奋力拼搏。


三、Arm新架构为何如此受关注?


英特尔新战略的一个关键要素是盖尔辛格提出的封装系统愿景,这是一次跨越片上系统(SoC)的尝试。Arm也正在采取类似的系统方法,这是一项大胆的架构举措。然而,在分析师们看来,无论是从广度还是深度上说,这都超过了盖尔辛格提出的愿景,而且Arm的目标应用领域非常广泛。


Arm的基本理念是,未来将需要更多高度专业化的定制芯片,而英特尔也同意这样的观点。但不同之处在于,几十年来,Arm始终在执行一项允许生态系统合作伙伴灵活定制芯片和为其增值的战略。尽管英特尔现在终于开始采取行动,想要利用未来趋势,但其可能无法在短时间内取得成功。


四、Arm与英特尔奉行不同商业模式


历史上,Arm始终采取与英特尔模式截然不同的生态系统构建方式,该公司致力于生产适用于特定用例的专用芯片,比如iPhone中从指纹识别到面部识别的AI芯片。这需要专门的神经处理单元(NPU),这些单元是由苹果公司为特定用例而设计的。Arm正在推动这些由生态系统设计和生产的专用芯片制造。


另一方面,英特尔历来采取一刀切的方式,主要围绕x86体系构建生态系统。


英特尔的设计聚焦于提高处理器的速度、晶体管密度以及增加矢量处理能力等,以适应AI的进步。英特尔负责生态系统所需的所有设计和制造以及任何专业化。该公司向来都是“吸金机器”,在它认为有利可图的芯片上添加尽可能多的功能,给生态系统合作伙伴留下更少的增值空间。


以个人电脑和服务器为例,这是英特尔最大的市场。戴尔、联想、惠普以及惠与等客户带来的大部分附加值,坦率地说,始终是在边际上折弯金属或增加显示器以及其他功能来赚取低廉的利润。诚然,存储和网络供应商已经能够增加更多价值,但这些市场比个人电脑和服务器小得多。在很大程度上,英特尔始终是硬件领域的大赢家,让其原始设备制造商客户挣扎在一个不断整合和利润率超低的世界里。


尽管如此,英特尔及其生态系统享有的最大优势是,x86架构易于理解、相当可靠,而且大多数企业软件都运行在x86上。这对微软和VMware等软件公司来说尤其有利可图,这些公司通过编写在x86上运行得非常好的代码实现了大部分增值。拥有一致、稳定的处理器平台是支持软件市场大规模增长的驱动力之一。


众所周知,Arm和英特尔在历史上有着截然不同的业务模式,盖尔辛格已经表示,他誓言要用新的可信赖代工战略来改变这一点。问题是,英特尔的绝大多数业务都在服务于一种在宏观层面正在失去动力的商业模式。


五、Arm的策略更加适合未来趋势


事实上,Arm的商业模式已经显现出巨大威力,许多客户都在基于其架构自主研发处理器。亚马逊云计算部门AWS正在开发自己的Graviton芯片,苹果已经推出自主设计的M1芯片,电动汽车制造商特斯拉也在设计自己的芯片。


特斯拉的案例研究很有启发性。为了优化视频处理功能,特斯拉需要在NPU中添加固件,以满足其涉及视频处理的特定使用案例。该公司很乐意按原样使用现成的CPU或GPU以及Arm架构组件,并利用Arm的标准。但特斯拉看到了在NPU中增加自身价值的机会。这种商业模式的优势在于,特斯拉可以在不到一年的时间内实现量产,而传统车型则需要更长时间。



Arm就像可定制的乐高积木,可让生态系统合作伙伴以更快的上市时间实现独特的增值。比如,特斯拉可以直接提出自己的要求,让三星为其提供定制芯片。特斯拉选择了使用14纳米工艺来降低成本,它不需要最新架构和更大的晶体管密度。这一切都与适应应用程序的灵活性和上市时间有关。


根据盖尔辛格的声明,英特尔正在将其代工业务转向Arm模式。它必须这么做。但正如分析师们所指出的那样,代工行业是个非常不同的行业,有不同的利润率模式、关系、进入市场的战略。而且更为重要的是,产量要求也不同。


六、Armv9为何如此与众不同?


Armv9与前几代架构向后兼容。也许Arm从英特尔失败的安腾(Itanium)处理器项目中吸取了教训,因为安藤处理器没有向后兼容性,因此其推广过程举步维艰。此外,Arm还增加了许多附加功能,其中最受关注的两个领域是机器学习和安全性。


在这里需要注意,Arm宣称Armv9架构将装备在3000亿颗Arm芯片中,这是个非常庞大的数字。此前有数据显示,Arm架构的晶圆产量是x86架构芯片的10倍。产量高意味着成本降低,这对代工业务来说至关重要。



Armv9架构的一个关键组件是其“可缩放矢量扩展2”(Scalable Vector Extension 2,简称SVE2),旨在提供更精细的数据并行性,并为每条指令提供更多的支持工作。这将支持跨各种用例的机器学习应用,如语言处理、可视化、动态定价、欺诈检测等。


Arm将赌注押在人工智能和机器学习上,其他许多公司也是如此。因此,Arm在其体系结构中改进特定的机器学习功能是个相当有前途的赌注。


在“Vision Day”上,Arm也曾谈到了机密计算架构和领域(Confidential Compute Architecture And Realms)。ARM在声明中的陈述已经引起企业共鸣。套用Arm的评论,今天人们对运行应用程序的操作系统和管理程序过于信任,他们对数据的广泛接触会带来黑客袭击和威胁。


而Arm的“领域”概念强调了该公司的战略,即取消特权软件(如虚拟机管理程序)需要能够看到数据的假设。因此,通过在虚拟化的多租户环境中创建“领域”,可以更好地保护数据不受内存泄漏的影响,并可以有效地预防黑客袭击。


这是个非常实用的概念,也是系统将租户的数据与其他用户隔离的一种方式。


在将计算从内存中分离出来并跨不同处理器类型共享方面,IBM拥有最好的技术(Power 10)


IBM在首席执行官罗睿兰(Ginni Rometty)的领导下重组微电子业务时,促成了与美国芯片制造商格芯公司的合作,后者接管了IBM在纽约州东菲什基尔的半导体制造工厂。然而,格芯2019年宣布出售这家工厂,表明该计划最终没有成功。


格芯成立于2009年,当时AMD退出了自己制造芯片的业务。2009年,该公司在纽约州奥尔巴尼郊外的马耳他新工厂破土动工。马耳他将是格芯将生产其最先进技术的地方,最终将包括7纳米产品。AMD和IBM承诺由格芯制造他们的7纳米芯片,但后者放弃了7纳米工艺开发,迫使IBM和AMD转向其他制造商。


十多年来,三星、IBM和格芯始终在为先进制造技术制定共同的设计规范。


但格芯正陷入亏损,其私人支持者可能急于收回过去几年投资于晶圆厂的210亿美元巨额资金。格芯首席执行官汤姆·考尔菲尔德(Tom Caulfield)表示,公司即将进行首次公开募股(IPO)。这一切都造成了两家公司之间的裂痕,并在马耳他工厂最初愿景方面留下了漏洞,这也让美国芯片制造能力相对落后于中国。


七、英特尔、IBM和美国政府联手


就英特尔而言,它拥有出色的FinFET(鳍式场效应晶体管)技术。FinFET超越了CMOS(互补金属氧化物半导体),可以让英特尔在AMD的Chiplet IP上占得先机,特别是在延迟方面。这可能也会给IBM带来一些好处。


IBM研究院院长兼高级副总裁达里奥·吉尔(Dario Gil)是其中的关键人物,他首先提议可以与英特尔共享某些知识。IBM之所以这样做,是因为其想要更有效地与VMware竞争,后者在利用x86方面做得很好,这是OpenShift(红帽的云开发平台即服务)最大的竞争对手。因此,IBM需要英特尔芯片来执行其云战略,因为几乎所有IBM客户都在x86上运行应用程序。


更有趣的是,纽约州参议员查克·舒默(Chuck Schumer)热衷于在纽约建立替代硅谷的地方,即所谓的硅巷(Silicon Alley)。那么,拥有出色工艺技术的英特尔,与美国政府、IBM和三星合作,它是否能成为值得信赖的代工伙伴,并促使芯片行业重新洗牌?


八、芯片领域上演“权力的游戏”


这块拼图还差一块,那就是台积电,后者始终在为苹果生产5纳米(最终4纳米)芯片,这让它的其他客户(比如英伟达)受到更大限制。归根结底,长期的竞争力和成本削减最终取决于产量。分析师们认为,没有Arm,英特尔无法实现量产。


不过,如果英特尔真的能在IBM和美国政府的帮助下成为一家值得信赖的代工企业,或许它就可以通过吸引某些心怀不满的台积电客户来在产量上与其展开竞争。举例来说,英伟达对台积电感到不满,因为其订单总是排在苹果之后。


那么,英伟达为何不把英特尔的代工厂作为第二个芯片制造来源呢?AWS、谷歌和Facebook是否也存在同样的问题。


除此之外,也许这也是科技巨头安抚美国政府和摆脱反垄断调查的一种方式。


他们把芯片制造业务交给英特尔晶圆厂,以帮助帮助确保美国半导体行业的领导地位。而对于微软,尽管其没有受到那么多的反垄断审查,但它也很可能乐于合作。


苹果为什么不想在美国国内拥有先进技术服务商?盖尔辛格就是做这种事情的人,因为他会和公共政策制定者相处得很好。这会给英特尔带来具有更高的销量吗?的确如此。可以肯定的是,如果它能赢得这些公司的信任,交易量肯定会增加。正如我们已经说过的,目前这是个很小的机会,需要几年的时间才能壮大。但在这种情况下,将这些优势结合起来,英特尔赢得赌注的机会非常高。


毫无疑问,英特尔面临的风险比以往任何时候都要高,因为它背负的不仅仅是该公司的生存,而是攸关芯片行业的生存和美国的竞争力。不过,长期竞争力的关键绝对在于实现批量制造。


Arm和台积电都对英特尔的举动做出了回应。由于监管机构和竞争对手反对合并,英伟达对Arm的收购仍岌岌可危。不过,如果英伟达成功收购Arm,后者无疑将变得更加强大。Arm打算超越SoC,与英特尔保持同步,尽管其采用的是纯外包战略。英特尔必须保持其在市场中的高端地位,但Arm将继续在企业中站稳脚跟。


英特尔最大的优势是其集成设备制造(IDM)战略。垂直整合是一场漫长的游戏,既带来了质量优势,也带来了成本优势。但如果没有销量,英特尔将无法在成本上竞争,甚至真的可能会破产。


有鉴于此,对于英特尔来说,能否成功执行其代工战略至关重要,而代工战略仍然是一项高风险、高回报的风险投资。美国政府的角色将是降低这一风险,增加英特尔生存的可能性,并继续保持美国在半导体行业的领先地位。


本文来自微信公众号:腾讯科技(ID:qqtech),作者:金鹿

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