傳統(tǒng)半導(dǎo)體公司面臨的新威脅

毅林

云計(jì)算給傳統(tǒng)芯片企業(yè)帶來挑戰(zhàn)

推動(dòng)技術(shù)巨頭前進(jìn)的是半導(dǎo)體行業(yè)運(yùn)作方式的變化，以及人們?nèi)找嬉庾R(shí)到摩爾定律（該部門對(duì)芯片性能不斷提高的基本假設(shè)）正在失效。無論是傳統(tǒng)企業(yè)還是互聯(lián)網(wǎng)軟件公司，都正在尋找新的方法以提高性能。一直在尋求專業(yè)芯片的谷歌云部門的副總裁兼工程研究員帕塔·朗格納森說：“摩爾定律已經(jīng)存在了55年，這是它第一次出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的放慢。”

云計(jì)算巨頭的龐大規(guī)模給傳統(tǒng)芯片生產(chǎn)商帶來了挑戰(zhàn)。過去，半導(dǎo)體制造商傾向于為通用應(yīng)用設(shè)計(jì)其高性能半導(dǎo)體，零售市場(chǎng)則獨(dú)霸一方，給普通客戶的芯片更像擠牙膏。但現(xiàn)在，客戶們有了更多選擇。

“盡管英特爾在20世紀(jì)90年代比其所有客戶都要大一個(gè)數(shù)量級(jí)，但現(xiàn)在客戶的規(guī)模已經(jīng)超過了供應(yīng)商。”紐約資金管理公司的分析師杰米斯說，“因此，他們有更多的資本和更多的專業(yè)知識(shí)來定制芯片。”

5nm晶圓之所以貴，主要是工藝復(fù)雜，EUV多達(dá)14層，每一層都要?jiǎng)佑肁SML的Twinscan NXE光刻機(jī)，設(shè)備單價(jià)超1.2億美元

按市值計(jì)算，英偉達(dá)現(xiàn)在是美國(guó)最大的芯片制造商，市值達(dá)到3300億美元，英特爾的市值為2070億美元。

集成電路發(fā)展經(jīng)歷了40余年的時(shí)間，由最開始的5微米到目前的5nm， 先進(jìn)制程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了1000倍的變化。進(jìn)入10納米以下制程的研發(fā)愈加困難，除了需要巨大的資金投入， 制程研發(fā)的速度也開始放緩。在這一高門檻的游戲中，目前全球制程競(jìng)賽玩家只剩下了臺(tái)積電、三星、英特爾這三家寡頭競(jìng)爭(zhēng)，傳統(tǒng)老牌格羅方得和聯(lián)電已經(jīng)退出競(jìng)爭(zhēng)。

芯片制造商的定制服務(wù)成為趨勢(shì)，這些芯片制造商根據(jù)合同生產(chǎn)其他公司設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體。有助于技術(shù)巨頭避免建造自己的芯片工廠的數(shù)十億美元成本，比如中國(guó)臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司已躍居芯片生產(chǎn)技術(shù)的最前沿。這些變化使芯片設(shè)計(jì)公司ARM受惠，該公司出售在支付許可費(fèi)后任何人都可以使用的電路設(shè)計(jì)。蘋果公司是ARM的主要客戶，所有自己制造芯片的大型科技公司也是如此。

亞馬遜、微軟和谷歌是三家市值都超過1萬億美元的巨擘公司。據(jù)估計(jì)，亞馬遜、谷歌和微軟各自在全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)營(yíng)數(shù)百萬臺(tái)服務(wù)器供自己使用，并將其出租給數(shù)百萬云計(jì)算客戶。在云計(jì)算領(lǐng)域，企業(yè)從亞馬遜租賃服務(wù)器，而不再需要運(yùn)營(yíng)自主數(shù)據(jù)中心。在這些龐大的技術(shù)帝國(guó)中，即使是計(jì)算機(jī)性能的小幅提高，電源和冷卻芯片成本的微小降低，也值得付出努力。

亞馬遜數(shù)據(jù)中心芯片采用的是軟銀集團(tuán)旗下ARM的技術(shù)，比第一代ARM芯片Graviton至少快20%。Graviton在2018年發(fā)布，面向更簡(jiǎn)單的計(jì)算任務(wù)，成本更低。如果未來亞馬遜在芯片開發(fā)上的努力取得成功，那么將幫助其降低對(duì)英特爾、AMD服務(wù)器芯片的依賴。

副總裁戴維·布朗說，對(duì)于亞馬遜，定制自己的處理器是一個(gè)顯而易見的方向，因?yàn)橥ㄟ^淘汰大數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商不需要的舊軟件和老的英特爾芯片，提高兼容性可以實(shí)現(xiàn)性能提升。

跳出壟斷區(qū)域的亞馬遜

谷歌是挑戰(zhàn)芯片制造技術(shù)巨頭的先驅(qū)

芯片制造一直被大制造商和設(shè)計(jì)公司壟斷，迫使互聯(lián)網(wǎng)科技大腕亞馬遜、微軟和谷歌競(jìng)相尋求提高性能和降低成本的方法，從而改變行業(yè)的力量平衡。

亞馬遜在今年第三季度推出了新的定制芯片——AZ1神經(jīng)邊緣處理器，該芯片有望加快使用人工智能的算法從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)的速度。該公司已經(jīng)為其云計(jì)算部門（稱為Amazon Web Services）設(shè)計(jì)了處理器，其中包括稱為中央處理單元的計(jì)算機(jī)大腦。在今年遠(yuǎn)程工作期間，亞馬遜、微軟、谷歌和其他公司在云中獲得了強(qiáng)勁的增長(zhǎng)。商業(yè)客戶對(duì)分析他們?cè)诋a(chǎn)品和客戶上收集的數(shù)據(jù)的需求也越來越高，這刺激了人們對(duì)人工智能工具的需求。

自研芯片要追溯到2015年，彼時(shí)亞馬遜與AMD合作開發(fā)64位ARM服務(wù)器處理器，用于亞馬遜的數(shù)據(jù)中心。AMD還在2016年推出了與亞馬遜合作的ARM芯片，代號(hào)“西雅圖”的Opteron A1100處理器，但后來亞馬遜退出了與AMD的合作。

斥資3.5億美元收購(gòu)芯片廠商Annapurna Labs，這可以說是亞馬遜在終端芯片的一次布局，作為全球最大的電商和云服務(wù)提供商，亞馬遜過去幾年一直在為其數(shù)據(jù)中心中的數(shù)百萬臺(tái)服務(wù)器研發(fā)芯片。

2018年12月， 亞馬遜推出首款自研ARM架構(gòu)云服務(wù)器CPU Graviton，旗下的AWS與三星風(fēng)險(xiǎn)投資、Avery Dennison共同參與了無線技術(shù)公司W(wǎng)iliot公司價(jià)值 3000萬美元的B輪投資，還和美國(guó)明石風(fēng)投投資了AI芯片初創(chuàng)公司Syntiant。這一系列的投資和自研動(dòng)作，都顯示著亞馬遜正在由“軟”向“硬”演變。數(shù)十年來計(jì)算機(jī)和服務(wù)器都使用的是英特爾的CPU，但如今亞馬遜自研芯片的成功，不但讓該公司有了更多的選擇，另一方面也助力亞馬遜提升了自己與英特爾議價(jià)的能力。

谷歌的自研芯片夢(mèng)

有蘋果做參考，其它巨頭也走上了芯片自研之路

智能手機(jī)和PC的制造商總是渴望為客戶提供競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手無法提供的體驗(yàn)。過去供應(yīng)商在爭(zhēng)奪最好的人體工程學(xué)、軟件和一些專有功能。然而現(xiàn)在風(fēng)頭則是爭(zhēng)奪芯片主導(dǎo)權(quán)，蘋果、華為和三星等公司的SoC已經(jīng)在各個(gè)層面上脫穎而出。

據(jù)報(bào)道谷歌SoC代號(hào)為Whitechapel（白教堂），并且已經(jīng)使用了一段時(shí)間，該處理器包含八個(gè)ARM內(nèi)核和一些其他硅芯片，旨在加速谷歌的機(jī)器學(xué)習(xí)算法并提高谷歌 Assistant應(yīng)用的性能。據(jù)報(bào)道，該芯片是使用三星的5LPE（5 nm）工藝技術(shù)制造的。由于新的移動(dòng)SoC通常需要一年左右的時(shí)間才能進(jìn)入商業(yè)產(chǎn)品，因此如果一切都按計(jì)劃進(jìn)行并且該芯片能夠提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的性能，那么Whitechapel將在2021年下半年為谷歌的Pixel智能手機(jī)提供支持。

谷歌的芯片野心還遠(yuǎn)不止于Whitechapel，該公司正在考慮為其Chromebook開發(fā)處理器，但相對(duì)來說周期較長(zhǎng)，目前在手機(jī)端積累經(jīng)驗(yàn)很重要。對(duì)于擁有智能手機(jī)和PC抱負(fù)的谷歌來說，采用自家芯片使其Pixel智能手機(jī)和Chromebook脫穎而出，并將全新功能推向市場(chǎng)非常有意義。同時(shí)，如果谷歌想要令其Android和Chrome OS平臺(tái)保持與Apple和Microsoft的競(jìng)爭(zhēng)力，自主研發(fā)也是完美方案，因?yàn)樵趦?nèi)部設(shè)計(jì)的芯片中實(shí)現(xiàn)某些功能要比說服第三者容易得多。

這一舉動(dòng)被視為對(duì)蘋果自研處理器模式的靠攏，從“原生系統(tǒng)+最主流旗艦芯片”變?yōu)椤霸到y(tǒng)+自研芯片”，谷歌的用意肯定不僅是想擺脫高通芯片的鉗制，更重要的是想通過自研芯片實(shí)現(xiàn)更好的軟硬件結(jié)合，使得安卓系統(tǒng)在自家硬件上發(fā)揮更大的性能優(yōu)勢(shì)。

自研芯片并不能在硬件利潤(rùn)上帶給谷歌更多的價(jià)值，其中最有價(jià)值的地方在于將谷歌AI上面的優(yōu)勢(shì)通過軟硬件的結(jié)合，在智能終端上得到更好的應(yīng)用。

未來趨勢(shì)

芯片行業(yè)分析師表示，到目前為止傳統(tǒng)芯片制造商失去的業(yè)務(wù)尚且很少。所有基于ARM的定制處理器市場(chǎng)份額均不到1%。谷歌的AI芯片是迄今為止技術(shù)公司設(shè)計(jì)的最大數(shù)量的定制處理器，占所有AI芯片的10%。到今年12月份，英特爾CPU仍然占據(jù)著全球各大數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器。

英特爾還投資了自己的AI處理器和其他專用硬件，包括去年以約20億美元收購(gòu)了位于以色列的哈伯納（專注深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練及優(yōu)化的處理器平臺(tái)）實(shí)驗(yàn)室。亞馬遜公司旗下云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)AWS最近同意將哈伯納的AI培訓(xùn)芯片放入其數(shù)據(jù)中心，該芯片明年可能投入運(yùn)用。

英特爾數(shù)據(jù)平臺(tái)集團(tuán)首席戰(zhàn)略官雷米·瓦扎內(nèi)表示，哈伯納在AWS上的芯片可能會(huì)挑戰(zhàn)英偉達(dá)，后者長(zhǎng)期以來一直是AI培訓(xùn)市場(chǎng)的主導(dǎo)者，他表示到2024年其市值將超過250億美元。