作者：包永剛
自2015年開始，芯片性能的提升越來越難，摩爾定律放緩的6年時間，先進工藝制程的焦點成了臺積電和三星，提出摩爾定律的英特爾數(shù)次延期10nm量產(chǎn)時間。在CPU市場，AMD也發(fā)起猛烈攻勢，英偉達憑借GPU成為了最炙手可熱的AI公司，市值超越英特爾。
不過，2020年英偉達和AMD宣布的并購，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時代的到來相互競爭之時，谷歌、亞馬遜、阿里巴巴、百度等科技巨頭們也開始自研AI芯片，芯片市場的競爭變得更加復雜。
最終的結(jié)果，多數(shù)芯片公司最好的結(jié)局是被收購？
AMD借力臺積電猛追英特爾
摩爾定律奏效的時間里，英特爾不僅引領(lǐng)著半導體先進制程的發(fā)展，其x86 CPU在桌面和服務(wù)器市場的地位難以撼動。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。消費者對英特爾CPU性能提升緩慢的不滿借著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)的臺積電7nm制程Ryzen 5000系列CPU也同時亮相。
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一段時間領(lǐng)先的英特爾。AMD CPU性能的大增也帶來了市場份額的增長，根據(jù)Passmark評測網(wǎng)站的數(shù)據(jù)，AMD在桌面市場去年九月份的市場份額達到了48%，短暫超過英特爾，AMD上一次在桌面市場份額超過英特爾還是2006年。
Passmark評測網(wǎng)站的統(tǒng)計數(shù)據(jù)代表的是使用中的CPU而非購買的CPU，統(tǒng)計以日歷年為單位，不僅代表新CPU的銷量，還在一定程度反映了過去5-10年x86 CPU的安裝量。
數(shù)據(jù)來自Passmark
除了桌面市場，AMD在筆記本電腦市場的份額從2019年開始迅速增加，但在服務(wù)器CPU市場的份額還未明顯增加。
“AMD近幾年之所以表現(xiàn)如此強勁，Jim Keller 2012年領(lǐng)導開發(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)以及臺積電最先進的工藝?！币晃磺癆MD高管對雷鋒網(wǎng)表示。
先進工藝進展緩慢恰好是近年來英特爾最大的痛處。根據(jù)英特爾2013年的技術(shù)路線圖，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，當年的設(shè)想過于自信，且團隊之間也沒有明確目標，最終10nm沒有如期量產(chǎn)。
英特爾10nm未量產(chǎn)，不斷優(yōu)化14nm工藝的幾年間，臺積電和三星繼續(xù)大力發(fā)展先進半導體制程，搶先量產(chǎn)了7nm工藝。即便如今的半導體制程命名帶有更多營銷性質(zhì)而非真實的晶體管尺寸，在英特爾量產(chǎn)10nm不久后，臺積電在2020年上半年就量產(chǎn)了5nm制程。
造成這樣競爭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到CPU面臨的挑戰(zhàn)是‘茶壺里倒餃子’，關(guān)鍵不在于計算能力的提升，瓶頸在于帶寬。”CPU領(lǐng)域的資深人士告訴雷鋒網(wǎng)：“CPU有個基本規(guī)則，一個字節(jié)帶寬支持一個浮點操作，現(xiàn)在的CPU的計算性能和帶寬已經(jīng)有點不平衡了，這時候單純提升計算速度已經(jīng)意義不大?！?/p>
其實，英特爾在4月發(fā)布至強處理器的時候，也強調(diào)了緩存以及內(nèi)存對于CPU的重要性?！爸翉娞幚砥骺梢灾苯釉L問統(tǒng)一的緩存，從而獲得一致的響應(yīng)時間和訪問數(shù)據(jù)時間?！庇⑻貭柤夹g(shù)專家表示，“內(nèi)存能力方面，第三代至強可以支持兩條DIMM在最高3200的頻率下運行，AMD三代EPYC只能單通道運行3200的頻率，這將會降低內(nèi)存的吞吐量。”
“英特爾CPU的性能已經(jīng)足夠滿足當下應(yīng)用的需求，他們沒有很強的動力繼續(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的競爭讓英特爾CPU性能升級的幅度更大，這對業(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)域的資深人士同時表示。
英特爾領(lǐng)先進入組合拳賽場
“很長一段時間，英特爾先進半導體工藝的領(lǐng)導力太強，因此一旦其先進制程的領(lǐng)導力減弱，許多人就認為英特爾‘不行了’。拋開半導體工藝，英特爾的芯片實力依舊很強。”擁有二十多年芯片設(shè)計經(jīng)驗的資深人士曾對雷鋒網(wǎng)說。#p#分頁標題#e#
實際上，英特爾的并購和轉(zhuǎn)型，雖然有些挫折，但又一次走在了整個行業(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的GPU。英特爾很快意識到大數(shù)據(jù)和AI的時代對計算需求的變化，2016年時任CEO科再奇（Brian Krzanich）提出，英特爾要從一家PC公司轉(zhuǎn)型為驅(qū)動云計算和數(shù)以億計的智能互聯(lián)計算設(shè)備的公司，開啟了以數(shù)據(jù)為中心的轉(zhuǎn)型，伴隨著一系列并購。
2015年到2020年年間，英特爾連續(xù)達成了6筆與AI芯片相關(guān)的重要收購交易。2015年，英特爾宣布以總價約為167億美元的價格收購Altera。Altera是當時全球第二大FPGA公司，其產(chǎn)品主要用于電信和無線通信設(shè)備。
2016年8月，英特爾3.5億美元收購了主攻深度學習方向Nervana Systems。一個月后，英特爾又收購了AI視覺芯片公司Movidius。
2017年，英特爾又以153 億美元收購Mobileye，這家以色列的公司是全球領(lǐng)先的計算及視覺、機器學習、自動駕駛系統(tǒng)服務(wù)提供商。時隔兩年，2020年英特爾再次出手，以20億美元收購Habana Labs，被收購時這家總部位于以色列的AI芯片初創(chuàng)公司的Goya云端AI推理處理器已實現(xiàn)商用。
收購讓英特爾迅速獲得了FPGA、ASIC這兩類AI芯片，加上其已有的CPU和GPU，英特爾率先擁有了標量、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很容易被解讀為是為應(yīng)對競爭不得已的做法。然而，2020年9月英偉達宣布以400億美元收購ARM。10月份，AMD又宣布以350億美元收購FPGA供應(yīng)商Xilinx（賽靈思）。接連的大規(guī)模并購，不僅證明了英特爾的前瞻性，也表明了芯片行業(yè)已經(jīng)進入新的賽場。
英特爾公司副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理王銳本月對雷鋒網(wǎng)表示：“當競爭對手也在走我們走出來的這條路的時候，讓我們更加堅信這條路的方向是對的。業(yè)界有一個共識，任何一項單獨的能力都不足以應(yīng)對大數(shù)據(jù)時代全場景綜合負載的挑戰(zhàn)。這也是大家都在不斷擴展的原因?！?/p>
芯片巨頭們也用最新的產(chǎn)品路線圖證明了芯片競爭開啟了新賽場。ARM在四月初發(fā)布最新一代架構(gòu)ARMV9時就強調(diào)全面計算的理念，也就是通過CPU、GPU、NPU的組合，滿足汽車、基礎(chǔ)設(shè)施、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的需求。
英偉達在四月中旬的GTC 21上，CEO黃仁勛不僅發(fā)布了基于ARM的專用CPU GRACE，還更新了英偉達最新的數(shù)據(jù)中心芯片路線圖，GPU、CPU和DPU三類芯片逐年更新。
AMD收購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、AMD三大高性能計算巨頭又都進入了新的賽場，新的競賽意味著單靠某一類計算芯片將很難參與新的競爭，體量較小的芯片公司在新的競爭時代面臨著更大壓力。
門檻降低，大部分芯片公司被收購是最好的結(jié)局
“在產(chǎn)業(yè)鏈里，絕大多數(shù)做芯片企業(yè)是會死掉，被并購是最好的命運?！盋PU行業(yè)的資深人士認為。
這種判斷并非危言聳聽，蘋果最新發(fā)布的M1芯片就是一個很好的警示。在蘋果自研芯片的早期，其芯片性能與傳統(tǒng)的芯片廠商的SoC性能有不小差距，但通過系統(tǒng)級的優(yōu)化，最終的體驗差距并不明顯。經(jīng)過多年經(jīng)驗積累以及芯片的迭代，蘋果自研的芯片已經(jīng)強大到能夠替換英特爾的CPU。
“英特爾、英偉達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)門檻，更重要的是他們的產(chǎn)品組合能夠構(gòu)成護城河?！盋PU行業(yè)的資深人士表示，“大部分人看到的是英特爾inside，沒有看到英特爾outside的實力。”
王銳說，“競爭對手可以在某一參數(shù)或者是在制程上縮短與我們的差距。但要打造整個架構(gòu)，在計算和AI的各個方面都要能夠趕超英特爾，不是那么容易的事情。”
一個簡單的例子是，要發(fā)揮CPU的性能優(yōu)勢，需要系統(tǒng)級優(yōu)化，如果內(nèi)存收發(fā)器能夠配合CPU的工作特性，可以實現(xiàn)數(shù)量級的性能提升。
GPU也同樣如此，可以看到英偉達基于最新的GPU，搭配其互聯(lián)技術(shù)以及軟件棧，面向不同的場景推出工作站，實現(xiàn)更高性價比。#p#分頁標題#e#
高通5G時代也有類似的策略，高通的每一代5G調(diào)制解調(diào)器都有對應(yīng)的射頻系統(tǒng)，高通的說法是5G射頻的復雜性大增，產(chǎn)品組合可以帶來最佳的性能。
傳統(tǒng)芯片巨頭們通過更豐富的產(chǎn)品組合滿足不同應(yīng)用需求，一方面說明了最終應(yīng)用驅(qū)動芯片的發(fā)展越來越明顯，純芯片公司的話語權(quán)在減弱。另一方面說明了在先進半導體制程提升難度越來越大，成本越來越高的時候，異構(gòu)計算是更好的選擇。
“芯片公司話語權(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?！毙酒袠I(yè)的資深人士表示。
比如，科技巨頭在AI時代開始自研芯片。雖然科技巨頭們的目標不是取代芯片公司，但這在某些領(lǐng)域必然會與芯片巨頭產(chǎn)生競爭。王銳說：“當產(chǎn)業(yè)界在快速轉(zhuǎn)型的時候，我們多年的合作伙伴會在某一方面找到一個點，跟隨應(yīng)用場景以非常快的速度進行創(chuàng)新。對我們來說，這是一個激勵，我們需要提供非常有競爭力的產(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)特點設(shè)計芯片，然后交由晶圓代工廠代工，降低成本的同時芯片也更符合自身需求。
同時也要看到，7nm之后的工藝將會成為小眾工藝。早在2018年，全球第三大晶圓代工廠格羅方德就宣布了一項重要的戰(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)，將專注于更加成熟的工藝，為新興高增長市場的客戶提供專業(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)。市場研究機構(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。三星稱其3nm GAA 的成本可能會超過5億美元。
CPU領(lǐng)域資深人士也指出：“過去工藝的進步晶體管也變小，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，先進半導體制程擁有優(yōu)勢。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，先進制程的優(yōu)勢越來越小。”
高企的先進制程成本讓業(yè)界開始更加關(guān)注異構(gòu)集成，小芯片（Chiplet）以及與之相關(guān)的先進封裝技術(shù)也成了各大巨頭競爭的焦點。
OMDIA半導體首席分析師何暉此前對雷鋒網(wǎng)表示，“異構(gòu)架構(gòu)的競爭格局一旦形成，對于包括中國在內(nèi)的新興市場，想要突圍就會更加困難?！?/p>
那時，僅提供芯片的公司競爭力會越來越弱，被收購就會成為許多芯片公司最好的選擇。
半導體行業(yè)這部并購史接下來會如何書寫？芯片巨頭們以及擁有先進制程和封裝技術(shù)的代工廠之間的競爭格局會發(fā)生怎樣的變化？