| 芯片無(wú)限戰(zhàn)爭(zhēng)：全球芯片短缺可能持續(xù)十年，需求無(wú)限期超過(guò)供應(yīng) | |
| 發(fā)布時(shí)間:2021-05-14 15:33:03 | 瀏覽次數(shù)： | |
在英特爾新任首席執(zhí)行官帕特·蓋爾辛格(Pat Gelsinger)剛剛宣布雄心勃勃的復(fù)興計(jì)劃后，芯片設(shè)計(jì)巨頭Arm也發(fā)布了其第九版處理器架構(gòu)Armv9，這是自十年前Armv8推出以來(lái)，該架構(gòu)的首次重大升級(jí)。與此同時(shí)，Arm還公布了未來(lái)十年的愿景。大多數(shù)分析師認(rèn)為，Arm新架構(gòu)代表著正確的前進(jìn)方向，因?yàn)樗Y(jié)合了端到端的能力，從邊緣計(jì)算到云計(jì)算，從數(shù)據(jù)中心到家庭，以及介于這些領(lǐng)域之間的一切。 此外，Arm也在加強(qiáng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)模式，即使生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴能夠顯著增加附加價(jià)值，同時(shí)保持與前幾代產(chǎn)品的軟件兼容性。分析師認(rèn)為，這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)槭袌?chǎng)上各種需要專(zhuān)用芯片的使用案例正在迅速擴(kuò)大。而在他們看來(lái)，Arm架構(gòu)是迄今為止最適合利用這一即將到來(lái)的浪潮的最佳選擇。 對(duì)英特爾IDM 2.0戰(zhàn)略的競(jìng)爭(zhēng)回應(yīng) 英特爾的聲明包括三大支柱：1)堅(jiān)持構(gòu)建內(nèi)部工廠網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略；2)增加對(duì)外部代工廠的使用；3)推出全新獨(dú)立代工業(yè)務(wù)部門(mén)。 在此之后，有兩個(gè)值得注意的消息直接對(duì)英特爾的新戰(zhàn)略做出回應(yīng)：除了Arm推出Armv9架構(gòu)外，臺(tái)積電宣布計(jì)劃在未來(lái)三年投資1000億美元用于芯片制造和開(kāi)發(fā)。 這是個(gè)十分龐大的支出計(jì)劃，大大超過(guò)了英特爾計(jì)劃的200億美元投資，該計(jì)劃將于2024年開(kāi)始在美國(guó)新建兩家芯片代工廠。此外，早在2019年，三星就已經(jīng)承諾將投資1160億美元，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存芯片以外的生產(chǎn)多元化。 會(huì)導(dǎo)致芯片供應(yīng)過(guò)剩嗎？ 為什么這些公司突然之間變得如此咄咄逼人，他們各自努力擴(kuò)大產(chǎn)能會(huì)不會(huì)導(dǎo)致芯片供過(guò)于求？ 首先，中國(guó)的芯片制造能力依然強(qiáng)大，其目標(biāo)是主導(dǎo)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)，這反過(guò)來(lái)將在全球范圍內(nèi)帶來(lái)優(yōu)勢(shì)。其次，目前全球芯片短缺嚴(yán)重，許多芯片公司相信這種情況將持續(xù)十年時(shí)間，甚至可能更久。分析師們認(rèn)為，我們現(xiàn)在正逼近新的需求拐點(diǎn)，這主要源于數(shù)字轉(zhuǎn)型、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、汽車(chē)和家庭新用例激增所致。 至于供過(guò)于求，這些芯片制造商認(rèn)為需求將無(wú)限期超過(guò)供應(yīng)。他們認(rèn)為，與供應(yīng)過(guò)剩相比，缺乏制造能力的危險(xiǎn)更高。如果市場(chǎng)產(chǎn)能過(guò)剩，制造商可以減產(chǎn)并承受財(cái)務(wù)損失。相比之下，產(chǎn)能限制則意味著他們可能會(huì)錯(cuò)過(guò)整個(gè)增長(zhǎng)周期，完全錯(cuò)過(guò)市場(chǎng)以及由此帶來(lái)的批量學(xué)習(xí)曲線(xiàn)和成本降低帶來(lái)的好處。所以，他們不得不奮力拼搏。 Arm新架構(gòu)為何如此受關(guān)注？ 英特爾新戰(zhàn)略的一個(gè)關(guān)鍵要素是蓋爾辛格提出的封裝系統(tǒng)愿景，這是一次跨越片上系統(tǒng)(SoC)的嘗試。Arm也正在采取類(lèi)似的系統(tǒng)方法，這是一項(xiàng)大膽的架構(gòu)舉措。然而，在分析師們看來(lái)，無(wú)論是從廣度還是深度上說(shuō)，這都超過(guò)了蓋爾辛格提出的愿景，而且Arm的目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。 Arm的基本理念是，未來(lái)將需要更多高度專(zhuān)業(yè)化的定制芯片，而英特爾也同意這樣的觀點(diǎn)。但不同之處在于，幾十年來(lái)，Arm始終在執(zhí)行一項(xiàng)允許生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴靈活定制芯片和為其增值的戰(zhàn)略。盡管英特爾現(xiàn)在終于開(kāi)始采取行動(dòng)，想要利用未來(lái)趨勢(shì)，但其可能無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)取得成功。 Arm與英特爾奉行不同商業(yè)模式 歷史上，Arm始終采取與英特爾模式截然不同的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建方式，該公司致力于生產(chǎn)適用于特定用例的專(zhuān)用芯片，比如iPhone中從指紋識(shí)別到面部識(shí)別的AI芯片。這需要專(zhuān)門(mén)的神經(jīng)處理單元(NPU)，這些單元是由蘋(píng)果公司為特定用例而設(shè)計(jì)的。Arm正在推動(dòng)這些由生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的專(zhuān)用芯片制造。 另一方面，英特爾歷來(lái)采取一刀切的方式，主要圍繞x86體系構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)。 英特爾的設(shè)計(jì)聚焦于提高處理器的速度、晶體管密度以及增加矢量處理能力等，以適應(yīng)AI的進(jìn)步。英特爾負(fù)責(zé)生態(tài)系統(tǒng)所需的所有設(shè)計(jì)和制造以及任何專(zhuān)業(yè)化。該公司向來(lái)都是“吸金機(jī)器”，在它認(rèn)為有利可圖的芯片上添加盡可能多的功能，給生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴留下更少的增值空間。 以個(gè)人電腦和服務(wù)器為例，這是英特爾最大的市場(chǎng)。戴爾、聯(lián)想、惠普以及惠與等客戶(hù)帶來(lái)的大部分附加值，坦率地說(shuō)，始終是在邊際上折彎金屬或增加顯示器以及其他功能來(lái)賺取低廉的利潤(rùn)。誠(chéng)然，存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商已經(jīng)能夠增加更多價(jià)值，但這些市場(chǎng)比個(gè)人電腦和服務(wù)器小得多。在很大程度上，英特爾始終是硬件領(lǐng)域的大贏家，讓其原始設(shè)備制造商客戶(hù)掙扎在一個(gè)不斷整合和利潤(rùn)率超低的世界里。 盡管如此，英特爾及其生態(tài)系統(tǒng)享有的最大優(yōu)勢(shì)是，x86架構(gòu)易于理解、相當(dāng)可靠，而且大多數(shù)企業(yè)軟件都運(yùn)行在x86上。這對(duì)微軟和VMware等軟件公司來(lái)說(shuō)尤其有利可圖，這些公司通過(guò)編寫(xiě)在x86上運(yùn)行得非常好的代碼實(shí)現(xiàn)了大部分增值。擁有一致、穩(wěn)定的處理器平臺(tái)是支持軟件市場(chǎng)大規(guī)模增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力之一。 眾所周知，Arm和英特爾在歷史上有著截然不同的業(yè)務(wù)模式，蓋爾辛格已經(jīng)表示，他誓言要用新的可信賴(lài)代工戰(zhàn)略來(lái)改變這一點(diǎn)。問(wèn)題是，英特爾的絕大多數(shù)業(yè)務(wù)都在服務(wù)于一種在宏觀層面正在失去動(dòng)力的商業(yè)模式。 Arm的策略更加適合未來(lái)趨勢(shì) 事實(shí)上，Arm的商業(yè)模式已經(jīng)顯現(xiàn)出巨大威力，許多客戶(hù)都在基于其架構(gòu)自主研發(fā)處理器。亞馬遜云計(jì)算部門(mén)AWS正在開(kāi)發(fā)自己的Graviton芯片，蘋(píng)果已經(jīng)推出自主設(shè)計(jì)的M1芯片，電動(dòng)汽車(chē)制造商特斯拉也在設(shè)計(jì)自己的芯片。 特斯拉的案例研究很有啟發(fā)性。為了優(yōu)化視頻處理功能，特斯拉需要在NPU中添加固件，以滿(mǎn)足其涉及視頻處理的特定使用案例。該公司很樂(lè)意按原樣使用現(xiàn)成的CPU或GPU以及Arm架構(gòu)組件，并利用Arm的標(biāo)準(zhǔn)。但特斯拉看到了在NPU中增加自身價(jià)值的機(jī)會(huì)。這種商業(yè)模式的優(yōu)勢(shì)在于，特斯拉可以在不到一年的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而傳統(tǒng)車(chē)型則需要更長(zhǎng)時(shí)間。 Arm就像可定制的樂(lè)高積木，可讓生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴以更快的上市時(shí)間實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的增值。比如，特斯拉可以直接提出自己的要求，讓三星為其提供定制芯片。特斯拉選擇了使用14納米工藝來(lái)降低成本，它不需要最新架構(gòu)和更大的晶體管密度。這一切都與適應(yīng)應(yīng)用程序的靈活性和上市時(shí)間有關(guān)。 根據(jù)蓋爾辛格的聲明，英特爾正在將其代工業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向Arm模式。它必須這么做。但正如分析師們所指出的那樣，代工行業(yè)是個(gè)非常不同的行業(yè)，有不同的利潤(rùn)率模式、關(guān)系、進(jìn)入市場(chǎng)的戰(zhàn)略。而且更為重要的是，產(chǎn)量要求也不同。 Armv9為何如此與眾不同？ Armv9與前幾代架構(gòu)向后兼容。也許Arm從英特爾失敗的安騰（ Itanium）處理器項(xiàng)目中吸取了教訓(xùn)，因?yàn)榘蔡偬幚砥鳑](méi)有向后兼容性，因此其推廣過(guò)程舉步維艱。此外，Arm還增加了許多附加功能，其中最受關(guān)注的兩個(gè)領(lǐng)域是機(jī)器學(xué)習(xí)和安全性。 在這里需要注意，Arm宣稱(chēng)Armv9架構(gòu)將裝備在3000億顆Arm芯片中，這是個(gè)非常龐大的數(shù)字。此前有數(shù)據(jù)顯示，Arm架構(gòu)的晶圓產(chǎn)量是x86架構(gòu)芯片的10倍。產(chǎn)量高意味著成本降低，這對(duì)代工業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。 Armv9架構(gòu)的一個(gè)關(guān)鍵組件是其“可縮放矢量擴(kuò)展2”(Scalable Vector Extension 2，簡(jiǎn)稱(chēng)SVE2)，旨在提供更精細(xì)的數(shù)據(jù)并行性，并為每條指令提供更多的支持工作。這將支持跨各種用例的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用，如語(yǔ)言處理、可視化、動(dòng)態(tài)定價(jià)、欺詐檢測(cè)等。 Arm將賭注押在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)上，其他許多公司也是如此。因此，Arm在其體系結(jié)構(gòu)中改進(jìn)特定的機(jī)器學(xué)習(xí)功能是個(gè)相當(dāng)有前途的賭注。 在“Vision Day”上，Arm也曾談到了機(jī)密計(jì)算架構(gòu)和領(lǐng)域(Confidential Compute Architecture And Realms)。ARM在聲明中的陳述已經(jīng)引起企業(yè)共鳴。套用Arm的評(píng)論，今天人們對(duì)運(yùn)行應(yīng)用程序的操作系統(tǒng)和管理程序過(guò)于信任，他們對(duì)數(shù)據(jù)的廣泛接觸會(huì)帶來(lái)黑客襲擊和威脅。 而Arm的“領(lǐng)域”概念強(qiáng)調(diào)了該公司的戰(zhàn)略，即取消特權(quán)軟件(如虛擬機(jī)管理程序)需要能夠看到數(shù)據(jù)的假設(shè)。因此，通過(guò)在虛擬化的多租戶(hù)環(huán)境中創(chuàng)建“領(lǐng)域”，可以更好地保護(hù)數(shù)據(jù)不受內(nèi)存泄漏的影響，并可以有效地預(yù)防黑客襲擊。 這是個(gè)非常實(shí)用的概念，也是系統(tǒng)將租戶(hù)的數(shù)據(jù)與其他用戶(hù)隔離的一種方式。 在將計(jì)算從內(nèi)存中分離出來(lái)并跨不同處理器類(lèi)型共享方面，IBM擁有最好的技術(shù)(Power 10)。 IBM在首席執(zhí)行官羅睿蘭(Ginni Rometty)的領(lǐng)導(dǎo)下重組微電子業(yè)務(wù)時(shí)，促成了與美國(guó)芯片制造商格芯公司的合作，后者接管了IBM在紐約州東菲什基爾的半導(dǎo)體制造工廠。然而，格芯2019年宣布出售這家工廠，表明該計(jì)劃最終沒(méi)有成功。 格芯成立于2009年，當(dāng)時(shí)AMD退出了自己制造芯片的業(yè)務(wù)。2009年，該公司在紐約州奧爾巴尼郊外的馬耳他新工廠破土動(dòng)工。馬耳他將是格芯將生產(chǎn)其最先進(jìn)技術(shù)的地方，最終將包括7納米產(chǎn)品。AMD和IBM承諾由格芯制造他們的7納米芯片，但后者放棄了7納米工藝開(kāi)發(fā)，迫使IBM和AMD轉(zhuǎn)向其他制造商。 十多年來(lái)，三星、IBM和格芯始終在為先進(jìn)制造技術(shù)制定共同的設(shè)計(jì)規(guī)范。 但格芯正陷入虧損，其私人支持者可能急于收回過(guò)去幾年投資于晶圓廠的210億美元巨額資金。格芯首席執(zhí)行官湯姆·考爾菲爾德（Tom Caulfield）表示，公司即將進(jìn)行首次公開(kāi)募股(IPO)。這一切都造成了兩家公司之間的裂痕，并在馬耳他工廠最初愿景方面留下了漏洞，這也讓美國(guó)芯片制造能力相對(duì)落后于中國(guó)。 英特爾、IBM和美國(guó)政府聯(lián)手 就英特爾而言，它擁有出色的FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）技術(shù)。FinFET超越了CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體），可以讓英特爾在AMD的Chiplet IP上占得先機(jī)，特別是在延遲方面。這可能也會(huì)給IBM帶來(lái)一些好處。 IBM研究院院長(zhǎng)兼高級(jí)副總裁達(dá)里奧·吉爾（Dario Gil）是其中的關(guān)鍵人物，他首先提議可以與英特爾共享某些知識(shí)。IBM之所以這樣做，是因?yàn)槠湎胍行У嘏cVMware競(jìng)爭(zhēng)，后者在利用x86方面做得很好，這是OpenShift（紅帽的云開(kāi)發(fā)平臺(tái)即服務(wù)）最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。因此，IBM需要英特爾芯片來(lái)執(zhí)行其云戰(zhàn)略，因?yàn)閹缀跛蠭BM客戶(hù)都在x86上運(yùn)行應(yīng)用程序。 更有趣的是，紐約州參議員查克·舒默(Chuck Schumer)熱衷于在紐約建立替代硅谷的地方，即所謂的硅巷(Silicon Alley)。那么，擁有出色工藝技術(shù)的英特爾，與美國(guó)政府、IBM和三星合作，它是否能成為值得信賴(lài)的代工伙伴，并促使芯片行業(yè)重新洗牌？ 芯片領(lǐng)域上演“權(quán)力的游戲” 這塊拼圖還差一塊，那就是臺(tái)積電，后者始終在為蘋(píng)果生產(chǎn)5納米（最終4納米）芯片，這讓它的其他客戶(hù)（比如英偉達(dá)）受到更大限制。歸根結(jié)底，長(zhǎng)期的競(jìng)爭(zhēng)力和成本削減最終取決于產(chǎn)量。分析師們認(rèn)為，沒(méi)有Arm，英特爾無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。 不過(guò)，如果英特爾真的能在IBM和美國(guó)政府的幫助下成為一家值得信賴(lài)的代工企業(yè)，或許它就可以通過(guò)吸引某些心懷不滿(mǎn)的臺(tái)積電客戶(hù)來(lái)在產(chǎn)量上與其展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。舉例來(lái)說(shuō)，英偉達(dá)對(duì)臺(tái)積電感到不滿(mǎn)，因?yàn)槠溆唵慰偸桥旁谔O(píng)果之后。 那么，英偉達(dá)為何不把英特爾的代工廠作為第二個(gè)芯片制造來(lái)源呢？AWS、谷歌和Facebook是否也存在同樣的問(wèn)題。 除此之外，也許這也是科技巨頭安撫美國(guó)政府和擺脫反壟斷調(diào)查的一種方式。 他們把芯片制造業(yè)務(wù)交給英特爾晶圓廠，以幫助幫助確保美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。而對(duì)于微軟，盡管其沒(méi)有受到那么多的反壟斷審查，但它也很可能樂(lè)于合作。 蘋(píng)果為什么不想在美國(guó)國(guó)內(nèi)擁有先進(jìn)技術(shù)服務(wù)商？蓋爾辛格就是做這種事情的人，因?yàn)樗麜?huì)和公共政策制定者相處得很好。這會(huì)給英特爾帶來(lái)具有更高的銷(xiāo)量嗎？的確如此。可以肯定的是，如果它能贏得這些公司的信任，交易量肯定會(huì)增加。正如我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)的，目前這是個(gè)很小的機(jī)會(huì)，需要幾年的時(shí)間才能壯大。但在這種情況下，將這些優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，英特爾贏得賭注的機(jī)會(huì)非常高。 毫無(wú)疑問(wèn)，英特爾面臨的風(fēng)險(xiǎn)比以往任何時(shí)候都要高，因?yàn)樗池?fù)的不僅僅是該公司的生存，而是攸關(guān)芯片行業(yè)的生存和美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)力。不過(guò)，長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵絕對(duì)在于實(shí)現(xiàn)批量制造。 Arm和臺(tái)積電都對(duì)英特爾的舉動(dòng)做出了回應(yīng)。由于監(jiān)管機(jī)構(gòu)和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手反對(duì)合并，英偉達(dá)對(duì)Arm的收購(gòu)仍岌岌可危。不過(guò)，如果英偉達(dá)成功收購(gòu)Arm，后者無(wú)疑將變得更加強(qiáng)大。Arm打算超越SoC，與英特爾保持同步，盡管其采用的是純外包戰(zhàn)略。英特爾必須保持其在市場(chǎng)中的高端地位，但Arm將繼續(xù)在企業(yè)中站穩(wěn)腳跟。 英特爾最大的優(yōu)勢(shì)是其集成設(shè)備制造(IDM)戰(zhàn)略。垂直整合是一場(chǎng)漫長(zhǎng)的游戲，既帶來(lái)了質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，也帶來(lái)了成本優(yōu)勢(shì)。但如果沒(méi)有銷(xiāo)量，英特爾將無(wú)法在成本上競(jìng)爭(zhēng)，甚至真的可能會(huì)破產(chǎn)。 有鑒于此，對(duì)于英特爾來(lái)說(shuō)，能否成功執(zhí)行其代工戰(zhàn)略至關(guān)重要，而代工戰(zhàn)略仍然是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)投資。美國(guó)政府的角色將是降低這一風(fēng)險(xiǎn)，增加英特爾生存的可能性，并繼續(xù)保持美國(guó)在半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)先地位。 |
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