芯片無限戰争

發表日期:2021-05-14 作者:鄭州網站建設 來源:鄭州網站制作 浏覽次數:424

英特爾不久前宣布了所謂的複興計劃,包括投入200億美元資(zī)金建廠擴充芯片産能,同時成立新的芯片代工(gōng)部門,并對工(gōng)廠進行技術升級,由此掀起了芯片行業的“吃雞”大(dà)戰。英特爾始終在圍繞x86體(tǐ)系構建其生(shēng)态系統,并控制着該生(shēng)态系統的所有設計和制造業務。此外(wài),英特爾在其認爲有利可圖的芯片上添加了盡可能多的功能,但給生(shēng)态系統合作夥伴留下(xià)的增值空間更少。

與之相比,芯片設計巨頭Arm通過發布新的處理器架構向英特爾發起了挑戰,其信奉的基本理念是,未來将需要更多高度專業化定制芯片。幾十年來,Arm始終在推行幫助生(shēng)态系統合作夥伴靈活定制芯片和增值的戰略,這使其能夠更好地适應未來發展趨勢。芯片巨頭大(dà)戰,誰主沉浮?


在英特爾新任首席執行官帕特·蓋爾辛格(Pat Gelsinger)剛剛宣布雄心勃勃的複興計劃後,芯片設計巨頭Arm也發布了其第九版處理器架構Armv9,這是自十年前Armv8推出以來,該架構的首次重大(dà)升級。與此同時,Arm還公布了未來十年的願景。大(dà)多數分(fēn)析師認爲,Arm新架構代表着正确的前進方向,因爲它結合了端到端的能力,從邊緣計算到雲計算,從數據中(zhōng)心到家庭,以及介于這些領域之間的一(yī)切。

此外(wài),Arm也在加強現有業務模式,即使生(shēng)态系統合作夥伴能夠顯著增加附加價值,同時保持與前幾代産品的軟件兼容性。分(fēn)析師認爲,這一(yī)點至關重要,因爲市場上各種需要專用芯片的使用案例正在迅速擴大(dà)。而在他們看來,Arm架構是迄今爲止最适合利用這一(yī)即将到來的浪潮的最佳選擇。

對英特爾IDM 2.0戰略的競争回應


英特爾的聲明包括三大(dà)支柱:1)堅持構建内部工(gōng)廠網絡戰略;2)增加對外(wài)部代工(gōng)廠的使用;3)推出全新獨立代工(gōng)業務部門。

在此之後,有兩個值得注意的消息直接對英特爾的新戰略做出回應:除了Arm推出Armv9架構外(wài),台積電宣布計劃在未來三年投資(zī)1000億美元用于芯片制造和開(kāi)發。

這是個十分(fēn)龐大(dà)的支出計劃,大(dà)大(dà)超過了英特爾計劃的200億美元投資(zī),該計劃将于2024年開(kāi)始在美國新建兩家芯片代工(gōng)廠。此外(wài),早在2019年,三星就已經承諾将投資(zī)1160億美元,以實現内存芯片以外(wài)的生(shēng)産多元化。

會導緻芯片供應過剩嗎(ma)?



爲什麽這些公司突然之間變得如此咄咄逼人,他們各自努力擴大(dà)産能會不會導緻芯片供過于求?

首先,中(zhōng)國的芯片制造能力依然強大(dà),其目标是主導當地市場,這反過來将在全球範圍内帶來優勢。其次,目前全球芯片短缺嚴重,許多芯片公司相信這種情況将持續十年時間,甚至可能更久。分(fēn)析師們認爲,我(wǒ)們現在正逼近新的需求拐點,這主要源于數字轉型、物(wù)聯網、雲計算、汽車(chē)和家庭新用例激增所緻。

至于供過于求,這些芯片制造商(shāng)認爲需求将無限期超過供應。他們認爲,與供應過剩相比,缺乏制造能力的危險更高。如果市場産能過剩,制造商(shāng)可以減産并承受财務損失。相比之下(xià),産能限制則意味着他們可能會錯過整個增長周期,完全錯過市場以及由此帶來的批量學習曲線和成本降低帶來的好處。所以,他們不得不奮力拼搏。

Arm新架構爲何如此受關注?


英特爾新戰略的一(yī)個關鍵要素是蓋爾辛格提出的封裝系統願景,這是一(yī)次跨越片上系統(SoC)的嘗試。Arm也正在采取類似的系統方法,這是一(yī)項大(dà)膽的架構舉措。然而,在分(fēn)析師們看來,無論是從廣度還是深度上說,這都超過了蓋爾辛格提出的願景,而且Arm的目标應用領域非常廣泛。

Arm的基本理念是,未來将需要更多高度專業化的定制芯片,而英特爾也同意這樣的觀點。但不同之處在于,幾十年來,Arm始終在執行一(yī)項允許生(shēng)态系統合作夥伴靈活定制芯片和爲其增值的戰略。盡管英特爾現在終于開(kāi)始采取行動,想要利用未來趨勢,但其可能無法在短時間内取得成功。

Arm與英特爾奉行不同商(shāng)業模式


曆史上,Arm始終采取與英特爾模式截然不同的生(shēng)态系統構建方式,該公司緻力于生(shēng)産适用于特定用例的專用芯片,比如iPhone中(zhōng)從指紋識别到面部識别的AI芯片。這需要專門的神經處理單元(NPU),這些單元是由蘋果公司爲特定用例而設計的。Arm正在推動這些由生(shēng)态系統設計和生(shēng)産的專用芯片制造。

另一(yī)方面,英特爾曆來采取一(yī)刀切的方式,主要圍繞x86體(tǐ)系構建生(shēng)态系統。英特爾的設計聚焦于提高處理器的速度、晶體(tǐ)管密度以及增加矢量處理能力等,以适應AI的進步。英特爾負責生(shēng)态系統所需的所有設計和制造以及任何專業化。該公司向來都是“吸金機器”,在它認爲有利可圖的芯片上添加盡可能多的功能,給生(shēng)态系統合作夥伴留下(xià)更少的增值空間。

以個人電腦和服務器爲例,這是英特爾最大(dà)的市場。戴爾、聯想、惠普以及惠與等客戶帶來的大(dà)部分(fēn)附加值,坦率地說,始終是在邊際上折彎金屬或增加顯示器以及其他功能來賺取低廉的利潤。誠然,存儲和網絡供應商(shāng)已經能夠增加更多價值,但這些市場比個人電腦和服務器小(xiǎo)得多。在很大(dà)程度上,英特爾始終是硬件領域的大(dà)赢家,讓其原始設備制造商(shāng)客戶掙紮在一(yī)個不斷整合和利潤率超低的世界裏。

盡管如此,英特爾及其生(shēng)态系統享有的最大(dà)優勢是,x86架構易于理解、相當可靠,而且大(dà)多數企業軟件都運行在x86上。這對微軟和VMware等軟件公司來說尤其有利可圖,這些公司通過編寫在x86上運行得非常好的代碼實現了大(dà)部分(fēn)增值。擁有一(yī)緻、穩定的處理器平台是支持軟件市場大(dà)規模增長的驅動力之一(yī)。

衆所周知(zhī),Arm和英特爾在曆史上有着截然不同的業務模式,蓋爾辛格已經表示,他誓言要用新的可信賴代工(gōng)戰略來改變這一(yī)點。問題是,英特爾的絕大(dà)多數業務都在服務于一(yī)種在宏觀層面正在失去(qù)動力的商(shāng)業模式。

Arm的策略更加适合未來趨勢

事實上,Arm的商(shāng)業模式已經顯現出巨大(dà)威力,許多客戶都在基于其架構自主研發處理器。亞馬遜雲計算部門AWS正在開(kāi)發自己的Graviton芯片,蘋果已經推出自主設計的M1芯片,電動汽車(chē)制造商(shāng)特斯拉也在設計自己的芯片。

特斯拉的案例研究很有啓發性。爲了優化視頻(pín)處理功能,特斯拉需要在NPU中(zhōng)添加固件,以滿足其涉及視頻(pín)處理的特定使用案例。該公司很樂意按原樣使用現成的CPU或GPU以及Arm架構組件,并利用Arm的标準。但特斯拉看到了在NPU中(zhōng)增加自身價值的機會。這種商(shāng)業模式的優勢在于,特斯拉可以在不到一(yī)年的時間内實現量産,而傳統車(chē)型則需要更長時間。


Arm就像可定制的樂高積木,可讓生(shēng)态系統合作夥伴以更快的上市時間實現獨特的增值。比如,特斯拉可以直接提出自己的要求,讓三星爲其提供定制芯片。特斯拉選擇了使用14納米工(gōng)藝來降低成本,它不需要最新架構和更大(dà)的晶體(tǐ)管密度。這一(yī)切都與适應應用程序的靈活性和上市時間有關。

根據蓋爾辛格的聲明,英特爾正在将其代工(gōng)業務轉向Arm模式。它必須這麽做。但正如分(fēn)析師們所指出的那樣,代工(gōng)行業是個非常不同的行業,有不同的利潤率模式、關系、進入市場的戰略。而且更爲重要的是,産量要求也不同。

Armv9爲何如此與衆不同?

Armv9與前幾代架構向後兼容。也許Arm從英特爾失敗的安騰( Itanium)處理器項目中(zhōng)吸取了教訓,因爲安藤處理器沒有向後兼容性,因此其推廣過程舉步維艱。此外(wài),Arm還增加了許多附加功能,其中(zhōng)最受關注的兩個領域是機器學習和安全性。

在這裏需要注意,Arm宣稱Armv9架構将裝備在3000億顆Arm芯片中(zhōng),這是個非常龐大(dà)的數字。此前有數據顯示,Arm架構的晶圓産量是x86架構芯片的10倍。産量高意味着成本降低,這對代工(gōng)業務來說至關重要。


Armv9架構的一(yī)個關鍵組件是其“可縮放(fàng)矢量擴展2”(Scalable Vector Extension 2,簡稱SVE2),旨在提供更精細的數據并行性,并爲每條指令提供更多的支持工(gōng)作。這将支持跨各種用例的機器學習應用,如語言處理、可視化、動态定價、欺詐檢測等。

Arm将賭注押在人工(gōng)智能和機器學習上,其他許多公司也是如此。因此,Arm在其體(tǐ)系結構中(zhōng)改進特定的機器學習功能是個相當有前途的賭注。

在“Vision Day”上,Arm也曾談到了機密計算架構和領域(Confidential Compute Architecture And Realms)。ARM在聲明中(zhōng)的陳述已經引起企業共鳴。套用Arm的評論,今天人們對運行應用程序的操作系統和管理程序過于信任,他們對數據的廣泛接觸會帶來黑客襲擊和威脅。

而Arm的“領域”概念強調了該公司的戰略,即取消特權軟件(如虛拟機管理程序)需要能夠看到數據的假設。因此,通過在虛拟化的多租戶環境中(zhōng)創建“領域”,可以更好地保護數據不受内存洩漏的影響,并可以有效地預防黑客襲擊。

這是個非常實用的概念,也是系統将租戶的數據與其他用戶隔離(lí)的一(yī)種方式。在将計算從内存中(zhōng)分(fēn)離(lí)出來并跨不同處理器類型共享方面,IBM擁有最好的技術(Power 10)。

IBM在首席執行官羅睿蘭(Ginni Rometty)的領導下(xià)重組微電子業務時,促成了與美國芯片制造商(shāng)格芯公司的合作,後者接管了IBM在紐約州東菲什基爾的半導體(tǐ)制造工(gōng)廠。然而,格芯2019年宣布出售這家工(gōng)廠,表明該計劃最終沒有成功。

格芯成立于2009年,當時AMD退出了自己制造芯片的業務。2009年,該公司在紐約州奧爾巴尼郊外(wài)的馬耳他新工(gōng)廠破土動工(gōng)。馬耳他将是格芯将生(shēng)産其最先進技術的地方,最終将包括7納米産品。AMD和IBM承諾由格芯制造他們的7納米芯片,但後者放(fàng)棄了7納米工(gōng)藝開(kāi)發,迫使IBM和AMD轉向其他制造商(shāng)。十多年來,三星、IBM和格芯始終在爲先進制造技術制定共同的設計規範。

但格芯正陷入虧損,其私人支持者可能急于收回過去(qù)幾年投資(zī)于晶圓廠的210億美元巨額資(zī)金。格芯首席執行官湯姆·考爾菲爾德(Tom Caulfield)表示,公司即将進行首次公開(kāi)募股(IPO)。這一(yī)切都造成了兩家公司之間的裂痕,并在馬耳他工(gōng)廠最初願景方面留下(xià)了漏洞,這也讓美國芯片制造能力相對落後于中(zhōng)國。

英特爾、IBM和美國政府聯手

就英特爾而言,它擁有出色的FinFET(鳍式場效應晶體(tǐ)管)技術。FinFET超越了CMOS(互補金屬氧化物(wù)半導體(tǐ)),可以讓英特爾在AMD的Chiplet IP上占得先機,特别是在延遲方面。這可能也會給IBM帶來一(yī)些好處。

IBM研究院院長兼高級副總裁達裏奧·吉爾(Dario Gil)是其中(zhōng)的關鍵人物(wù),他首先提議可以與英特爾共享某些知(zhī)識。IBM之所以這樣做,是因爲其想要更有效地與VMware競争,後者在利用x86方面做得很好,這是OpenShift(紅帽的雲開(kāi)發平台即服務)最大(dà)的競争對手。因此,IBM需要英特爾芯片來執行其雲戰略,因爲幾乎所有IBM客戶都在x86上運行應用程序。

更有趣的是,紐約州參議員(yuán)查克·舒默(Chuck Schumer)熱衷于在紐約建立替代矽谷的地方,即所謂的矽巷(Silicon Alley)。那麽,擁有出色工(gōng)藝技術的英特爾,與美國政府、IBM和三星合作,它是否能成爲值得信賴的代工(gōng)夥伴,并促使芯片行業重新洗牌?

芯片領域上演“權力的遊戲”

這塊拼圖還差一(yī)塊,那就是台積電,後者始終在爲蘋果生(shēng)産5納米(最終4納米)芯片,這讓它的其他客戶(比如英偉達)受到更大(dà)限制。歸根結底,長期的競争力和成本削減最終取決于産量。分(fēn)析師們認爲,沒有Arm,英特爾無法實現量産。


不過,如果英特爾真的能在IBM和美國政府的幫助下(xià)成爲一(yī)家值得信賴的代工(gōng)企業,或許它就可以通過吸引某些心懷不滿的台積電客戶來在産量上與其展開(kāi)競争。舉例來說,英偉達對台積電感到不滿,因爲其訂單總是排在蘋果之後。那麽,英偉達爲何不把英特爾的代工(gōng)廠作爲第二個芯片制造來源呢?AWS、谷歌和Facebook是否也存在同樣的問題。

除此之外(wài),也許這也是科技巨頭安撫美國政府和擺脫反壟斷調查的一(yī)種方式。他們把芯片制造業務交給英特爾晶圓廠,以幫助幫助确保美國半導體(tǐ)行業的領導地位。而對于微軟,盡管其沒有受到那麽多的反壟斷審查,但它也很可能樂于合作。

蘋果爲什麽不想在美國國内擁有先進技術服務商(shāng)?蓋爾辛格就是做這種事情的人,因爲他會和公共政策制定者相處得很好。這會給英特爾帶來具有更高的銷量嗎(ma)?的确如此。可以肯定的是,如果它能赢得這些公司的信任,交易量肯定會增加。正如我(wǒ)們已經說過的,目前這是個很小(xiǎo)的機會,需要幾年的時間才能壯大(dà)。但在這種情況下(xià),将這些優勢結合起來,英特爾赢得賭注的機會非常高。

毫無疑問,英特爾面臨的風險比以往任何時候都要高,因爲它背負的不僅僅是該公司的生(shēng)存,而是攸關芯片行業的生(shēng)存和美國的競争力。不過,長期競争力的關鍵絕對在于實現批量制造。

Arm和台積電都對英特爾的舉動做出了回應。由于監管機構和競争對手反對合并,英偉達對Arm的收購仍岌岌可危。不過,如果英偉達成功收購Arm,後者無疑将變得更加強大(dà)。Arm打算超越SoC,與英特爾保持同步,盡管其采用的是純外(wài)包戰略。英特爾必須保持其在市場中(zhōng)的高端地位,但Arm将繼續在企業中(zhōng)站穩腳跟。

英特爾最大(dà)的優勢是其集成設備制造(IDM)戰略。垂直整合是一(yī)場漫長的遊戲,既帶來了質量優勢,也帶來了成本優勢。但如果沒有銷量,英特爾将無法在成本上競争,甚至真的可能會破産。

有鑒于此,對于英特爾來說,能否成功執行其代工(gōng)戰略至關重要,而代工(gōng)戰略仍然是一(yī)項高風險、高回報的風險投資(zī)。美國政府的角色将是降低這一(yī)風險,增加英特爾生(shēng)存的可能性,并繼續保持美國在半導體(tǐ)行業的領先地位。



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