ARM的生存之道（一）：獨特的商業(yè)模式 - 全文

　　智能手機(jī)、平板機(jī)和移動互聯(lián)網(wǎng)的興起，讓原本默默無聞的英國小公司ARM成了世界矚目的焦點，甚至搞得半導(dǎo)體霸主Intel狼狽不堪，屢屢受挫。 2008年開始，Intel不斷嘗試進(jìn)入移動便攜領(lǐng)域，但始終未能站穩(wěn)腳跟。隨著全新22nm SoC工藝和全新Atom架構(gòu)的披露，Intel終于開始大發(fā)神威，ARM也從低調(diào)的后臺走出來，暢談自己的發(fā)展策略。Intel經(jīng)常這么干，但是對 ARM來說還是第一次。

　　AnandTech近日將刊登連載文章，從多個不同角度去深入探尋ARM的世界，今天是第一部分：ARM的商業(yè)模式是如何工作的？

　　在傳統(tǒng)PC領(lǐng)域，半導(dǎo)體廠商一般有兩種路子可選。首先是Intel那樣的，從頭到尾自己大包大攬，架構(gòu)和芯片的設(shè)計、生產(chǎn)一律不依靠任何人。其實，Intel早期也對外提供過x86指令集的授權(quán)，但很快就收了回來。

　　這樣做是需要極其雄厚、全方位的實力做保障的，得有錢、有人、有技術(shù)，特別是在半導(dǎo)體技術(shù)日益復(fù)雜的今天，能這么做的屈指可數(shù)。

　　好處當(dāng)然也是很明顯的，不但能完全自己把握自己的命脈，利潤也是極其可觀，Intel幾乎任何產(chǎn)品都可以享受非常高的利潤，想賣多少錢就可以賣多少錢。

　　但是在移動領(lǐng)域內(nèi)，這種“黑心”模式就行不通了，因為處理器在PC系統(tǒng)中的成本占比非常高，但是智能手機(jī)、平板機(jī)里往往不到10％，甚至不足5％，你再費勁也掙不到多少利潤。這同樣是Intel在移動領(lǐng)域推廣困難的關(guān)鍵原因之一。

　　另外一種是無工廠模式（Fabless）。NVIDIA就是這樣，AMD實在耗不過Intel就也變成了這樣。這類企業(yè)只是自己設(shè)計芯片，制造則交給代工廠，比如臺積電、聯(lián)電、GlobalFoundries、三星電子。

　　好處很明顯了，負(fù)擔(dān)很輕，自己只管設(shè)計就行了，不用耗費巨資去興建晶圓廠、開發(fā)新工藝，但壞處同樣很突出：你設(shè)計出來了，能否造出來、即便造出來又是個什么樣子你就無法做主了，得看代工伙伴的能耐。

　　這方面的教訓(xùn)當(dāng)然很多：臺積電40/28nm兩代工藝最初都很不成熟，產(chǎn)能也是遲遲上不來，讓整個行業(yè)為之拖累；GlobalFoundries 32nm工藝沒有達(dá)到AMD的預(yù)期水平，第一代FX/APU處理器的頻率和電壓就跟設(shè)計得差很多，28nm工藝吹了那么久直到現(xiàn)在才剛剛上路，迫使AMD 一度放棄了整整一代的低功耗APU，不得不重新設(shè)計再去找臺積電。

　　ARM就跟他們完全不一樣了。它不制造、不銷售任何芯片，只是自己設(shè)計IP，包括指令集架構(gòu)、微處理器、圖形核心、互連架構(gòu)，然后誰喜歡就把授權(quán)賣給誰。客戶拿著ARM IP可以自己想怎么干就怎么干。

　　【ARM的三種授權(quán)模式】

　　ARM的經(jīng)營之道其實非常簡單，以三種不同的模式對外提供授權(quán)。

　　處理器授權(quán)：

　　ARM設(shè)計好一顆CPU或者GPU，然后授權(quán)賣給伙伴。買下它們后，你只能照著圖紙實現(xiàn)，能發(fā)揮的地方不多，但是如何實現(xiàn)你就隨便了，比如配置哪些模塊、幾個核心、多少緩存、多高頻率、什么工藝、誰來代工等等。

　　ARM也會給你提供指導(dǎo)輔助，但如何將方案變成芯片、設(shè)定在什么規(guī)格，就看你的了。

　　處理器優(yōu)化包/物理IP包授權(quán)（POP）：

　　如果你想做ARM處理器，但無奈實力有限，那怎么辦呢？ARM很貼心地準(zhǔn)備了一系列的優(yōu)化處理器設(shè)計方案，你可以根據(jù)自己的需要，挑選合適的直接拿過去用。

　　這樣你可以快速搞出產(chǎn)品，代價也很低，當(dāng)然能自由發(fā)揮的空間就小了，處理器類型、代工廠、工藝都是規(guī)定好的，比如Cortex-A12處理器，就要求你在臺積電使用28nm HPM工藝生產(chǎn)，或者在GlobalFoundries使用28-SLP工藝。

　　架構(gòu)/指令集授權(quán)：

　　如果你實力雄厚，可以僅購買ARM的架構(gòu)/指令集（ARMv7、ARMv8），然后自己研究設(shè)計芯片，高通Krait、蘋果Swift就是典型代表。

　　這些自行設(shè)計的處理器和ARM的是指令集兼容的，但并沒有直接可比性，比如你不能說Krait 400、Cortex-A15誰更好更壞，它們是同一級別的不同實現(xiàn)方案而已。

　　ARM目前在全球擁有大約1000個授權(quán)合作、320家伙伴，但是敢于購買架構(gòu)授權(quán)的，不過區(qū)區(qū)15家。

　　正是靠著如此眾多授權(quán)伙伴的支持，ARM處理器才獲得了25億顆的季度出貨量，歷史總量已經(jīng)達(dá)到450億顆。

　　【ARM怎么掙錢呢？】

　　Intel、AMD、NVIDIA最終都是通過賣芯片賺錢，ARM的收入則完全來自于IP授權(quán)，能賺多少完全取決于授權(quán)人、伙伴、客戶能實際造出來芯片，并且賣出去。

　　作為ARM的授權(quán)人，有兩部分錢是必須交的：前期授權(quán)費（upfront license fee）、版稅（royalty）。其它收費項目還有不少，比如軟件工具、技術(shù)支持等等，但主要就是這兩個，分別占ARM總收入的大約33％、50％。

　　前期授權(quán)費一般少則100萬美元，多則1000萬美元（也可能更少或者更多），一次性付清。具體多少取決于所購授權(quán)技術(shù)的復(fù)雜程度，比如古老的ARM11就比最新的Cortex-A57便宜很多。

　　版稅則是每賣出一顆芯片交一點，通常是售價的1-2％。如果芯片是賣給其它企業(yè)或者消費者的，很好計算；如果是內(nèi)部消化，那就按照應(yīng)有的市場價來定。

　　這兩項費用都是可以談判商量的，特別是在單一設(shè)計中使用多個ARM核心的話還有優(yōu)惠。

　　另外，要掏錢的只有CPU、GPU，總線、接口什么的免費附送。ARM Mali GPU圖形核心的地位遠(yuǎn)不如其CPU，所以在費用方面也相對便宜一些，它和POP授權(quán)的版稅都是在CPU的基礎(chǔ)上額外征收（也就是累加）。

　　ARM版稅收取比例具體如下（每顆芯片售價比例）：

　?。?ARM7/9/11：1.0-1.5％

　　－ Cortex-A系列：1.5-2.0％

　?。?ARMv8 Cortex-A系列：2.0％或更高

　?。?Mali GPU：另外加0.75-1.25％

　　－ POP：另外加0.5％

　　需要指出的是，POP授權(quán)的版稅是代工廠支付的，而不是授權(quán)客戶，并且按照晶圓數(shù)量計算，換算到每顆芯片就是大約0.5％。

　　購買ARM授權(quán)的談判一般會持續(xù)大概六個月，從買下授權(quán)到實際產(chǎn)品出貨并賺取手續(xù)得3-4年，而根據(jù)市場領(lǐng)域的不同，最長出貨時間為20年。

　　ARM 320家授權(quán)伙伴中，目前有一般正在掏錢，其他的要么在談判，要么還在開發(fā)。每一年，ARM的授權(quán)伙伴就會增加30-40家。

　　你應(yīng)該也能想到了，不是每個買了授權(quán)的公司都能順利“下蛋”，約有20％的要么被收購，要么設(shè)計失敗，這時候ARM自然就收不到版稅了。

　　盡管生態(tài)系統(tǒng)龐大，ARM的總收入依然處于很低的檔次，2012年才不過9.131億美元。作為對比，Intel同期收入533.41億美元，凈利潤110.05億美元，今年第一季度就收入125.8億美元、凈利潤20.45億美元。一個季度的利潤就比你兩年的收入還多。

　　前期許可費取決于你授權(quán)設(shè)計的復(fù)雜性，舊的ARM11相比Cortex A57有一個較低的前期費用。前期費用一般為100萬美元到1000萬美元之間，也有選擇低于或高于這個范圍的情況（接下來我會談到）。

　　授權(quán)費是建立每一個芯片的基礎(chǔ)上。每個芯片包含ARM的 IP與它相關(guān)的專利費。這個費用通常為該芯片售價的1 - 2％。對于對外銷售的芯片，這是一個簡單的數(shù)字計算，但如果一家公司正在建設(shè)并在內(nèi)部銷售芯片，那么費用則是基于市場對這個芯片的定價。

　　無論是前面的牌照費和特許權(quán)使用費都是可以商量的。在單芯片里面用到多個ARM內(nèi)核會得到折扣。這是類似于合同之類的東西來發(fā)揮作用。

　　總線/接口是免費的，你只是需要支付CPU/ GPU手去拿費。 ARM的Mali GPU的通常會被看作是一個加法器，其授權(quán)費低于ARM高端CPU的授權(quán)費。一個粗略的分類如下所示：

　　在POP授權(quán)方式下，特許權(quán)使用費實際上是由代工廠支付，而不是客戶，授權(quán)是透過每塊晶圓計算，得出的數(shù)據(jù)大約是每個芯片售價的基礎(chǔ)上的0.5%。

　　和ARM的許可授權(quán)談判通常需要六個月的時間，從得到許可授權(quán)到芯片的出貨基本需要三到四年的時間。根據(jù)市場的周期，設(shè)計公司可以在未來20年里持續(xù)出貨。

　　在ARM的320多家IP核授權(quán)商中，有一半的的廠商是需要支付特許權(quán)使用費，其他的正處于簽約授權(quán)和出貨之間。ARM每年新增30到40個授權(quán)商。

　　大約80%的授權(quán)商在簽約之后可以退出他們相應(yīng)的產(chǎn)品到市場。剩余的20%要不是因為收購，或者是因為其他的原因而失敗。特許權(quán)使用費占了ARM公司總營收的50%份額，許可費占了33%的份額，而剩下的收入則由軟件工具和技術(shù)支持組成。

　　ARM的總營收前景看好，并在持續(xù)增長，但總體來說還是一個相對比較小的公司。2012年，ARM的收入是9.131億美元?？紤]到ARM在市場上授權(quán)商的數(shù)量，初步看來ARM應(yīng)該提高其特許使用費的價格。由于ARM這種特殊的商業(yè)模式，其毛利率可以達(dá)到94%，運營利潤率是45%左右。

　　【細(xì)談授權(quán)類型】

　　雖然之前說了三種ARM授權(quán)方式，但那是根據(jù)技術(shù)劃分的高級別類型，按照授權(quán)對象、用途來說有很多種方式。

　　學(xué)術(shù)授權(quán)：事實上是免費的，當(dāng)然只面向高校、科研機(jī)構(gòu)。

　　DesignStart（設(shè)計入門）：方便半導(dǎo)體企業(yè)低成本、低風(fēng)險、快速了解ARM IP，非常便宜。基于以上兩項授權(quán)設(shè)計出來的芯片不能銷售，只能用于內(nèi)部研究。

　　單用途授權(quán)：如果你只想在某一個特定領(lǐng)域使用ARM技術(shù)，可以選擇這類。Cortex-A系列的單用途授權(quán)費前期約為100萬美元，每顆芯片版稅約2％。這種授權(quán)非常適合創(chuàng)業(yè)公司，或者目標(biāo)明確的特定設(shè)計項目。

　　多用途授權(quán)：適合大型企業(yè)，可用于多種產(chǎn)品。授權(quán)費當(dāng)然要貴一些，但是在一定時間內(nèi)（比如說3年），你買來的授權(quán)技術(shù)可以盡可能地設(shè)計更多芯片，可以隨便用在任何產(chǎn)品中，但是期限過后，你就不能再做新的設(shè)計了，必須續(xù)費。

　　終身多用途授權(quán)：買了這種就可以一直用下去，不過說是終身，其實一般也就10-20年，工業(yè)領(lǐng)域比消費領(lǐng)域更長一些。

　　訂購授權(quán)：大企業(yè)可以據(jù)此購買ARM一整套產(chǎn)品的技術(shù)，而且可以延續(xù)很多年，內(nèi)部就可以毫無顧忌地大膽研發(fā)。當(dāng)然這種授權(quán)也是代價不菲，往往需要幾千萬美元。

　　架構(gòu)授權(quán)：這個不重復(fù)了。高通、蘋果、Marvell是典型代表，總共不過15家而已。

　　此外，ARM每研發(fā)新一代處理器IP，都會挑選最多三家伙伴與其密切合作，以確保研發(fā)順利，并且能在第一時間得到應(yīng)用。

　　這些被選中的幸運公司能比其它授權(quán)者更早地了解ARM的新設(shè)計，因此可以在新產(chǎn)品研發(fā)上占據(jù)領(lǐng)先地位，不過他們也要幫助ARM進(jìn)行調(diào)試、測試，甚至直接向ARM提供反饋。

　　【ARM的市場份額】

　　2012年，ARM授權(quán)處理器全球總出貨量高達(dá)87億顆。這么多芯片都用在了哪里？對于普通消費者來說，智能手機(jī)和平板機(jī)里是最顯眼的，ARM在這里的份額也的確非常高，超過了90％，但事實上，更大批量的ARM處理器來自企業(yè)、數(shù)字家庭、工業(yè)嵌入式等領(lǐng)域。

　　而且需要注意的是，ARM處理器架構(gòu)眾多，適用范圍也很廣，往往一臺設(shè)備里有不止一顆ARM芯片，比如智能手機(jī)中除了應(yīng)用處理器，還有基帶等。

　　具體如下表（橫向指標(biāo)分別為2012年設(shè)備出貨量、平均每臺設(shè)備的芯片數(shù)量、總的芯片數(shù)量、ARM芯片數(shù)量、ARM份額）：

　　智能手機(jī)去年出貨7.3億部，吸收了22億顆ARM芯片，單一分類中是最多的。非智能的功能手機(jī)也很猛，4.6億部設(shè)備11億顆芯片，ARM的份額也高達(dá)95％。

　　其它ARM芯片分布和份額：低端語音設(shè)備7億顆95％、便攜式多媒體播放器2.2億顆90％、移動計算設(shè)備（平板機(jī)/上網(wǎng)本/筆記本）1.6億顆40％、數(shù)碼相機(jī)1.8億顆80％、數(shù)字電視和機(jī)頂盒2.9億顆45％、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備4.2億顆35％、打印機(jī)8500萬塊70％、硬盤和固態(tài)硬盤6.2億顆90％、汽車2.1億顆8％、智能卡7.1億顆13％、微控制器15億顆18％、其它3億顆15％。

　　總體而言，ARM的份額為32％，而在過去幾年中每年都會提高3-4個百分點，2007年的時候還只有17％。

　　ARM認(rèn)為，智能手機(jī)、移動計算、數(shù)字電視和機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)、微控制器是其未來發(fā)展的重點領(lǐng)域，年復(fù)合增長率最高可達(dá)25％，2017年的時候?qū)⒎謩e增長到68億顆、8.5億顆、20億顆、17億顆、114億顆。

　　ARM還認(rèn)為，功能手機(jī)將在四年后基本消失，而在臺式機(jī)、服務(wù)器領(lǐng)域，ARM將從無到有，五年后達(dá)到2億顆。

　　五年后，ARM芯片的年出貨量預(yù)計將達(dá)到410億顆，是去年的幾乎五倍。

　　后續(xù)章節(jié)中，我們將會深入分析ARM最近宣布的幾個微處理器架構(gòu)，包括Cortex-A12/A53/A57，以及bit.LITTLE大小核心混合架構(gòu)、Mali GPU圖形核心。