華為的下一個(gè)“卡脖子”難題, 與這場(chǎng)芯片巨頭之爭(zhēng)緊密相關(guān)

導(dǎo)讀：當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月14日，芯片公司安謀（ARM）在納斯達(dá)克上市。以當(dāng)日收盤價(jià)計(jì)算，ARM市值652億美元，成為今年美股最大規(guī)模IPO。ARM是半導(dǎo)體行業(yè)非常獨(dú)特的存在，它持續(xù)研發(fā)半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP），主要靠收取芯片架構(gòu)版權(quán)費(fèi)賺錢，自己并不設(shè)計(jì)也不生產(chǎn)芯片。隨著全球進(jìn)入智能手機(jī)時(shí)代，ARM在移動(dòng)芯片處理器設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)90%以上的市場(chǎng)份額。值得注意的是，華為手機(jī)的麒麟芯片就采用ARM V8架構(gòu)，但在美國(guó)的限制下，無(wú)法獲得最新的V9架構(gòu)授權(quán)。

本文從商業(yè)和技術(shù)角度進(jìn)行分析指出，英特爾“芯片設(shè)計(jì)+制造”的一體化模式已經(jīng)落后，而ARM公司則在全球半導(dǎo)體乃至整個(gè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)起到了承上啟下的作用，技術(shù)模式的迭代加速了整個(gè)產(chǎn)業(yè)格局的重塑。ARM架構(gòu)的強(qiáng)勢(shì)崛起已不僅局限于移動(dòng)端設(shè)備的統(tǒng)治地位，更體現(xiàn)在（云）服務(wù)器、人工智能等新興領(lǐng)域廣泛布局。

作者認(rèn)為，新舊半導(dǎo)體巨頭的此消彼長(zhǎng)，也為新公司崛起創(chuàng)造了空間和機(jī)會(huì)。例如，在ARM的基礎(chǔ)上還誕生了蘋果公司這個(gè)“半路出家”的芯片巨頭，而從蘋果公司出走的大量人才團(tuán)隊(duì)又繼續(xù)為整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)活力。其中，芯片初創(chuàng)公司Rivos專注于RISC-V芯片平臺(tái)技術(shù)，其目標(biāo)市場(chǎng)也是數(shù)據(jù)中心。雖然與ARM一樣都基于RISC架構(gòu)，但是RISC-V從2010年發(fā)明開始，即以開源為最大特色，受到全球?qū)W界、產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注，各國(guó)政府出臺(tái)政策支持RISC-V的發(fā)展和商業(yè)化。

回顧芯片架構(gòu)的各種路線之爭(zhēng)，可見(jiàn)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)似乎正醞釀著一場(chǎng)開源新趨勢(shì)。ARM崛起的根本原因是RISC架構(gòu)更適應(yīng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，而ARM架構(gòu)授權(quán)的潛在限制，也將倒逼中國(guó)在開源架構(gòu)RISC-V等新興技術(shù)領(lǐng)域探索更多機(jī)會(huì)。本文為歐亞系統(tǒng)科學(xué)研究會(huì)新媒體“關(guān)鍵技術(shù)中的競(jìng)爭(zhēng)政治”系列編譯成果，僅代表作者本文觀點(diǎn)。

芯片技術(shù)、地緣政治和工程軟件

東西方之間日益緊張的關(guān)系正在使半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)生大規(guī)模的變化。如今，半導(dǎo)體集成的尖端環(huán)節(jié)基本集中在中國(guó)臺(tái)灣和韓國(guó)，而不是在英特爾所在美國(guó)。因此，美國(guó)政府已強(qiáng)勢(shì)介入，試圖開創(chuàng)美國(guó)“產(chǎn)業(yè)民族主義”的新時(shí)代。2022年6月初，參議院通過(guò)了《美國(guó)創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)法案》（USICA），其中包括520億美元的聯(lián)邦資金，用于加速國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體研究、設(shè)計(jì)和制造，各界也將其稱為“芯片法案”。

芯片幾乎為所有類型的數(shù)字設(shè)備提供動(dòng)力，當(dāng)然也為所有運(yùn)行操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括軍用系統(tǒng)）提供動(dòng)力，其理所當(dāng)然地被視為國(guó)家安全問(wèn)題。傳統(tǒng)上，美國(guó)在芯片設(shè)計(jì)和制造方面一直處于世界領(lǐng)先地位。1990年，美國(guó)曾占半導(dǎo)體和微電子生產(chǎn)37%的份額，目前僅占12%。如今，雖然美國(guó)依然掌控著芯片設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，但曾經(jīng)的“國(guó)家冠軍”英特爾公司已經(jīng)地位不保。 當(dāng)然，更多人關(guān)注的是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)及其龐大的經(jīng)濟(jì)利益；除企業(yè)外，如今各國(guó)政府也開始強(qiáng)勢(shì)介入該領(lǐng)域。“芯片法案”可能會(huì)刺激多達(dá)10家新芯片制造工廠的發(fā)展。在美國(guó)政府對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投資的支持下，英特爾新任首席執(zhí)行官帕特·蓋爾辛格（Pat Gelsinger）宣布斥資200億美元擴(kuò)建英特爾亞利桑那州錢德勒工廠的兩個(gè)新晶圓廠，其中42號(hào)晶圓廠已全面投入生產(chǎn)10納米節(jié)點(diǎn)芯片。在大西洋另一側(cè)，歐盟出臺(tái)了相關(guān)計(jì)劃，以期在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造方面實(shí)現(xiàn)自給自足。

雖然中國(guó)渴望在半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自給自足，但卻缺乏能夠開發(fā)和制造半導(dǎo)體制造商所使用的設(shè)備、非晶圓材料和晶圓材料的本土公司。美國(guó)和歐盟主導(dǎo)著關(guān)鍵設(shè)備市場(chǎng)，中國(guó)臺(tái)灣的設(shè)備制造商幾乎為零，而中國(guó)大陸的份額僅為個(gè)位數(shù)。不過(guò)，中國(guó)的“無(wú)晶圓廠”芯片設(shè)計(jì)行業(yè)正在不斷發(fā)展壯大。

不過(guò)，半導(dǎo)體行業(yè)設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造的全球化或?qū)⑺茉煲粋€(gè)更分散的計(jì)算機(jī)軟件行業(yè)未來(lái)。曾經(jīng)穩(wěn)定的“Wintel”（Windows和英特爾Intel）雙頭壟斷已基本解體。2020年12月，基于ARM架構(gòu)，微軟宣布正在為“微軟云”的服務(wù)器和Surface設(shè)備設(shè)計(jì)專用芯片。微軟的做法在很大程度上是在模仿競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手亞馬遜，后者已經(jīng)為旗下的“亞馬遜云”設(shè)計(jì)了專用的ARM芯片Graviton 2。（譯者注：早期的服務(wù)器芯片以RISC架構(gòu)為主。此后，隨著英特爾推出x86架構(gòu)，逐漸擠壓了RISC處理器市場(chǎng)。在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，AMD和英特爾占據(jù)著服務(wù)器市場(chǎng)的主流，其中英特爾市場(chǎng)份額超過(guò)90%，AMD則是剩余10%市場(chǎng)的主導(dǎo)企業(yè)。近些年來(lái)，ARM、RISC-V兩大架構(gòu)加強(qiáng)了對(duì)英特爾x86的挑戰(zhàn)，但各有優(yōu)劣。ARM架構(gòu)的特點(diǎn)在于應(yīng)用廣泛、生態(tài)成熟，開發(fā)適配都更方便。RISC-V架構(gòu)特點(diǎn)在于完全免費(fèi)、開源，可以自主把握，但還處于起步階段。如今，全球約10%的服務(wù)器已經(jīng)用上ARM架構(gòu)，其中40％位于中國(guó)。） 如今，很難說(shuō)微軟的Window系統(tǒng)依然是計(jì)算世界的基礎(chǔ)；它更像是一種普遍的存在，有點(diǎn)類似電動(dòng)汽車革命中的化石燃料汽車一樣。隨著英特爾公司的衰落，或者說(shuō)Wintel霸權(quán)的崩潰，各類新的芯片架構(gòu)（如上述的ARM）和配套的操作系統(tǒng)及設(shè)備方案正在快速崛起，反過(guò)來(lái)也加速了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）等工業(yè)軟件領(lǐng)域的變革。

這是一個(gè)舊模式逐漸被新模式取代的全新時(shí)代。 1 摩爾定律：彼時(shí)與此刻

自英特爾公司成立和x86 CPU芯片架構(gòu)出現(xiàn)以來(lái)，摩爾定律在很大程度上兌現(xiàn)了它的承諾。摩爾定律以英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）的名字命名，其具體指微處理器上的晶體管數(shù)量每?jī)赡攴环?，即年?fù)合增長(zhǎng)率要達(dá)到41%。

摩爾定律跨越了英特爾、摩托羅拉、ARM、蘋果、IBM等公司數(shù)十年的芯片發(fā)展歷程。上世紀(jì)七八十年代，英特爾的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，如摩托羅拉和IBM，在很大程度上保持了半導(dǎo)體行業(yè)的火熱發(fā)展；進(jìn)入九十年代和21世紀(jì)后，AMD維持著競(jìng)爭(zhēng)格局，尤其是加劇了服務(wù)器領(lǐng)域的芯片競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)一步推動(dòng)英特爾在相關(guān)領(lǐng)域的強(qiáng)勁研發(fā)和創(chuàng)新。

不過(guò)，一個(gè)新趨勢(shì)正逐步浮出水面。從1994年到2007年左右，ARM公司（中文為“安謀公司”）的Cortex A9只有不足5000萬(wàn)個(gè)晶體管，相比IBM的Power 6、英特爾的Itanium 2和AMD的K10等強(qiáng)大的服務(wù)器芯片存在著巨大的差距——它們基本上都超過(guò)了5億個(gè)晶體管。然而，從2008年開始，情況發(fā)生了變化，ARM的發(fā)展速度比芯片行業(yè)的其他公司都要快（見(jiàn)下圖中的綠線）。

▲ 圖源：our world in data

從上圖可見(jiàn)，ARM的發(fā)展速度（綠色線）從2008年開始越來(lái)越快，而英特爾（紅色線）卻逐漸跟不上摩爾定律。到2016年，英特爾的發(fā)展速度進(jìn)一步放緩，而ARM還在繼續(xù)加速發(fā)展。

2013年，ARM的授權(quán)廠商蘋果公司推出了A7，這是一款具有里程碑意義的64位系統(tǒng)級(jí)芯片（System on Chip，SoC），擁有超過(guò)10億個(gè)晶體管。這款iPhone手機(jī)芯片搭載的的晶體管數(shù)量，甚至超過(guò)了2007年IBM的Power 6，這個(gè)世界上曾經(jīng)最強(qiáng)大的服務(wù)器芯片之一。（譯者注：SoC是一個(gè)微小型系統(tǒng)，將微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核和存儲(chǔ)器集成在單一芯片上。SoC通常是為客戶定制的，或是面向特定用途的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。）

ARM的崛起只是全球半導(dǎo)體潮汐變化中的一個(gè)因素，而英特爾落后于摩爾定律則是另一個(gè)重要因素。在如今的半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)，沒(méi)有其他公司能像安謀公司一樣獨(dú)特：它可能標(biāo)志著全球半導(dǎo)體行業(yè)“最民主”的力量，將芯片設(shè)計(jì)方案授權(quán)給任何想基于ARM架構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)做開發(fā)的人。（譯者注：Arm商業(yè)模式的特別之處，在于其僅提供芯片架構(gòu)，而沒(méi)有下一步的芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)。）

2 此消彼長(zhǎng)：ARM、蘋果和英特爾

在本世紀(jì)頭十年的后半期，安謀公司（ARM）成為了移動(dòng)設(shè)備處理器領(lǐng)域當(dāng)之無(wú)愧的領(lǐng)導(dǎo)者。作為ARM的主要?jiǎng)?chuàng)始人之一，蘋果公司自Newton電腦系列開始使用基于精簡(jiǎn)指令集的CPU（Reduced Instruction Set Computer，RISC。譯注：計(jì)算機(jī)指令集，是計(jì)算機(jī)硬件可以直接識(shí)別的命令，是指CPU用來(lái)計(jì)算和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一套指令的集合。CPU是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心， 計(jì)算機(jī)指令集則是CPU的“傳令官”），此后便開始對(duì)ARM架構(gòu)的芯片情有獨(dú)鐘；2007年發(fā)布的iPhone也使用ARM芯片，并開啟了智能手機(jī)時(shí)代。如今，在平臺(tái)架構(gòu)層面，ARM穩(wěn)坐移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)的核心。

同時(shí)提供更強(qiáng)處理能力和更長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間的競(jìng)爭(zhēng)壓力，使ARM芯片的進(jìn)步曲線更加陡峭，注定要在每瓦性能上趕上并超越英特爾x86芯片。

長(zhǎng)期以來(lái)，ARM和英特爾處理器的一大區(qū)別是ARM主要設(shè)計(jì)低功耗處理器，英特爾的強(qiáng)項(xiàng)是設(shè)計(jì)超高性能的臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器處理器。ARM架構(gòu)作為目前最成功RISC架構(gòu)，主導(dǎo)了智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)芯片處理器市場(chǎng)。根據(jù)英偉達(dá)公告，基于ARM架構(gòu)的芯片已累計(jì)出貨1800億顆。ARM架構(gòu)處理器在智能手機(jī)芯片、車載信息芯片、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)微控制器等領(lǐng)域占到90%以上市場(chǎng)份額。

自iPhone 13系列開始，蘋果將采用最新推出的SoC：A15 Bionic。值得注意的是，與A14相比，A15 Bionic在CPU性能方面并沒(méi)有取得多大進(jìn)步。蘋果公司似乎受到了半導(dǎo)體人才外流的沖擊，人才紛紛流向Nuvia和基于RISC-V架構(gòu)的新公司Rivos。盡管如此，A15 Bionic仍設(shè)法將GPU性能比現(xiàn)有的任何其他智能手機(jī)芯片（包括自己的A14）提高了50%。A14 Bionic擁有150億個(gè)晶體管，僅比蘋果M1芯片少10億個(gè)。

此前，高通宣布將以14億美元收購(gòu)由蘋果前員工創(chuàng)立的芯片創(chuàng)企Nuvia，提升自身在高性能計(jì)算領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。高通和蘋果曾因?qū)＠娑悊?wèn)題屢次對(duì)簿公堂，盡管雙方現(xiàn)已達(dá)成協(xié)議，但Nuvia公司和蘋果一直處于交惡狀態(tài)。通過(guò)此次收購(gòu)，高通計(jì)劃將Nuvia的CPU技術(shù)廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)、筆記本電腦等一系列業(yè)務(wù)上，從而在高性能計(jì)算領(lǐng)域和蘋果、英特爾等公司抗衡。（譯者注：有評(píng)論指出，高通希望借Nuvia降低對(duì)ARM架構(gòu)的依賴，進(jìn)行更多的定制設(shè)計(jì)，降低直接購(gòu)買許可的費(fèi)用。）

蘋果公司在2007年春季收購(gòu)PA Semi之后，基本上從頭開始搭建了世界一流的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?！陡２妓埂冯s志的一篇報(bào)道曾指出，這次收購(gòu)對(duì)英特爾來(lái)說(shuō)是一個(gè)打擊，因?yàn)樗麄儽鞠Ｍf(shuō)服蘋果公司在iPhone及更多未來(lái)移動(dòng)設(shè)備上使用英特爾的Atom處理器。蘋果的選擇作為風(fēng)向標(biāo)，讓英特爾與智能手機(jī)領(lǐng)域的快速崛起幾乎失之交臂。

▲ Nuvia計(jì)劃定制的基于ARM架構(gòu)的Phoenix NUMA芯片（藍(lán)色區(qū)域）計(jì)劃超越蘋果。（圖源：Nuvia）

在后PowerPC（一種基于RISC架構(gòu)的中央處理器）時(shí)代，英特爾和AMD展開了激烈的競(jìng)爭(zhēng)，并且英特爾還在2005年成功爭(zhēng)取到了蘋果電腦的訂單。與此同時(shí)，安謀公司也在悄無(wú)聲息地推進(jìn)ARM芯片架構(gòu)的發(fā)展，以便從每一瓦的功率中榨取更多的計(jì)算性能。當(dāng)許多智能手機(jī)制造商在其智能手機(jī)芯片上使用基本未經(jīng)改動(dòng)的ARM芯片設(shè)計(jì)時(shí)，蘋果公司也獲得了ARM的特別授權(quán)，可以開發(fā)基于ARM芯片并帶有專有邏輯的客戶芯片。

從上面兩張圖表可以看出，ARM體系已經(jīng)趕上并實(shí)現(xiàn)對(duì)英特爾x86的趕超。英特爾新任首席執(zhí)行官帕特·蓋爾辛格表示，到2025年，英特爾“將重新奪回每瓦性能桂冠”。考慮到最近的歷史和ARM固有的架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，這種說(shuō)法似乎更像是口號(hào)。此外，英特爾和AMD在每瓦性能方面還將面臨新的重大競(jìng)爭(zhēng)，那就是2021年成立的Rivos公司。這家企業(yè)從蘋果挖走了 40 多名核心工程師。

3 先進(jìn)制程：英特爾的迅速潰敗

英特爾究竟是如何在性能上落后的？這家曾經(jīng)一枝獨(dú)秀的巨無(wú)霸，當(dāng)前不僅落后于新興的ARM，甚至也快趕不上老對(duì)手AMD了。幾年前，英特爾在制造領(lǐng)域的領(lǐng)先地位開始放緩。在2020年夏天，情況急轉(zhuǎn)直下，英特爾宣布大幅推遲下一個(gè)制造里程碑。

英特爾從成立之初就認(rèn)為，如果芯片設(shè)計(jì)師能直接與制造工程師合作，英特爾就能在半導(dǎo)體領(lǐng)域引領(lǐng)世界。這是理念，但不一定是現(xiàn)實(shí)。舉例來(lái)說(shuō)，荷蘭半導(dǎo)體光刻系統(tǒng)制造商阿斯麥（ASML）早在2012年就與英特爾合作，為下一個(gè)微小芯片時(shí)代開發(fā)極紫外光（EUV）的光刻系統(tǒng)。不過(guò)，ASML也與三星和臺(tái)積電就同樣的技術(shù)進(jìn)行了合作。目前，僅臺(tái)積電一家公司就擁有全球現(xiàn)有EUV***總數(shù)的一半。

臺(tái)積電基于5納米節(jié)點(diǎn)的芯片（如最新蘋果電腦中使用的自研M1處理器），完全依賴ASML的EUV***，每臺(tái)設(shè)備的成本高達(dá)1.5億美元，使用前可能需要4-6個(gè)月的安裝時(shí)間。英特爾最早的10納米芯片采用傳統(tǒng)光刻技術(shù)，但以失敗告終。雖然英特爾已經(jīng)開發(fā)出10納米芯片，并已開始出貨，但其7納米芯片計(jì)劃卻不得不依賴ASML的EUV設(shè)備。

英特爾的芯片制造問(wèn)題可能最終源自全球化大分工帶來(lái)的損耗。那些試圖掌控整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)鏈條的公司，可能會(huì)被海量在細(xì)分領(lǐng)域做到極致的小公司逐步擊敗。例如，上世紀(jì)80年代中期，英特爾最終放棄了隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）市場(chǎng)，因?yàn)樗鼰o(wú)法與日本的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手競(jìng)爭(zhēng)；后者將大量資金投入新工廠，繼續(xù)生產(chǎn)出了世界上最好的RAM芯片。

現(xiàn)在，隨著臺(tái)積電和三星為智能手機(jī)市場(chǎng)多生產(chǎn)數(shù)億顆芯片，亞洲芯片代工廠擁有了更多的資本和更高的估值。由于建造芯片工廠的成本高達(dá)數(shù)百億美元，市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者比其較小的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更快地獲得了提升新工藝節(jié)點(diǎn)的能力。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它們有資金更快地開始采用新的工藝節(jié)點(diǎn)技術(shù)。

令英特爾驚訝的是，其芯片設(shè)計(jì)與制造之間的緊密關(guān)系反而成為了一種束縛。當(dāng)該公司在2018年的10納米節(jié)點(diǎn)爬坡過(guò)程中遇到困難時(shí)，它沒(méi)有任何外部晶圓廠可以求助。這是因?yàn)椋⑻貭柾槍?duì)其芯片制造工具進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的，但第三方代工廠并不擁有這些工具；英特爾也無(wú)法直接對(duì)三星要求，“為我們做這樣那樣的設(shè)計(jì)”。

幾十年來(lái)，英特爾可能曾創(chuàng)造了半導(dǎo)體行業(yè)，但新的解決方案需要新型材料和重新設(shè)計(jì)，這也將英特爾推向了前所未有的境地。與此同時(shí)，亞洲的合同芯片制造廠更迅速地解決了這些問(wèn)題：因?yàn)榛贏RM架構(gòu)的芯片設(shè)計(jì)，以及AMD、英偉達(dá)（NVIDIA）和蘋果公司的定制設(shè)計(jì)，其與特定制造設(shè)備和工業(yè)流程的要求的聯(lián)系顯著更低。

4 后起之秀：AMD強(qiáng)勢(shì)反超

2022年初，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“纏斗”超過(guò)40年的英特爾與美國(guó)超威半導(dǎo)體公司（AMD），終于迎來(lái)了完全不一樣的市場(chǎng)地位。當(dāng)時(shí)，英特爾最新的市值為1972億美元，而AMD市值一舉躍升至1977億美元，正式宣告超越英特爾，實(shí)現(xiàn)了“千年老二”的強(qiáng)勢(shì)反超。

其實(shí)，在過(guò)去十年的后幾年里，英特爾幾乎所有的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并攫取了市場(chǎng)份額和絕對(duì)的性能領(lǐng)先地位。英特爾在計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手AMD憑借在亞洲生產(chǎn)的新型CPU芯片設(shè)計(jì)取得了進(jìn)展。

2022年初，AMD宣布，以全股票交易方式完成對(duì)賽靈思（Xilinx）公司的收購(gòu)，交易價(jià)值為498億美元。賽靈思前首席執(zhí)行官Victor Peng將加入AMD，擔(dān)任新成立的“自適應(yīng)和嵌入式計(jì)算集團(tuán) ”（AECG） 的總裁。這是AMD成立60以來(lái)最大的一筆交易，同時(shí)也是半導(dǎo)體行業(yè)中的最大交易。

AMD的旗艦CPU銳龍（Ryzen）9由臺(tái)積電采用7納米工藝制造，但尚未使用EUV。盡管如此，AMD在單核和多核芯片性能的絕對(duì)最佳平衡方面仍處于世界領(lǐng)先地位。此后，銳龍9-5950X的16核CPU的平均單核跑分為1689分，多核跑分為16681分。雖然英特爾第11代酷睿i9-11900K的單核成績(jī)略勝一籌，但8核的多核成績(jī)卻相差甚遠(yuǎn)。

從本質(zhì)上講，AMD在提供業(yè)界領(lǐng)先的單核性能的同時(shí)，還提供了較高的多核性能，這種均衡的頂級(jí)性能對(duì)工業(yè)軟件行業(yè)至關(guān)重要。此外，AMD在圖形計(jì)算及人工智能領(lǐng)域也取得了明確進(jìn)展。

5 人才流失：來(lái)自蘋果的初創(chuàng)公司

蘋果向來(lái)在芯片設(shè)計(jì)上抱有很大的野心，從A系列仿生芯片到M系列高性能芯片，貫通移動(dòng)與桌面端。作為“半路出家”的芯片公司，蘋果公司在每瓦性能方面已逐步達(dá)到世界領(lǐng)先地位。例如，它的M1處理器在上的單核分?jǐn)?shù)超過(guò)1700，并且其能耗優(yōu)勢(shì)顯著高于英特爾：M1公布的熱設(shè)計(jì)功率（TDP）為39瓦。

然而，由于近幾年頻繁的人員流失，蘋果最新的自研芯片的進(jìn)展正在逐漸放緩。2019年2月，在蘋果負(fù)責(zé)A7至A12X芯片開發(fā)的首席芯片設(shè)計(jì)師威廉姆斯離開蘋果，他是蘋果歷代iPhone核心處理器以及M1系列的首席架構(gòu)師。在他離開的同時(shí)帶走了多位關(guān)鍵芯片工程師，隨后與他人共同創(chuàng)辦了新公司Nuvia，主要業(yè)務(wù)是開發(fā)用于數(shù)據(jù)中心的處理器。（譯者注：同年，蘋果公司將ARM首席架構(gòu)師Mike Filippo收入麾下，擔(dān)任蘋果自研M1芯片的架構(gòu)總監(jiān)，但在2023年初Mike Filippo 又出走微軟。2021年12月，在蘋果任職超過(guò)8年的M1芯片設(shè)計(jì)總監(jiān)Jeff Wilcox也宣布離開蘋果，將重返英特爾。）

Nuvia現(xiàn)已成為高通公司的一部分。雖然Nuvia最初的目標(biāo)是通過(guò)其計(jì)劃中的Phoenix CPU在數(shù)據(jù)中心芯片的每瓦特性能方面處于領(lǐng)先地位，但高通公司的領(lǐng)導(dǎo)層似乎有不同的想法。據(jù)報(bào)道，Nuvia團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)基于ARM的Phoenix技術(shù)，并計(jì)劃將其用于平板電腦、智能手機(jī)以及Chrome和Windows平臺(tái)的小型筆記本電腦等移動(dòng)終端，與蘋果展開直接競(jìng)爭(zhēng)。

此外，新的芯片初創(chuàng)公司Rivos也是由蘋果半導(dǎo)體資深人士領(lǐng)導(dǎo)的。Rivos公司目前仍處于隱身狀態(tài)。與高通公司的Nuvia團(tuán)隊(duì)不同，Rivos公司專注于RISC-V芯片平臺(tái)技術(shù)，而不是ARM平臺(tái)技術(shù)，其目標(biāo)市場(chǎng)也是數(shù)據(jù)中心。該公司的目標(biāo)是擁有第一個(gè)高性能RISC-V內(nèi)核，并且已經(jīng)吸引了許多來(lái)自蘋果、谷歌、Marvell、高通、英特爾和AMD的高級(jí)CPU架構(gòu)師。

雖然RISC-V是一種開放規(guī)范和開放平臺(tái)，但這并不意味著Rivos將是一種開源處理器。2010 年發(fā)布的RISC-V從發(fā)明伊始即以開源為最大特色，受到全球?qū)W界、產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注，各國(guó)政府出臺(tái)政策支持RISC-V的發(fā)展和商業(yè)化。

RISC-V和ARM都基于RISC架構(gòu)，而英特爾x86在其歷史上主要采用通用指令集計(jì)算架構(gòu)（CISC）。概括地說(shuō)，RISC允許降低每條指令的處理器時(shí)鐘周期數(shù)，并采用標(biāo)準(zhǔn)化的負(fù)載存儲(chǔ)限制模型。RISC的主要特點(diǎn)是減少整體時(shí)鐘周期，因此在功耗方面更勝一籌。因此，基于RISC的ARM芯片在移動(dòng)設(shè)備半導(dǎo)體領(lǐng)域引領(lǐng)世界潮流也就不足為奇了。

在2007年前，蘋果公司就考慮在未來(lái)的Mac電腦中采用PA Semi芯片。PA Semi創(chuàng)始人Daniel W. Dobberpuhl和希望在PowerPC架構(gòu)（RISC）的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出功耗低、功能強(qiáng)大的芯片。就在被收購(gòu)前不久的2007年2月，PA Semi還首次推出了一款64位雙核微處理器，其能效比任何同類芯片都高出300%。該芯片2GHz時(shí)的能耗為5-13瓦。

這就是蘋果A系列芯片的基礎(chǔ)團(tuán)隊(duì)，其每瓦特性能在業(yè)內(nèi)遙遙領(lǐng)先。但是，越來(lái)越多的蘋果半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)正在離開，轉(zhuǎn)投自己的芯片設(shè)計(jì)初創(chuàng)公司。在芯片供不應(yīng)求的今天，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)日益全球化的今天，在核心技術(shù)和人才跨地緣政治地區(qū)日益民主化的今天，激烈的競(jìng)爭(zhēng)還將繼續(xù)。

6 軟件變局：架構(gòu)轉(zhuǎn)移帶來(lái)機(jī)遇

半導(dǎo)體行業(yè)曾經(jīng)由英特爾公司主導(dǎo)，以美國(guó)為基地。隨著上述一系列具有里程碑意義的變革，未來(lái)十年可能會(huì)徹底顛覆曾經(jīng)Wintel雙頭壟斷局面。當(dāng)前，Windows已經(jīng)在針對(duì)ARM架構(gòu)進(jìn)行重寫。

為順應(yīng)軟硬件體系的重構(gòu)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）等工程軟件行業(yè)也會(huì)有大量代碼需要重寫。設(shè)計(jì)師的工作環(huán)境將大幅改變，他們必須考慮在新架構(gòu)下CAD和3D軟件將如何運(yùn)行。目前，ARM不僅與英特爾x86架構(gòu)不相上下，而且在性能/功耗方面更勝一籌。這對(duì)于云計(jì)算和移動(dòng)計(jì)算同樣重要。亞馬遜、微軟、谷歌和蘋果都在轉(zhuǎn)向基于ARM的數(shù)據(jù)中心，因?yàn)樗鼈冞\(yùn)行起來(lái)更高效、更便宜。

如今，已經(jīng)有一些CAD和3D開發(fā)人員將他們的軟件解決方案轉(zhuǎn)移到蘋果芯片上。例如，Vectorworks是蘋果電腦上領(lǐng)先的CAD解決方案，其代碼中有120多個(gè)依賴項(xiàng)需要從x86重寫為ARM，并正在與第三方開發(fā)人員一起解決這些問(wèn)題。大多數(shù)CAD、BIM和3D軟件都包含多個(gè)依賴項(xiàng)——從物理引擎、數(shù)字地形建模引擎、CFD引擎、幾何建模內(nèi)核（如Parasolid和ACIS）到不計(jì)其數(shù)的渲染和可視化引擎。這將是一個(gè)不同層次的顛覆過(guò)程，取決于每個(gè)應(yīng)用程序的傳統(tǒng)依賴關(guān)系。它為新進(jìn)入者提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，使他們能更快地做出反應(yīng)，并開發(fā)出新的CAD行業(yè)創(chuàng)新產(chǎn)品，例如Shapr3D。

即便英特爾實(shí)現(xiàn)它們的口號(hào)，到2025年再次奪得每瓦性能桂冠，變革也不會(huì)停止。隨著“遠(yuǎn)程辦公”與云服務(wù)的快速發(fā)展，基于ARM架構(gòu)的設(shè)備將逐步占據(jù)主流，CAD乃至更全面的科研和工程軟件市場(chǎng)也必將對(duì)其適應(yīng)。

【譯者按】在當(dāng)前形勢(shì)下，不僅僅是個(gè)人電腦和智能手機(jī)銷量在放緩，推動(dòng)計(jì)算機(jī)芯片技術(shù)進(jìn)步的核心架構(gòu)也在發(fā)生變化。有評(píng)論認(rèn)為，這也是AMD收購(gòu)賽靈思Xilinx的原因，后者以被稱為“現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列”FPGA的自適應(yīng)芯片聞名。此后，AMD 還斥資19億美元收購(gòu)了云計(jì)算初創(chuàng)公司 Pensando。當(dāng)前，AMD正在建立定制計(jì)算業(yè)務(wù)，以幫助他們的客戶設(shè)計(jì)自己的芯片，這恰好反映了整個(gè)行業(yè)的最新趨勢(shì)。上述收購(gòu)之后，AMD也成為同時(shí)擁有“CPU+GPU+FPGA”的廠商，并掌握開啟數(shù)據(jù)中心大門的“金鑰匙”。在拿下賽靈思之后，AMD也能夠在通訊、數(shù)據(jù)中心，甚至是未來(lái)更廣的人工智能運(yùn)算領(lǐng)域擁有更好的發(fā)展空間。

本文主要關(guān)注x86和ARM架構(gòu)的此消彼長(zhǎng)，但對(duì)于中國(guó)而言，這兩種架構(gòu)都存在不授權(quán)或不供應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。2022年8月，美國(guó)政府命令英偉達(dá)停止向中國(guó)銷售部分高性能GPU，AMD也稱收到了相關(guān)的禁止命令。具備較高雙精度計(jì)算能力的高端GPU主要用于高性能計(jì)算領(lǐng)域，包括科學(xué)計(jì)算、CAD、CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）和醫(yī)療等領(lǐng)域。

相反，RISC-V架構(gòu)由于具備開源開放的特性，被一些中國(guó)廠商看作是***“彎道超車”的機(jī)遇。2022年，采用RISC-V架構(gòu)的處理器出貨量約100億顆，其中有一半以上是中國(guó)廠商生產(chǎn)的。國(guó)內(nèi)知名企業(yè)如阿里平頭哥、中科院計(jì)算所、賽昉科技、芯來(lái)科技等都有布局RISC-V，開發(fā)出不同層面的軟硬件解決方案。

在生態(tài)建設(shè)上，RISC-V國(guó)際基金會(huì)已吸引全球70多個(gè)國(guó)家的2300個(gè)會(huì)員，覆蓋芯片廠商、芯片設(shè)計(jì)服務(wù)公司、軟件提供商等軟硬件公司，以及大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)和投資機(jī)構(gòu)等，生態(tài)陣容快速壯大。RISC-V有望成為x86和ARM之后的計(jì)算機(jī)指令集（Instruction Set Architecture，ISA）第三極。具體到應(yīng)用軟件層面，如今，基于云的工業(yè)軟件訂閱模式越來(lái)越多，成為企業(yè)在本地軟件安裝環(huán)境之外的一種選擇。云與在線的工業(yè)軟件可以直接在本地瀏覽器中運(yùn)行，或通過(guò)網(wǎng)頁(yè)及移動(dòng)應(yīng)用程序運(yùn)行。從ARM到RISC-V，芯片架構(gòu)的種種最新變局，正為新的公司和應(yīng)用創(chuàng)造更多超越的空間和機(jī)會(huì)。