全球互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛高調(diào)宣布進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)

近些日子，全球互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛高調(diào)宣布進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)。阿里、微軟、Google、Facebook等都宣布在芯片領(lǐng)域的動(dòng)作，那么互聯(lián)網(wǎng)巨頭的這些動(dòng)作又會(huì)對(duì)芯片行業(yè)造成什么影響？本文為您帶來(lái)詳細(xì)分析。

阿里、微軟、Google、Facebook互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛入局芯片

我們首先盤點(diǎn)一下互聯(lián)網(wǎng)巨頭近幾年來(lái)在芯片領(lǐng)域的動(dòng)作。

Google可謂是互聯(lián)網(wǎng)公司在芯片領(lǐng)域走得最遠(yuǎn)的公司。2015年Google就開(kāi)始在其數(shù)據(jù)中心中部署自己設(shè)計(jì)的深度學(xué)習(xí)加速芯片TPU負(fù)責(zé)推理，在去年則是推出了第二代TPU可以兼顧深度學(xué)習(xí)推理和訓(xùn)練，并且還在手機(jī)Pixel 2中也部署了自己設(shè)計(jì)的IPU用以加速圖像處理相關(guān)應(yīng)用。此外，Google還把處理器架構(gòu)領(lǐng)域的兩大宗師David Patterson和John Hennessy招入麾下，未來(lái)可望在芯片領(lǐng)域有更多產(chǎn)出。

微軟也不甘落后，2014年在ISSCC上發(fā)表了自己設(shè)計(jì)的使用在Xbox Kinect 2中的ToF傳感器芯片，之后在2016年又發(fā)布了自己設(shè)計(jì)的用在HoloLens中的HPU協(xié)處理器芯片，而在近日更是發(fā)布了Azure Sphere 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，其中包含了使用在MCU芯片中的Microsoft Pluton安全模塊以保證物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全。第一款A(yù)zure Sphere芯片將會(huì)是聯(lián)發(fā)科和微軟合作推出的MT3620，其中就包含了Microsoft Pluton。

除了Google和微軟外，F(xiàn)acebook也開(kāi)始在芯片領(lǐng)域有所動(dòng)作，在網(wǎng)站上貼出了ASIC和FPGA設(shè)計(jì)的相關(guān)職位招聘啟事。Facebook AI研究負(fù)責(zé)人Yann LeCun也在twitter上跟帖表示這將會(huì)是一個(gè)和深度學(xué)習(xí)相關(guān)的芯片設(shè)計(jì)崗位，據(jù)業(yè)界預(yù)測(cè)Facebook正在招募工程師開(kāi)發(fā)和TPU類似的芯片以加速服務(wù)器端深度學(xué)習(xí)應(yīng)用。

Yann LeCun對(duì)于Facebook招募ASIC工程師的tweet

在中國(guó)，互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里先是宣布開(kāi)始研發(fā)人工智能加速芯片Ali-NPU，其性能將是目前市面上主流CPU、GPU架構(gòu)AI芯片的10倍，而制造成本和功耗僅為一半，可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)GPU高40倍以上的性價(jià)比。之后，阿里高調(diào)宣布全資收購(gòu)中天微系統(tǒng)，而該系統(tǒng)目前擁有中國(guó)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的指令集，阿里此舉據(jù)信是為了加強(qiáng)自己在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的布局。

啟示一：摩爾定律的盡頭是異構(gòu)計(jì)算時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)巨頭要自己定制芯片

互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛布局芯片，意味著原有的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)局面正在發(fā)生重大改變。最初，半導(dǎo)體行業(yè)作為高科技行業(yè)，其發(fā)展遵循摩爾定律的方式，每18個(gè)月工藝特征尺寸縮小，隨著工藝制程的進(jìn)化，同樣的芯片的制造成本會(huì)更低，因?yàn)閱挝幻娣e晶體管數(shù)量提升導(dǎo)致相同的芯片所需要的面積縮小，另外芯片性能會(huì)隨著工藝特征尺寸縮小而上升，于是半導(dǎo)體行業(yè)走在摩爾定律指導(dǎo)下的周期性性能提升成本降低的高速發(fā)展模式。由于其高技術(shù)高附加值的特點(diǎn)，芯片的毛利率很高，因此芯片設(shè)計(jì)公司可以通過(guò)把芯片出售給下游企業(yè)，就能活得很滋潤(rùn)。

在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的黃金年代，“芯片設(shè)計(jì)”這四個(gè)字就意味著高技術(shù)和高利潤(rùn)率，芯片的原材料是砂子，卻能賣出幾十甚至上百美金的單價(jià)，因此成功的芯片一旦量產(chǎn)就像是開(kāi)動(dòng)了印鈔機(jī)一樣。為了增加出貨量改善設(shè)計(jì)復(fù)用性，半導(dǎo)體公司往往青睞通用平臺(tái)式芯片，例如Intel的處理器以及Qualcomm的SoC。

然而，隨著摩爾定律越來(lái)越接近物理極限，再繼續(xù)縮小特征尺寸需要的資本量越來(lái)越大，換句話說(shuō)隨著特征尺寸縮小，芯片的成本上升很快。芯片的成本包括NRE成本（Non-Recurring Engineering，指芯片設(shè)計(jì)和掩膜制作成本，對(duì)于一塊芯片而言這些成本是一次性的）和制造成本（即每塊芯片制造的成本）。在先進(jìn)工藝制程，由于工藝的復(fù)雜性，NRE成本非常高。例如FinFET工藝往往需要使用double patterning技術(shù)，而且金屬層數(shù)可達(dá)15層之多，導(dǎo)致掩膜制作非常昂貴。

另外，復(fù)雜工藝的設(shè)計(jì)規(guī)則也非常復(fù)雜，工程師需要許多時(shí)間去學(xué)習(xí)，這也增加了NRE成本。對(duì)于由先進(jìn)制程制造的芯片，每塊芯片的毛利率較使用落后制程制造的芯片要高，但是高昂的NRE成本意味著由先進(jìn)制程制作的芯片需要更多的銷量才能實(shí)現(xiàn)真正盈利。

隨著摩爾定律遇到瓶頸，靠工藝制程提升來(lái)增進(jìn)性能的成本實(shí)在太高，因此需要更多根據(jù)應(yīng)用做專用設(shè)計(jì)，靠架構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步提升性能，這也是“異構(gòu)計(jì)算”的思路。在過(guò)去，半導(dǎo)體公司通常傾向于推出平臺(tái)式的產(chǎn)品，例如Intel的CPU，Qualcomm的Snapdragon等等，但是這樣的通用平臺(tái)在今天已經(jīng)無(wú)法滿足移動(dòng)設(shè)備對(duì)于性能和能效比的需求，尤其是在AR／VR、終端人工智能等新興應(yīng)用中。

就在同時(shí)，我們看到了Facebook、Google、阿里等互聯(lián)網(wǎng)巨頭向硬件領(lǐng)域的進(jìn)軍。事實(shí)上，這也是互聯(lián)網(wǎng)公司生態(tài)化發(fā)展到今天的必然：互聯(lián)網(wǎng)公司之前一直在搭建生態(tài)搶奪流量入口，讓用戶可以更方便地使用自己的服務(wù)；這個(gè)入口過(guò)去是從PC，手機(jī)，到了今天PC、手機(jī)等傳統(tǒng)入口已經(jīng)沒(méi)法滿足高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)巨頭的胃口，因此巨頭們都想到了搭建自己的硬件平臺(tái)作為自己服務(wù)的入口。這樣的硬件可以是AR／VR設(shè)備（如微軟的HoloLens，F(xiàn)acebook的Oculus），可以是新型消費(fèi)電子設(shè)備（如Google的Clip自動(dòng)攝像機(jī)），也可以是進(jìn)入智能制造和智能家庭的IoT終端節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)巨頭開(kāi)始進(jìn)入硬件市場(chǎng)時(shí)，會(huì)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。首先，互聯(lián)網(wǎng)巨頭追求硬件能實(shí)現(xiàn)極致化的性能以實(shí)現(xiàn)差異化用戶體驗(yàn)用來(lái)吸引用戶。如前所述，目前摩爾定律遇到瓶頸，想要追求極致體驗(yàn)需要的是走異構(gòu)計(jì)算自己定制化芯片的路子，光靠采購(gòu)傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商的芯片已經(jīng)沒(méi)法滿足互聯(lián)網(wǎng)巨頭對(duì)于硬件的需求，至少在核心芯片部分是這樣。因此，F(xiàn)acebook、Google、阿里等互聯(lián)網(wǎng)巨頭都是異構(gòu)計(jì)算的積極擁護(hù)者，為了自己的硬件布局或計(jì)劃設(shè)計(jì)芯片，或已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)芯片。這么一來(lái)，原來(lái)是半導(dǎo)體公司下游客戶的互聯(lián)網(wǎng)公司現(xiàn)在不需需要從半導(dǎo)體公司采購(gòu)芯片了，這樣的產(chǎn)業(yè)分工變化會(huì)引起行業(yè)巨變。

其實(shí)這樣的上下游整合趨勢(shì)從很久以前就已經(jīng)在手機(jī)領(lǐng)域開(kāi)始，幾年前消費(fèi)電子巨頭蘋(píng)果和華為已經(jīng)開(kāi)始從采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)芯片到設(shè)計(jì)自己的SoC，前幾年小米也逐漸開(kāi)始做自己的SoC芯片，一旦Oppo，Vivo等手機(jī)巨頭都跟風(fēng)開(kāi)始自己做核心芯片，高通的就會(huì)承受很大壓力。而互聯(lián)網(wǎng)巨頭入局芯片，也可以理解為手機(jī)領(lǐng)域發(fā)生的故事也開(kāi)始發(fā)生到了其他硬件領(lǐng)域，將對(duì)于高通以及其他傳統(tǒng)半導(dǎo)體公司產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

其次，互聯(lián)網(wǎng)巨頭制造硬件的目的只是為了吸引用戶進(jìn)入自己的生態(tài)使用自己的服務(wù)，其最終盈利點(diǎn)并不在販賣硬件上而是在增值服務(wù)上。因此，互聯(lián)網(wǎng)巨頭在為了自己的硬件設(shè)計(jì)芯片時(shí)可以不計(jì)成本，基本不考慮cost-down。在傳統(tǒng)半導(dǎo)體公司的眼光中，一塊芯片成本是10美元還是8美元可以是天壤之別，但是在互聯(lián)網(wǎng)公司的看法里這樣的成本差別根本不是事，性能怎么好就怎么來(lái)。

從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，一旦自己設(shè)計(jì)核心芯片的互聯(lián)網(wǎng)公司進(jìn)入同一個(gè)領(lǐng)域，那些靠采購(gòu)半導(dǎo)體公司標(biāo)準(zhǔn)芯片搭硬件系統(tǒng)的公司的就完全沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力了，無(wú)論是從售價(jià)還是性能，擁有自己核心芯片的互聯(lián)網(wǎng)巨頭都能實(shí)施降維打擊。一旦這些硬件公司失去競(jìng)爭(zhēng)力，那么依賴于這些客戶的半導(dǎo)體公司的生存空間又會(huì)進(jìn)一步被壓縮。

總而言之，互聯(lián)網(wǎng)巨頭進(jìn)入芯片領(lǐng)域，首先處于性能考慮不再?gòu)陌雽?dǎo)體公司采購(gòu)核心芯片，這沖擊了傳統(tǒng)行業(yè)分工，使傳統(tǒng)芯片公司失去了一類大客戶；另一方面互聯(lián)網(wǎng)巨頭的生態(tài)式打法可以讓自研硬件芯片不考慮成本，這又沖擊了那些從半導(dǎo)體公司采購(gòu)芯片的傳統(tǒng)硬件公司，從而進(jìn)一步壓縮了半導(dǎo)體公司的市場(chǎng)。在這兩個(gè)作用下，半導(dǎo)體芯片公司的傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)模式必須發(fā)生改變才能追上新的潮流。

啟示二：半導(dǎo)體行業(yè)分工洗牌，三種道路應(yīng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)野蠻人入侵

目前，半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的分工，大概可以分為定義、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)定案、制造等幾個(gè)環(huán)節(jié)。定義是指芯片頂層架構(gòu)和指標(biāo)的定義；設(shè)計(jì)是指具體的電路設(shè)計(jì)，包括數(shù)字RTL設(shè)計(jì)、模擬／混合信號(hào)電路設(shè)計(jì)等等；設(shè)計(jì)定案是指芯片設(shè)計(jì)最終確定并進(jìn)入Fab決定開(kāi)始制造光刻掩膜，意味著需要花費(fèi)一筆掩膜開(kāi)銷；制造則是在Fab最終根據(jù)掩膜把芯片制造出來(lái)。

今天的半導(dǎo)體行業(yè)的分工，最為大家熟知的是Fabless模式，即芯片設(shè)計(jì)公司負(fù)責(zé)定義、設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)定案，而制造則是在提供代工的Fab完成；三星、Intel等半導(dǎo)體巨頭也會(huì)走包含從定義到制造所有環(huán)節(jié)的IDM模式；此外不少公司是混合Fabless和IDM，即有的產(chǎn)品走Fabless模式，而有的產(chǎn)品走IDM模式，例如Broadcom在CMOS芯片產(chǎn)品線走的是Fabless，而在射頻前端模組產(chǎn)品線則是IDM模式有自己的Fab。在今天的半導(dǎo)體行業(yè)分工中，設(shè)計(jì)服務(wù)公司提供模塊設(shè)計(jì)IP以及協(xié)助一些公司做設(shè)計(jì)，主要起的是輔助作用。

在互聯(lián)網(wǎng)巨頭入局半導(dǎo)體行業(yè)后，又出現(xiàn)了一種新的模式，即互聯(lián)網(wǎng)公司負(fù)責(zé)定義芯片、完成小部分設(shè)計(jì)、并花錢完成設(shè)計(jì)定案流片（互聯(lián)網(wǎng)公司不差錢?。O(shè)計(jì)服務(wù)公司負(fù)責(zé)大部分設(shè)計(jì)，而代工廠負(fù)責(zé)芯片制造。這種新模式可以稱為Designless-Fabless模式。歷史上，半導(dǎo)體公司從傳統(tǒng)的IDM走到Fabless模式，主要是因?yàn)镕ab開(kāi)銷過(guò)高，成為了半導(dǎo)體公司發(fā)展的包袱，而代工廠則提供了一個(gè)非常靈活的選項(xiàng)。

今天，互聯(lián)網(wǎng)公司入局半導(dǎo)體后走Designless-Fabless模式，把大量設(shè)計(jì)外包，則主要是因?yàn)闀r(shí)間成本?；ヂ?lián)網(wǎng)巨頭做芯片，追求的除了極致性能之外，還有快速的上市時(shí)間。對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，錯(cuò)過(guò)了圣誕節(jié)／雙十一檔期將會(huì)是災(zāi)難性的。如果要像傳統(tǒng)半導(dǎo)體公司一樣，需要從頭開(kāi)始培養(yǎng)自己的前端+后端設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，從頭開(kāi)始積累模塊IP，恐怕第一塊芯片上市要到數(shù)年之后。這樣的節(jié)奏，是跟不上互聯(lián)網(wǎng)公司的快速迭代節(jié)奏的。

那么如何實(shí)現(xiàn)高性能加快速上市呢？最佳方案就是這些巨頭自己招募芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)做芯片定義，用有豐富經(jīng)驗(yàn)的業(yè)界老兵來(lái)根據(jù)需求定制架構(gòu)以滿足性能需求，而具體的實(shí)現(xiàn)，包括物理版圖設(shè)計(jì)甚至前端電路設(shè)計(jì)都可以交給設(shè)計(jì)服務(wù)公司去做。半導(dǎo)體芯片的一個(gè)重要特點(diǎn)就是細(xì)節(jié)非常重要，ESD、散熱、IR Drop等一個(gè)小細(xì)節(jié)出錯(cuò)就可能導(dǎo)致芯片性能大打折扣無(wú)法達(dá)到需求。因此，如果把具體設(shè)計(jì)工作交給有豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)服務(wù)公司，就可以大大減少細(xì)節(jié)出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，從而減小芯片需要重新設(shè)計(jì)延誤上市時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)。

事實(shí)上，我們已經(jīng)在一些芯片中看到互聯(lián)網(wǎng)巨頭負(fù)責(zé)芯片架構(gòu)+設(shè)計(jì)服務(wù)公司提供IP／設(shè)計(jì)服務(wù)的模式了。一個(gè)例子就是微軟使用在HoloLens中的HPU，其中微軟設(shè)計(jì)了多核架構(gòu)以加速AR計(jì)算，而每個(gè)核則是使用了Cadence的Tensilica IP。

微軟的HPU，大量使用了Cadence的Tensilica IP

不差錢的互聯(lián)網(wǎng)公司以生態(tài)打法入局半導(dǎo)體行業(yè)，猶如野蠻人入侵，對(duì)于Fabless公司最頭疼的設(shè)計(jì)定案流片費(fèi)用人家互聯(lián)網(wǎng)公司不差錢基本不在乎，那么半導(dǎo)體公司如何應(yīng)對(duì)呢？應(yīng)該說(shuō)至少有三種方法，分別是轉(zhuǎn)型做設(shè)計(jì)服務(wù)公司、做全棧公司和做IDM公司。

聯(lián)發(fā)科作為把傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片公司的運(yùn)營(yíng)哲學(xué)發(fā)展到極致的公司在今天也開(kāi)始轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)服務(wù)業(yè)務(wù)，可以說(shuō)是設(shè)計(jì)服務(wù)的春天來(lái)臨了。

結(jié)語(yǔ)

隨著互聯(lián)網(wǎng)廠商紛紛入局半導(dǎo)體芯片，傳統(tǒng)半導(dǎo)體公司的商務(wù)模式將會(huì)遇到很大挑戰(zhàn)，需要有新的商務(wù)模式來(lái)迎合時(shí)代潮流。面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)公司Designless-Fabless模式的威脅，我們認(rèn)為半導(dǎo)體公司可以轉(zhuǎn)型做設(shè)計(jì)服務(wù)，可以做全棧公司從下游獲取更多利潤(rùn)，或者走IDM去做更高利潤(rùn)率的核心半導(dǎo)體元器件?；ヂ?lián)網(wǎng)公司入局對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)未來(lái)走向的影響，讓我們拭目以待。