挤牙膏大厂成为众矢之的?曾经的霸主为何陷入十面埋伏

分享到:

Intel (英特尔) 的 10nm 工艺迟迟无法投入大规模量产,各条产品线的演进都受到了极大阻碍,如今只能以各种过渡性产品撑场面,PC (个人计算机) 产品如此,服务器 (Server) 也是如此。Intel 的营运业务分成两大事业群 PC-Centric 及 Data-Centric,共有五个事业单位。2018 的营收份额:PC-Centric 包含个人计算机 (CCG,占营收 54.21%);Data-Centric 则有数据中心 (DCG,占营收 32.42%)、IOT 物联网 (IOTG,占营收4.88%)、存储器 (NSG,占营收 5.85%)、FPGA (PSG,占营收 2.64%)。其中 CCG 贡献了超过 80% 的利润,而数据中心的营收大幅成长,归功于今年 AI 及云计算市场的爆发性需求成长。

2016 年,Intel 数据中心部门销售额为 172 亿美元,营运利润高达 75 亿美元,Intel 对此十分自豪,并在广告上称:「98% 的云服务器都使用 Intel 的晶片」。

虽然,目前 Intel 在 PC 和服务器 (Server ) 芯片两大市场依然占据着超过 80% 的市场份额,但是全球 PC 出货量已经从高峰时期的 3 亿 5000 万台下降到了 2 亿 6000 万台,留给 Intel 的已不是份额增长的空间。

自从 2016 年起,ARM (安谋)、Qualcomm (高通)、Google (谷歌) 与 Microsoft (微软) 合作,推进 Windows on ARM (WOA) 及 Chrome OS on ARM (COA) 的 PC 产业新生态链。在 Qualcomm 推出第一代骁龙 1000 (Snapdragon 1000) 全时互联计算机 (Always Connected PC,ACPC) 后,也宣告了手机与平板生产商们取得了加入 PC 市场竞争的入门票。细数 2018 年半导体产业的工艺进步与新玩家进入 PC 与服务器的芯片生产 : 如 AMD (超微)、Apple (苹果)、Google、Amazon (亚马逊)、Qualcomm、Microsoft 等大厂蛰伏伺机出击 CPU 市场。昔日的 PC 芯片霸王,在大厂们的十面埋伏下,是否将面临乌江之择呢 ?

一、AMD 来势汹汹,欲抢下 40% 的 x86 处理器市场份额

当前 x86 架构处理器 (CPU) 市场,就只剩下 AMD、Intel 两家公司了。在 PC 处理器市场,Intel 始终是占着龙头地位,并压着 AMD 猛打。不过从 2017 年 AMD 推出 Zen 架构处理器之后,其性能与相容性大获改善,让 AMD 开始一连串对 Intel 的反击。主要是在中高阶台式计算机及服务器的市场上开始攻城掠地。

AMD 的 Ryzen 处理器在美国上市之后,市场份额一路上升,已占有美国 PC 处理器市场超过四成的份额,这是自 2007 年以来最好的成绩。虽然在美国市场之外,AMD 尚未取得如美国市场那样的突破性的进展,但是外界普遍认为随着 Zen2 架构处理器的推出,AMD 在美国以外的市场也将取得突破。据 AMD 内部预估,在 2018 年能获得全球大约 20% 的台式计算机市占率,笔记本处理器则会有 18% 左右的市占率。根据预测,未来几年内 AMD 的处理器市占率将翻倍,这样一来就是 40% 左右的 x86 处理器市场的市占率了。20% 的市场份额差不多是 AMD 过往的正常水准,主要是没有成功掠夺到足够的 Intel 笔电的市场份额。

但这也很合理,PC 市场 (包含笔电及台式业务) 受到智能手机的影响,已经连续衰退好几年了,未来还有 ARM 架构处理器进逼,x86 PC 市场的盛况很可能不再,AMD 清楚自身优势还不足以翻盘的情况下,将资源投入在数据中心业务是较为合理的选择。

AMD EPYC 服务器 CPU 经过一年多市场的检验,已获得许多云端服务商的青睐,包括 Amazon、微软、百度、阿里巴巴、腾讯等,而尽管 AMD 并非这些系统厂的主力供应商,累积下来的出货量也占了整个服务器芯片业务的 70%,价值累积数十亿美元。此外,还有多达数十家 OEM/ODM、系统整合商与小型云端服务商决定采用 AMD EPYC 的服务器,让 AMD 重回服务器市场,并打下了良好的根基。

去年 11 月间,在 AMD 自家发布会上,首度公开展示下一代 EPYC ROME 服务器 CPU 原型,此款 CPU 不只采用全新 Zen 2 新运算架构,更是第一款晋升 7nm 工艺的服务器 CPU。且拥有 64 核心,128 线程,还能支援更大容量的内存及更高速的 I/O,不只运算效能翻倍,且比 EPYC CPU 提高多达 4 倍浮点运算效能,可以用来处理更高度复杂运算任务。未来将锁定企业单路、主流 2 路服务器市场,预计今年推出上市。

数据中心最重要的是讲求稳定性,且转移成本高,初期购置价格反倒是其次,因此,许多大型公司仍会选择 Intel 已经成熟的资料中心产品,而不敢躁进采用 AMD 新推出的 Epyc 解决方案。但 Intel 前 CEO - Brian Krzanich 曾公开表示,AMD 还是可能会在服务器市场上抢走 15-20% 的市占。

加上近期 Intel 10nm 工艺技术的延期,在 2019 年仍将以 14nm 工艺为主力,相对 AMD 将在 2019 年使用 7nm 工艺,这让 AMD 取得十足的优势。即便 Intel 指出自家 14nm 工艺依然比其他对手更好,但先进制程难产,良率不佳,证明其技术可能受阻,无法突破。至于 Intel 10nm 工艺,要等到 2019 年底的 PC 处理器 Ice Lake 才会登场,这意味着 Intel 现行的 14nm 工艺还要再撑至少一年,借此缓冲 10nm 工艺开发不力的挑战。比技术、比产品核心数和对手降价抢市的压力,Intel 都面临严峻的挑战。

二、Amazon 走上「云芯一体化」与「多芯比价化」之路

全球最大的在线零售商和最大的云计算公司 Amazon,于 2018 年 11 月 Amazon Web Service (AWS) 全球网路会议中发表,能够提供全球数据中心内的数百万台服务器所使用的服务器 CPU 芯片 2.3GHz 64-bit Graviton 及 AI 芯片 Inferentia 。其实 Amazon 一直在部署芯片战略 , 早在 2015 年,以 3.5 亿美元的价格收购了芯片制造商 Annapurna Labs,并曾在其内部开发 " Alpine " 系列双核和四核的 ARM 芯片,为其服务器机群 "造芯"。AWS 服务器机队中,除了独占的 Intel Xeon 和刚引入 AMD Epyc 芯片外,加上自家的 Graviton 处理器的开发成功,这样一来,一方面能将降低对 Intel 服务器 CPU 需求的依赖,另一方面也是能增加价格的谈判筹码。

Amazon 全球基础设施和客户服务副总裁 Peter DeSantis 表示,使用 Graviton CPU 能让 AWS 虚拟机部分工作负载的价格降低 45%。虽然 Amazon 还无法自行构建所有的芯片,而仍然需要向 Intel 购买,但它已经有选择权,并且有与 Intel 讨价还价的能力。作为世界上最大的服务器处理器买家而言,决定采用自研芯片路线的决定,会对 Intel 产生重大影响。

Amazon 其实还有更大的野心:走上 "云芯一体化" 路线,尽可能掌控更多的核心技术。Amazon 在云计算上虽然占有较大的优势,但是竞争压力也无可避免地扩增。随着AI训练对云计算的需求不断加大,Microsoft 与 Google 早已推出自家的 AI 芯片的情形下,Amazon 推出 AI 芯片 Inferentia 就是为云服务器升级 AI 能力。自研云端 AI 芯片,一方面可以避免对第三方厂商的依赖,另一方面由于其体量庞大,所以自研芯片可降低成本,赢得价格上的优势。

对于 Intel 来说,Amazon 进入 CPU 与 AI 芯片领域,意味着一个长期的大客户一夕之间变成强大的竞争对手。十年前,Intel 被智能手机和平板电脑市场所击败,重重受伤了一次。如今科技行业发生了前所未有的进步,Intel 当年的独门生意却步上被淘汰的危险之中。

三、NVIDIA 是 AI 与无人驾驶领域的领导者

NVIDIA 靠 DRIVE Constellation 与 DRIVE Pegasus 两大平台,正与 370 多家汽车 工 业 合作伙伴 (并非所有合作伙伴都将使用 DRIVE Constellation) 合作,显而易见的,NVIDIA 正独霸自动驾驶市场。DRIVE Pegasus 平台将支持 4 级和 5 级无人驾驶能力。事实上,它现在的无人驾驶和 " 移动即服务 " 平台已经非常接近现实。戴姆勒和博世 (Bosch) 也都选择在 DRIVE Pegasus 这个平台上,建立他们的无人驾驶出租车服务。

NVIDIA 在服务器芯片市场的扩张是依托 GPU 在 AI 领域所拥有的领先优势而取得的,当下 AI 是各方的重点,而全球的 AI 神经训练网络大多是基于 NVIDIA 的 GPU 所搭建的。NVIDIA 在 2018 年公布的图灵 GPU 架构,对数据中心、AI 云计算、游戏和汽车业务都显示令人印象深刻的吸引力。

据国外媒体报道,NVIDIA 正在开发代号为 Project Denver 的 PC 和服务器处理器内核,Denver 将采用 ARM 架构,其内核将集该公司图形处理器的并行处理能力,以及 ARM 的低能耗特性于一体,让产品未来也可用于移动设备。NVIDIA 的 Tesla 业务部门首席技术官 Steve Scott 说,Denve 内核未来将用于 Tegra 芯片,将对服务器版芯片进行特殊优化。采用 ARM 架构的 CPU 与 GPU 相结合,且利用处理器和图形芯片的并行处理能力,进行复杂的计算,能够提高服务器运行的速度,并降低能耗和运算成本。ARM 处理器进军服务器市场的一大障碍是软件兼容性,因为大多数数据中心的软件都面向 x86 服务器。

四、Apple (苹果) 操之在己的自用芯片与操作系统

Apple 拥有 Mac OS 与 iOS 的两大操作系统平台与完整的产品生态链,近年来更积极朝自制芯片努力,成果包含处理器、绘图芯片等,各项用在行动装置里的芯片,例如 :  iPhone 和 iPad 中的 A 系列 CPU 芯片,MacBook Pro 的 T1 与 iMac Pro 中的 T2 加密芯片、AirPods 中的 W1、Apple Watch 中的 S 系列芯片和 W2 芯片、电源管理 IC 和自行研发 iOS 设备专用的 GPU 芯片。唯一美中不足的是,其笔电与桌电仍采用 Intel CPU。
Anandtech 近期对 iPhone Xs/Xs Max 进行全面基准测试,研究了 A12 Bionic 与其他处理器的比较,Apple 的处理器在更省电的情况下效能领先 2 倍,甚至在同一耗电状况下,效能可以领先 3 倍。Anandtech 形容 A12 晶片效能提升结果远超过 Apple 的宣传,其跑分测试效能接近桌上型 CPU。

Apple 于去年即传出计划最快 2020 年开始,在 Mac PC 上采用自家芯片,取代 Intel 的处理器。这项计画被 Apple 称为「Kalamata」,仍在初期阶段,若现在连 Mac 都转用自家设计的芯片,将让 Apple 在产品发布上掌握更大的自主权,不必再等 Intel 发布新处理器。Intel 芯片是 Apple 少数在自家产品上,采用由其他企业设计的芯片之一。

考虑到 Apple 与 Qualcomm 双方旷日持久的高额专利费诉讼,2018 年新款 iPhone 将全面停止使用 Qualcomm 基带芯片。不过,Apple 在发动这场诉讼之前一年,就开始准备摆脱对 Qualcomm 的依赖。从 2016 年 iPhone7 开始,Apple 就引入了 Intel 的基带芯片。此后在 iPhone 7S 系列、iPhone 8 系列、iPhone X 系列一直加强与 Intel 的合作。Apple 的选择将改变 Intel 5G 基带芯片的命运,也可能延续了 Mac CPU 继 续采购的命运。但最理想的状态是 Apple 自己亲手解决基带的问题,那就是自建生产线,将关键零部件收回到自己手中,这是风险最低的做法。

然而,2018 年底福建省福州中级人民法院授予了诉中临时禁令,要求 Apple 立即停止针对 Qualcomm 两项专利、包括在中国进口、销售和许诺销售未经授权的产品的侵权行为,可以预见,这一变化将影响 5G 时代基带芯片的格局。

五、ARM 5nm 笔电芯片架构强势逆袭,Windows 及 Chrome OS 叛逃

手机和平板用的芯片一般都是用 ARM 架构的 RISC (Reduced Instruction Set Computing,精简指令集) CPU,而一般台式或笔电用的是 Intel 和 AMD x86 架构的 CISC (Complex Instruction Set Computing,复杂指令集) CPU。RISC CPU 的特点是指令相对简单。完成一个运算功能需要多个指令,但有一些功能编程不容易实现,所以必须使用真实电路控制。其好处是省电,发热小,成本低等。相反的,CISC CPU 的特点是可以用较少的指令就可完成一个运算功能,大部分的功能通过编程后都能实现,但电路架构则较为复杂。

这两种 CPU 各有优缺点,但随着电路设计与半导体工艺的进化,ARM CPU 原本在浮点运算 (FP) 能力落后的情形,已获得明显改善,现在两者架构的 CPU 运算能力正逐步接近中。

日前,ARM 对外界公布了一份关于 CPU 的规划路线图,显示他们野心勃勃的要将原本手机市场的生态圈,带往笔电的市场去,且计划将在 2020 年实现对 Intel 笔电芯片技术的赶超。

ARM 预计于 2019 年推出基于 7nm 工艺代号为 Deimos 的处理器架构,并在 2020 年正式发布 5nm 工艺代号为 Hercules 的处理器架构。Deimos 及 Hercules 都是基于 Cortex-A76 核心架构的精进版,号称计算性能上,每一代都可以提升超过 15%。Cortex-A76,可搭配 10nm、7nm 工艺、在机器学习性能上能比前一代提升 4 倍。其架构的芯片在单线程性能上面,已经可以与 Intel Core i5-7300U 相媲美,而且功耗仅为 5 瓦,远低于 Intel 的 15 瓦,能大大延长电池续航时间。由于功耗的降低,笔电也会像手机一样可以持续长时间移动办公,加上未来在 5G 全时连网的网络环境下,笔电和手机会连结的更紧密。

自从 20 世纪末,Microsoft 的 Windows 成为主流的计算机作业系统以来,全球 PC 市场都搭载了 Windows 运行,占有全球个人电脑市占率的八成以上。智能手机和平板的主要作业系统主要有两种,分别为 Google 的 Android 和 Apple 的 iOS,其中 Android 就占了 88%。如果说,Microsoft 与 ARM (Windows On ARM , WOA) 的合作是希望由 PC 作业系统的霸主,重新进军移动设备市场;那么 Google 与 ARM ( Chrome OS on ARM , COA ) 的合作恰恰相反,希望由移动设备的作业系统掠夺 PC 市场。

Microsoft 和 Google 各自觊觎对方的市场已久。去年底微软采用基于 ARM 架构的 Snapdragon 835 处理器推出了多款 Windows 系统笔电,虽然性能上还有欠缺,但是在与手机的连接性以及功耗方面的表现都是让人满意的。不仅如此,ARM 在 2018 年年底推出的 Google 全新 Chromebook (Chrome OS on ARM , COA),也会采用 Snapdragon 845 处理器。

虽然 Chrome OS 只占有 0.5 % PC 市场份额,约 130 万台 PC,对 Google 的营收来说虽然只是零头数字,但 Chrome OS 在美国「K-12市场」,也就是从幼儿园到高中的学生教育市场,其教育单位所购买的电脑硬体,有将近 60% 都是搭载 Chrome OS。而 Windows 在 2017 年底,才只占有 22%。虽然在全球的教育市场,Chrome OS 只占有 2%,但美国市场一向引领全球,这股趋势迟早会蔓延到国际上。

在 2017 年,Google 先是取消了搭载 Android 的平板,并且改为发布搭载了Chrome OS 的个人平板,这等于是告诉大家,Google 选择让 Chrome OS 成为平板和 PC 的未来方向,主要是因为 Chrome OS 本质上是支援 Intel x86 处理器的操作系统,而且 Chrome App 是 Windows 上最大的 App。另一原因则是,Windows 最受欢迎的那些 App 只能在 Chrome 上运行,但却不能在 Android 上运行。

考虑到 Google 只需透过内建模拟器 (Emulation) 的处理方式,就可以让大多数 Android 上的 App 在 Chrome OS 上运行。如此一来,Chrome 反倒成为 Windows on ARM 的连结关键,从真正的实用角度看,应该是 Chrome App for Windows On ARM (CAWOA) 。

Google 建立起 Windows、Android 与 Chrome OS 三大操作系统的统合平台,未来的某一天,88% 消费性个人智能装备,不论是移动或台式机,都得靠 Google 来驱动,他可能才是真正的大赢家。

现在 ARM 发布 CPU 路线图之后, CAWOA PC 在性能方面也会有很大的提升与竞争力,而这一切对拥有自主笔电与手机品牌的微软与 Google 而言,只是一个开始。对所有的手机品牌业者而言,也开创了一片新的天地。

六、Qualcomm 将手机芯片成功应用于 PC

WACOA 平台的重要推手 Qualcomm 的目光不只放在移动芯片市场而已,他进军 PC 芯片市场的想法从未减少过。Qualcomm 早前公布的 Snapdragon (骁龙) 1000 芯片,相较于 x86 处理器的效能仍有较大的差距。近期以来,ARM 推出以 ARMv8.2-A 微架构设计的 Cortex-A76,是一款 64 位元的运算核心,大幅提升了整数与浮点运算的速度。

2018年 12 月初,Qualcomm 宣布推出八核全新处理器 Snapdragon 8cx,适用于 Windows笔电、平板和 All in one 机型。从硬件的角度来看,它配置了 Qualcomm 迄今为止设计的最强大的 7nm CPU 和 GPU,使用新的 Adreno 680 Extreme GPU,速度是 Snapdragon 850 处理器的两倍,能源效率提高了 60%,还可以同时支援两个 4K HDR 外部显示器 (以前只能支持一个)。

在 CPU方面,Qualcomm 宣称其 Snapdragon 8cx 的性能,可以与大多数轻薄笔电上的 Intel 15 瓦 U 系列处理器相媲美,且其芯片的能源消耗仅是 Intel 的一半。对于 "全时连网计算机" (Always Connected PC , ACPC) 而言,减低芯片功耗及提升能源续航力是相当重要的事。

CAWOA 芯片进军 PC 市场的真正拦路虎,是应用软件生态链尚未建立完整。而 Qualcomm、Microsoft 与 Google 更深度合作,为了改善第一代 Snapdragon 1000 在操作系统与应用软件上的短版,第二代 Snapdragon 8cx,不仅加入支持 DirectX 12 API,与更多应用服务平台连结,同时因为加入了支持 Windows 10 Enterprise,更大幅提升笔电处理器运算平台的效能表现,借此增加全时连网笔电 (ACPC) 的实际可用性。

进入 7nm 工艺时代后, CAWOA 芯片的性能进一步提高,且功耗降低,其条件非常适合轻薄的笔电产品。据业内消息人士称,Apple、华为、三星、联发科、紫光展鋭均有望在高通之后,进入 CAWOA 笔电新领域。

然而,与 Intel、NIVIDA 和 AMD 的游戏笔电芯片相比,Snapdragon 8cx 的性能并非最强。然而,Microsoft 与 Google 的游戏新实验,正在掀起ㄧ波游戏产业的商业模式革命新浪潮。Google 最近推出的「Project Stream」,企图颠覆电玩游戏的商业模式,让玩家们不用再购买昂贵的硬体配备,也可以透过网路和云计算,直接享受最新、最高画质的游戏。Project Stream 透过「边缘计算」的原理,将云计算移转到离玩家物理位置比较近的地点,以降低网路延迟。但即使如此,玩家的网路频宽也可能变动,或其他因素所影响。Project Stream 可以依据玩家当下的频宽,改变传递给玩家的游戏画质,以维持游戏进行的顺畅程度。

Microsoft 在 2018 年电子娱乐展也公布 Project xCloud,透过 xCloud,让玩家只要有网路,并且购买游戏,就可以在任何有网路连结的硬体上开始玩 Xbox 的游戏。未来的游戏软体商业模式将可在类似现在 Netflix 的订阅服务下,想玩游戏只需要定期支付一笔订阅费,就可以在任何有网路连结的硬件上享受游戏服务。

重点是 Qualcomm 不只是手机芯片的供应商,更是 5G 与边缘计算的主要推动者。 QAMG (Qualcomm、ARM、Microsoft、Google) 的紧密结合,成功应用在笔电的芯片设计上,除了符合 Qualcomm 的商业利益外,颠覆的不只是传统物联网 (IoT) 的概念,更意味着智能物联网 (AIoT) 未来的商业新模式 。

七、台积电正是「脱英绊英」的关键

台积电在 7nm 代工几乎拿下了所有国际大客户的订单,上面提到的 AMD、Amazon Graviton、iPhone A12 处理器、NVIDIA、Qualcomm 外,博通、Xilinx、华为等,也全是台积电的客户。使得代工厂排名第二和第三的格芯与联电因接不到高阶订单,只好相继暂停先进工艺开发的窘境。在 7nm 节点上,台积电已经占据了优势地位。不仅如此,台积电总裁魏哲家更宣布,2019 年第二季 5nm 将进入风险试产,2020 年将导入量产;而 3nm 工艺也已就位,就等厂房的环评通过,并计划在 2022 年底量产。使用 5nm 工艺生产的 ARM Cortex A72 芯片,在速度上比 7nm 提升了 14.7% - 17.1%,而且芯片面积进一步缩小 1.8 倍。

反观三星 10nm 工艺的代工订单,有很大部分是靠着三星自家的产品,其中包括手机、家电及消费性电子产品等需求所堆砌出来的。三星抓不到国际大客户的最大原因是难以取得客户的信任,因为三星过去的经营风格,一直以来都是为了取得关键技术而不择手段,与其合作的厂商几乎都曾面临自己的产品或技术被 "参考" 的经验,即便 是 Apple 也难以幸免。

2018 年 10 月中,三星宣布量产 7nm LPP 工艺,但 11 月中所推出的新一代旗舰型移动处理器 Exynos 9820,出乎市场意料的采用 10nm 加强版的 8nm LPP 工艺来生产。针对这样的结果,市场人士推测,如果不是三星 7nm 工艺的推出赶不及 Exynos 9820 的设计,那就是三星本身的 7nm 工艺还有许多的发展瓶颈需要克服,或者其号称量产的 7nm LPP 是一项没有产品的验证工艺 ?

在先进封装领域,台积电的脚步走的相当快速且前瞻,尽管 CoWoS 锁定量少质精的极高阶芯片,从 2.5D 技术延伸的 InFO (集成型晶圆级扇出封装),早已因为 Apple 的采用而声名大噪。台积电所提出的系统级集成芯片 (System-On-Integrated-Chips) 技术,将配合 WoW (Wafer-on-Wafer) 与 CoW (Chip-on-Wafer) 制程,替芯片业者提供更能够容许各种设计组合的服务,特别能够结合高带宽存储器 (HBM)。

其研发并推动植基于 2.5D/3D IC 封装制程延伸的新技术,更讲究「弹性」与「异质集成」,往系统级封装 (SiP) 概念靠拢。为进一步布局次世代先进封装,持续替摩尔定律延寿,台积电预估投资 100 亿美元盖先进封测厂,最快在 2020 完工。

以目前的趋势来看,先进的 IC 工艺无外乎支持 AI 机器学习、视觉计算、边缘计算。5G 应用带来爆量的数据传递,直接使云服务器需求看增,至 2023 年服务器 CPU 的复合年均成长率为 4.25%,智能城市的应用产值 2018 年为 370 亿美元,在嵌入式「服务器」驱动下,2025 年将增加至 880 亿美元。而 Intel 到 2019 年底都未必能够将 CPU 芯片工艺缩小至 10nm ,技术改进的间隔时间是有史以来最长的。但在同样的时间内,台积电的生产技术已经从 16nm 大幅缩小到 5nm。

这样的需求、挑战与机会,一再考验 IC 设计商与代工厂的技术精进与长期的合作默契,台积电俨然已经成为一众科网企业「脱英绊英」的关键,扳倒 Intel 这家 CPU 芯片巨人的最大威胁。

八、三星半导体将持续世界第一的荣光

如同 Intel 主宰 CPU 的世界,台积电主宰代工的市场,三星则号令着存储器、手机、电视与显示屏的天下。

产业研究机构 IC insights 发表 2018 年半导体业营收排名,三星半导体不仅被看好连续两年夺冠,且进一步拉大与 Intel 的差距。三星半导体营收预估达 832.58 亿美元,其中存储器营收预估 700 亿美元,占整体半导体营收比重达 84%。与此同时,Intel 预估 701.54 亿美元,两者营收差距从去年 7% 扩大至近 19%。Intel 营收成长主要来自数据中心,三星则持续倚重存储器。由于三星产品在 DRAM 和 NAND Flash 领域都处于全球领先的位置,最近两年手机容量升级、数据中心和人工智能等情况的兴起,也推动了存储器需求的增长。

三星半导体利用其先进的 IC 工艺为自家产品提供处理器与微控制器芯片,这其中包括手机、家电及消费性电子产品等。但三星似乎仍不满足,一直积极寻找与 GPU 有关的软硬件人才,最近聘请来 NVIDIA 老将 Chien-Ping Lu 担任 GPU 业务副总裁,负责领导 GPU 研发团队。其事业版图很快将延伸进绘图芯片 (GPU) 领域。从三星集团整体的战略来看,它是手机制造商、芯片设计商及晶圆代工厂商,加上原本在基频芯片、存储器与显示器上的优势,一旦未来应用处理器与绘图处理器也都可以自制的话,三星建立起完整的手机垂直集成体系。

作为全球除了 Apple 之外,唯二使用  ARM 架构,却又有独立设计 CPU 核心能力的厂商。三星 2018  年 11 月中发表的 Exynos 9820 SOC,采用自家 8nm LPP 工艺。CPU 部分,选择了 2+2+4 的三丛簇架构,有两颗自研的 Mongoose M4 超大核心 、 两颗 Cortex-A75 大核心 、 和 4 颗 A55 小核心,具体频率不详。GPU 部分,采用 ARM 的 Mali-G76,MP12,这使得更多单元可同时执行计算、通道数也提升。三星还宣称 9820 的单核提升了 20%,多核提升了 15%,能效提升了 40%。其独立的 NPU 设计,让 AI 性能比 Exynos 9810 提升了 7 倍。

Qualcomm 的 Snapdragon 5G 芯片愿意在三星的代工厂下单,部分原因是害怕三星手机产品全面采用自有的 Exynos 方案,毕竟三星是 Qualcomm 高端芯片方案的最大客户,如果双方合作不愉快的话,彼此掉单是很有可能的事情。这里想讲的是,Qualcomm 与三星之间的深层默契,不是外人所能完全得知的。因此三星若是比照 Qualcomm 7nm 的两个芯片方案 : Snapdragon 855 手机芯片,及 Snapdragon 8cx PC 芯片,虽然三星没有透漏未来采用 7nm LPP 工艺芯片的客户是谁,但我们 可以合理猜测这些芯片会先流向移动端和高性能计算应用 (HPC) 的产品,也就是说 7nm LPP 工艺将可能首先应用在其自家的笔电产品上 。

九、来自中国的 CPU 狼群

2018 年 10 月公布的全国高性能计算机 TOP 100 榜单,全部由国产品牌囊括。厂商份额方面,中科曙光、联想分别以 40 台超算系统入围并列第一,浪潮集团其后,"国产三强" 占据整个榜单份额的 92%。此外,此榜单最大的亮点是 3 个 E 级超算的原型机系统 — 神威E级原型机、"天河三号" E 级原型机、曙光 E 级原型机,均进入性能排行榜前十 (分列第四、第六和第九位)。根据历史数据拟合推算,E 级超级计算机将可能 "在 2019 年左右出现"。

高性能计算机从应用领域来看,"大数据/机器学习" 仍是当下超算的应用热点,在 TOP 100 的超算系统中,共有 27 台系统用于大数据分析与机器学习,用于科学计算的系统数量由去年占比仅 11.3% 上升至今年的 14%。

神威 E 级超算原型机,主要由硬件、软件和应用三大系统组成。其处理器、网络芯片组、存储和管理系统等核心器件全部是国产化。原型机的系统软件,由完全自主研发的神威睿思操作系统,及神威睿智编译器等构建。运算系统全部采用 "神威 26010+" 众核处理器,高速互连网络系统全部采用申威网络交换芯片、申威消息处理芯片,这些关键部件均具备完全自主知识产权。存储和管理系统由申威多核处理器构建,实现对该领域产品的国产化替代。

超算天河三号原型机的 CPU 可能将采用飞腾系列 FT-2000 或其后继产品作为主控 CPU。在 2012 年前后,飞腾选择了ARM 阵营,可以基于 ARM 64 指令集设计自己的 CPU,并在数年时间内先后开发出 FTC66、FTC661 两款 CPU 核,以及 FT-1500A/4、FT-1500A/ 16、FT-2000、FT-2000 plus 等 CPU。虽然在单核性能上和 Intel 还存在一定的差距,但在多核性能上,已经达到 Intel 服务器 CPU E5 主流产品的水平。

除了高性能计算机众核架构的 CPU 外,兆芯、申威、龙芯、飞腾、华为、海光、宏芯等 PC 和服务器企业,具备 x86 与 ARM 架构的授权或拥有自主知识产权的国产 CPU 芯片。可惜的是,PC CPU 长期在 WIntel (Windows + Intel) 的产业生态链垄断下,与技术工艺的落后,国产 CPU 厂商苦无一展身手的机会。反观智能手机已成为中国乃至全球消费者的第一智能终端,华为海思与紫光展锐的手机 CPU 总产量已拥有世界上数一数二的地位。中国本身就是 PC 的生产大国,"缺芯" 之痛已在此次贸易战中首当其冲地暴露无遗, CAWOA 的出现正是对 WIntel 产业链破坏式创新的一次大好时机,也是见证中国 CPU 狼群反扑的重要节点。

这几年来半导体产业积极布局与投资在 5G 通讯、人工智能与物联网的硬件、韧件与软件的应用产品开发与布建。期望藉由全球 5G 通讯大规模启用后,能快速提升国产半导体芯片的产品多元性、技术性、高值性与进口替代。中国是笔电及智能终端产业全球制造的王国,从手机、PC 到超算等计算机应用的 CPU 设计、智财权与制造,芯片国产化的能力与程度已大幅提升。

QAMG (Qualcomm 、 ARM 、 Microsoft 、 Google) 致力于 CAWOA PC 的市场导入初期,而高阶的游戏 PC 有可能因为 5G、边缘计算与新商业模式的发展,降低对 CPU 芯片的规格要求。其中 Windows、Chrome OS 与 Android 三大操作系统,是一道短期内跨不过去的坎。而 ARM 的智财授权,牵扯到 RISC (精简指令集) 架构的根基,虽然 RISC-V 联盟已日益壮大,短期内要摆脱 ARM 授权这第二道坎,也不是容易的事。毕竟操作系统与 RISC 架构有着几十年的积累,加上芯片生态系统的庞大及复杂性,与其摆脱旧框架,重新建立新的生态联盟,不如借力使力,加速去短板,也许是比较务实的作法。

十、偏离摩尔信仰的定律创始者

前面九个埋伏说的是 CPU 霸王 Intel 的外部危机,其中 Amazon、Google、Microsoft、阿里巴巴等云服务企业,走上「云芯一体化」与「多芯比价化」的道路,让 Intel 服务器芯片的独霸地位松动。由 QAMG 推动的 CAWOA PC 生态链,更是直接挑动 Intel 的营收获利的核心,而贸易战开打让 Intel 失去中国 CPU 市场的事实,开始倒数计时。然而,埋

伏在 Intel 内部的核心战略收缩才是不可忽视的潜在危机。

Intel 创办人之一 的 Gordon Moore 在五十年前提出的摩尔定律,是硅基半导体产业创新与发展的基础之一。几十年来,半导体行业一直遵循着摩尔技术微缩定律、产品升级降价、以及建立经济门槛的节奏,一步一步地往前蓬勃发展。Intel、三星与台积电是最忠实的摩尔定律护法使者,时至今日 5nm 工艺也将在不久与世人相见。

半导体的技术微缩并不是一代接着一代,每两年增加一倍的晶体管,而是「六代同堂」同步研发的大军团综和作战方式前进的。理论与基础研究一代、极限工艺探索一代、极限晶体管元件探索一代、预研次世代、试产代及量产代,半导体厂商若已知落后其他同业的技术,就会马上调整资源,跳代转进次世代技术,加速跟上微缩赛道。技术落后一代,所代表的是 20 年的追赶,除非像这次 Intel 在 14nm 弯道打滑出轨,才会让台积电及三星有了超车的机会。

更让人纳闷的是,Intel 宣称 10nm 将在 2019 年底 Ice Lake 才会登场,而不是宣告 5nm 的时程 ? 在 5nm 或 7nm 的半导体材料、装备与工艺技术没有障碍的情况下,Intel 却 丧失跳代追赶的能力,这只能猜测其内部制度与人才断层已出现危机,且无法及时补救。失去了对摩尔微缩的信仰后,其投资扩厂的脚步也出现了犹豫,Intel 第一次成为技术追赶者的角色,市场战略的收缩也就在预期之中。

Intel 运营的五个事业单位中,IoT、存储器与 FPGA 都远远落后在 Qualcomm、三星与 NVIDIA 等强敌的竞争之后。根据 Gartner 市调数据,六年来 PC 市场首次出现成长,由于受到企业升级到 Windows 10 的商业市场成长需求,2018 年的 CPU 短缺将持续到 2019 年。但 Intel 优先考虑的是提高单价,供应企业用高端 PC 的 CPU,以及企业用服务器的 CPU。

与此同时,一般消费者使用智能手机进行更多日常工作,例如社交媒体、行程安排、银行帐号管理和购物,因而减少了对 PC 的需求而呈现负成长。此时 AMD 取代  Intel 无法提供一般中低端消费用 CPU 的市场份额。这些改变表示 Intel 的商业模式已由原先的 B2B & 2C (Business to Business and to Consumer) 转换到专注高获利且稳定营收的 B2B (Business to Business) 模式。其 87% 的营收来自 PC 与服务器的 CPU 将受到影响,这是战略上的退缩,守成有余,攻击不足,其影响在市场换机潮过后,将出现营收上的大幅衰退 。

当然,在 Intel 营收与获利双双创下历史新高的时点,却唱衰其未来的展望。若不是无的放矢,便是捕风捉影、哗众取宠的天方夜谭。走过半个世纪的 Intel 半导体帝国,曾遇过各种的风雨,及无数的征战与淬链,相信它绝对不会是个省油的灯。

2019 国际消费电子展 (CES 2019), Intel 透露了自家的 AI 处理器 Nervana、10nm  服务器处理器、10nm 5G SoC 系统级芯片、下一代 Cascade Lake 至强处理器等等一系列计划。

在展会期间的主题演讲中提到了,大量面向下一代计算的新技术,包括 10nm 基于 "Sunny Cove" 微架构 PC 处理器平台 "Ice Lake"、下一代超轻薄 PC "Project Athena"、全新混合 CPU 架构和 3D 封装技术的平台 "Lakefield" 等等。Intel 宣称,Project Athena 将是一种新型高级笔电,使用 "Ice Lake" 处理器、超长 25 小时续航时间,并将充分利用 5G、人工智能等新一代技术,而且 这一次不仅有 Windows 平台,还纳入了 Chrome 系统 ,预计在 2019 年圣诞季前夕推出一系列的新设备。

反攻的号角已然吹响,让我们拭目以待 Intel 如何扭转乾坤,衝破十面埋伏! 

继续阅读
美国芯片制造商为减少损失已开始游说美政府放宽对华为的禁令

集微网消息,据路透社报道,华为的美国芯片供应商,包括高通和英特尔,正悄悄向美国政府施压,要求放宽对华为的禁令。

MIPS或RISC-V:恐难担当华为的未来

MIPS阵营最近的大新闻,是从2018年12月开始,这个架构被其新的拥有者Wave Computing公司宣布开源。该公司在“开放MIPS(MIPS Open)”计划中表示,他们会开放对32位和64位设计最新版本的网络访问,而用户无需像使用ARM或者X86那样,给该公司任何许可或特许使用费。

比现有AI算法更快更准确?麻省再推新算法加速AI优化设计

今年5月,麻省理工学院的一个研究团队将展示一种名为“神经架构搜索”( “neural architecture search” )的算法,该算法可以使被AI优化过的AI设计过程加速240多倍。 这有利于人工智能更快、更准,并且在实际范围内广泛应用于图像识别算法和其他相关应用。

苹果5G手机计划再被拖延,英特尔XMM8160问题不断

根据 Fast Company 报告,英特尔的 5G 芯片,XMM 8160 遇到了问题,出货时间可能再次推迟。根据苹果目前的计划,公司想要在 2020 年推出的 iPhone 上搭载英特尔的 XMM 8160 5G 芯片,现在看起来,实现的难度很大。

苹果计划2020年发布5G手机,但是英特尔基带芯片却成为软肋?

据美国《快公司》(Fast Company)杂志网站报道,到目前为止,苹果计划在2020年发布5G iPhone手机。但由于苹果与其5G调制解调器供应商英特尔之间的合作关系飘摇不定,这可能影响5G iPhone的按期发布。经过一系列的努力,英特尔成功地将其调制解调器芯片应用到部分iPhone 7手机中。到了去年,英特尔成为了iPhone XS、XS Plus和XR的唯一调制解调器供应商。