产业深度剖析:处理器核裂变

2013-08-27 09:29:55来源: 赛迪网 关键字:处理器内核  SOC

    ARM、IBM相继在终端和服务器市场开放处理器内核,一如中子击碎原子核后发生核裂变反应并释放巨大能量,处理器内核的开放将强烈冲击现有的集成电路产业格局。

    而系统厂商将多个IP核聚合在一个芯片上,亦如核聚变反应产生更高量级的能量,将深刻影响整个IT产业。

    “第一丝微弱的晨光出现在东方。在这瞬间,好像从地壳底下升起一种并非这个世界的光。它是世界从未见过的日出。在这个时刻,永垂不朽的事迹出现了。时间停滞不前,空间变成一个小圆点,似乎天崩地裂。人们感到自己好像获得了目睹‘世界诞生’的特权。”

    唯一获准采访美国原子弹研制计划——曼哈顿工程的《纽约时报》科技记者劳伦斯,1945年7月16日在新墨西哥州大漠里目睹世界首颗原子弹试爆后这样写道。劳伦斯因其对原子弹研制和对日本核打击的报道而获得当年普利策奖。

    原子弹的威力来自重金属元素的原子核被中子击中后裂解为2~3个轻原子核并释放能量的核裂变反应。

    尽管“软件定义”已成为业内的热词,软件在IT产业所占的比重也日益增加,但软件是跑在处理器之上的,因此可以说整个IT产业是构建在处理器之上的。

    长期以来,人们无论是在消费市场还是在企业级市场上看到的处理器都是打上型号和生产厂家的芯片。处理器作为最小的计算模块不可细分,处理器由Intel、AMD、IBM等处理器厂商生产都是天经地义的。

    直到苹果智能手机iPhone获得巨大成功,人们这才发现处理器是可以继续细分的,苹果公司也可以生产自己的处理器。于是,智能手机的幕后英雄——ARM公司走到台前,正是ARM开放处理器内核的商业模式成全了智能手机和平板电脑等智能移动终端市场的繁荣。

    8月7日,IBM、Google、NVIDIA、泰安电脑和Mellanox联合宣布成立OpenPOWER联盟,联盟将提供先进的服务器、网络、存储和图形处理器(GPU)加速等技术,为下一代超大规模云计算数据中心的开发商提供更多的选择、更强的控制和更好的灵活性。

    直白地说,这些高端服务器芯片、搜索引擎、GPU加速、服务器主板和网络厂商桃园结义的目的,就是要在服务器市场上“山寨”ARM的商业模式,意欲在服务器市场上再现ARM在消费电子市场的成功。

    众所周知,与核裂变相反,核聚变反应是由多个较轻的原子核聚合成较重的原子核且释放出能量,基于核聚变反应的氢弹较之基于核裂变反应的原子弹,威力更胜一筹。但鲜为人知的是,核聚变反应需要在极高的温度和压强下才能进行,因此,必须使用原子弹作为扳机来引爆氢弹。换句话说,先有核裂变,再有核聚变。

    类似地,处理器内核开放所产生的能量将会深刻地影响到集成电路(IC)的产业格局。而诸如苹果公司等系统厂商将多个第三方开放的IP(知识产权)核“聚合”在一个芯片时所释放出来的能量,影响的将会是整个IT产业。

上篇:产业演化与平台领导力

    透过产业形态演变的进程可以感触到SoC如何从暗流涌动到成为产业潮流,而回顾厂商对平台领导权的争夺历程,则会更深刻地认识处理器内核对芯片市场格局的影响。

集成电路产业细分演进

    如同其他产业的发展一样,集成电路产业的发展也经历了专业分工不断深化的过程。

    芯片生产通常分为设计、制造和封装测试三个环节。早期的IC产业都是由整机厂商主导的,像通信厂商摩托罗拉自己就拥有规模相当大的半导体业务。上世纪70年代,英特尔这样的集成器件制造厂商(IDM)开始主导芯片制造和封装测试;到了80年代,在制造领域出现了台积电这样的代工厂(Foundry);进入90年代,IC设计领域又细分出了以ARM为代表的IP供应商。

    芯片产业中代工生产和IP设计两种业务的独立,使得高通等第三方处理器厂商和苹果等系统厂商采用SoC方式(片上系统)自行定制处理器成为可能。根据半导体市场研究公司IC Insight对1999年~2012年全球半导体市场的统计,Fabless(无生产线)厂商销售复合增长率为16%,而同期IDM厂商销售复合增长率仅为3%。2012年Fabless销售额已占到半导体市场27.7%的份额,从而强劲地冲击着IDM模式。

    集成电路产业细分的一个独有的驱动因素是半导体市场日益高昂的投资和日趋激烈的竞争。

    芯片制造业是知识密集型和资本密集型行业。随着集成电路加工线宽的不断缩小,建造一条45nm半导体生产线的投资已经高达30亿美元。高高的市场门槛让中小半导体厂商望而兴叹。

    线宽的不断缩小,还意味着不同生产线的工艺宽容度的缩小。2002年三星生产的StrongARM处理器主频已经做到1.2GHz,而ARM对外提供的处理器IP的频率只有400MHz。这是因为三星在设计和制造环节做了相互优化,进而显著提升了芯片主频。而ARM当时实力尚弱,难以对不同厂商的生产线进行优化,因此,主频自然上不去。

    英特尔的核心竞争力在于同时拥有世界最强的设计团队和最好的生产设施,便于两者相互优化,进而生产性能最佳的芯片。英特尔对工艺一致性的追求近乎苛刻,前CEO贝瑞特主导的“精确复制”计划,就是为了让英特尔分布在世界多个地方的工厂具有工艺一致的高水平制造环境。

    英特尔用高昂的投资与芯片厂商AMD竞争,同时用设计与制造相互优化来与缺少设计团队的代工厂台积电竞争。

    在与AMD的竞争中英特尔赌赢了,2008年,AMD终于不堪投资的重负,将芯片制造业务剥离,成为Fabless企业。而在与台积电的竞争中,台积电不仅没输,还通过与ARM这样的Chipless(无芯片)公司合作,实现了芯片设计与制造的相互优化,在新的制程引入上与英特尔时间上相差不多,从而确保了代工芯片的高性能。

    与此同时,ARM也发展壮大到足以针对特定代工企业的特定生产线进行优化。如今,如果客户要在台积电代工,ARM则可以分别提供封装基于台积电性能优化或功耗优化的不同生产工艺的硬IP核,以满足用户对性能或者功耗的偏好。

争夺平台领导权

    “标准为王”在整机产品上很大程度是通过对平台的控制体现出来的。控制了平台,就等于主导了市场,也就意味着丰厚的回报,因此,平台控制权的争夺便显得格外重要了。

    平台控制权的争夺在个人计算市场可谓精彩纷呈。

    1981年PC问世,IBM凭借PC开放的体系架构击败苹果,确立了其在个人计算市场大哥大的地位。但PC开放的架构使得系统厂商难以控制,因此IBM在1985年推出基于286处理器的PC时,在主板上引入了专有的微通道总线,试图通过排他的总线架构来控制PC。

    于是,英特尔与康柏联手在1986年推出的基于386处理器的PC上引入开放的PCI总线,从而确保了PC的开放性。由于PCI总线是通过芯片组支持的,英特尔也第一次体会到平台领导权的好处。

    到了1991年,IBM提供RISC(精简指令集)架构的POWERPC处理器技术、摩托罗拉负责制造、苹果负责整机生产并提供兼容机授权的POWERPC联盟成立,目标指向个人计算市场。联盟成员个个出类拔萃,当时RISC架构较之x86的CISC(复杂指令集)架构具有一定的技术优势,摩托罗拉半导体部门1988年才从美国总统里根手上接过首个国家质量奖,而苹果电脑Macintosh及其操作系统也都令PC和Windows望其项背。但这样一个梦之队,却因为摩托罗拉在制造POWERPC时主频迟迟上不去,加之苹果收回兼容机的授权,最终瓦解。

    躲过了这一劫后,英特尔与微软联手分别在1997年、1998年、1999年和2001年“主编”了PC系统设计规范,而其他PC整机厂商只有参与的份儿。至此,英特尔和微软彻底确立了在PC市场的领导地位,两家公司获得的市场回报是PC市场九成的利润。

    2003年,英特尔又通过WiFi无线通信平台迅驰芯片组的发布,大大削弱了微软的领导地位。

    反观ARM,虽然ARM架构在智能手机市场份额上曾超过90%,但智能手机市场话语权掌握在操作系统厂商苹果和谷歌手中,甚至高通、联发科说话都比ARM有份量。

    个中道理很简单,PC平台的控制力几乎完全固化在处理器及芯片组中,因此,自然是英特尔说了算。而ARM这种只提供IP核授权的公司,难以将平台控制力固化在芯片中。

    此外,接受ARM这种商业模式的前提是能够忍受很低的利润回报。2012年基于ARM架构的处理器全球出货量创纪录地达到87亿颗,但当年ARM全年营收只有9.1亿美元,税前利润仅有4.1亿美元。对比之下,2012年英特尔全年营收533.4亿美元,税前利润为148.7亿美元。ARM全年营收和税前利润分别只有英特尔的1/58和1/36。

  

中篇:IBM搅局与英特尔纠结
    在IBM迈入向软件转型之路的今天,以为IBM开放POWER处理器内核是为了赚大钱,那就大错特错了。OpenPOWER联盟无疑将成为IBM进可攻、退可守的法宝。英特尔不得不接招,而且被逼入进退两难的境地。

IBM开放内核为哪般
    从打孔机起家到称雄大型机,从硬件公司转向服务,近两年又从服务转向软件,正是这些不断的转型成就了IBM百年老店之梦想。而“朝向高利润领域”则成了IBM转型的指北针。

    从2005年5月把PC业务卖给联想,到当年6月苹果宣布弃IBM的POWERPC处理器转投英特尔处理器,IBM已经退出个人计算市场。今年4月,坊间传出IBM正与联想洽谈出售x86服务器业务,这已是业界公开的秘密。此举表明,IBM有意从x86中低端市场退出。随着微软在今年6月宣布下一代Xbox将采用AMD处理器,曾经一统微软Xbox、索尼PS3和任天堂Wii三大游戏机平台的POWERPC架构,只剩下任天堂一家了。

    市场上种种迹象印证了IBM在转型中将不断剥离低利润硬件业务的做法。而处理器内核开放后利润率更低,这似乎与IBM向高利润领域的转型路径相悖。

    事实上,POWER处理器相当于IBM“帝国大厦”的地基,尽管深埋地下,但重要性不容置疑。夯实这一地基最有效的方式是扩大POWER架构的用户群,而在POWER被迫让出游戏机市场大半江山后,扩张用户群就显得更加紧迫了。

    IBM推出Linux专用主机、Linux服务器等“超值”主机和服务器,固然充满了价格诱惑,但要让其他平台上的企业用户大批迁移到POWER平台上是不现实的,而将POWER架构延伸到其他领域则可以起到一箭双雕的作用,既壮大了自己,又打击了竞争对手。

    再看OpenPOWER联盟中另一个重要成员谷歌。2006年,本报记者在旧金山采访JavaOne大会时,与Sun公司负责媒体接待的主管同桌就餐。当时谷歌是最热的话题,于是,他也讲了与谷歌相关的一件事。谷歌董事长兼CEO施密特曾约Sun董事长麦克尼利商谈谷歌采用Sun UltraSPARC处理器架构事宜,由于施密特此前曾任Sun公司CTO,因此,麦克尼利还是用以前的口吻跟施密特交谈,殊不知,此时的Sun已经是虎落平阳,而谷歌正如日中天。结果搞得施密特很不爽,这桩大买卖也就泡了汤。

    虽说谷歌基于x86处理器自行设计的服务器和存储,在高密度、低功耗和经济性上具有很大的优势,但基于第三方授权处理器内核构建SoC芯片所带来的成本与功耗效益,若经过谷歌高达百万计服务器和存储的放大,经济效益将非常可观。因此,当IBM有了开放POWER的想法,谷歌自然会积极响应。

    IBM开放POWER处理器内核既可以让POWER架构抢占云计算高地,又让去年才宣布在14nm时全面转向SoC的英特尔进退维谷。

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关键字:处理器内核  SOC

编辑:冯超 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qrs/2013/0827/article_15198.html
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