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[導讀]“是說芯語”已陪伴您965天“造芯”已經(jīng)不再是芯片公司的專場。作者?|??ZeR0編輯?|??漠影科技巨頭跨界造芯,已經(jīng)不是什么新鮮事。芯東西9月2日報道,據(jù)日經(jīng)亞洲援引三位知情人士消息稱,谷歌計劃在2023年左右推出搭載谷歌Chrome操作系統(tǒng)的筆記本和平板電腦CPU。而就在前...

“是說芯語”已陪伴您965天


科技巨頭為何紛紛跨界造芯?“造芯”已經(jīng)不再是芯片公司的專場。作者?|??ZeR0
編輯?|??漠影
科技巨頭跨界造芯,已經(jīng)不是什么新鮮事。芯東西9月2日報道,據(jù)日經(jīng)亞洲援引三位知情人士消息稱,谷歌計劃在2023年左右推出搭載谷歌Chrome操作系統(tǒng)的筆記本和平板電腦CPU。而就在前不久,谷歌公布其首款自研智能手機處理器Tensor??雌饋恚雀枵谧咭粭l與蘋果極為相似的路,從自家的手機到平板和筆記本,通通搭載起自主設計的SoC芯片。自2010年以來,“造芯”已經(jīng)不再是芯片公司的專場。無論是美國的蘋果、谷歌、微軟、特斯拉、Facebook、亞馬遜,還是我國的百度、阿里、小米、vivo,都已經(jīng)官宣跨界布局芯片設計,騰訊和字節(jié)跳動也被發(fā)現(xiàn)在招芯片相關崗位。科技巨頭紛紛造芯背后的推力,有這些企業(yè)自身的需求,亦有芯片設計悄然的變局。科技巨頭為何紛紛跨界造芯?

▲自2010年以來跨界造芯的科技巨頭公布的自研芯片


01.科技巨頭自研芯片圖什么?

與擁有數(shù)十年芯片研發(fā)歷程的華為、三星不同,在2010年前,許多科技巨頭都是芯片設計界的門外漢。蘋果雖然在上世紀90年代前后嘗試過一個名為“水瓶座”的芯片項目,但該項目在燒光數(shù)千萬美元后黯然落幕,蘋果自研芯片計劃也就此戛然而止,直到2010年A4芯片問世,蘋果才算正式成為一家“芯片公司”。對于頭部科技公司來說,直接采購芯片公司的產(chǎn)品省時省力。手機芯片有高通聯(lián)發(fā)科,CPU有英特爾AMD,GPU有英偉達AMD,F(xiàn)PGA有賽靈思英特爾,這些公司都是歷經(jīng)激烈競爭笑到最后的佼佼者,他們的產(chǎn)品代表了業(yè)界頂尖水平。在這樣的背景下,科技巨頭何必涉足毫無經(jīng)驗的芯片設計,給自己“徒增麻煩”呢?這來自應用端的需求之變。當科技巨頭開始追求更卓越的產(chǎn)品表現(xiàn),標準化的芯片未必能帶來最強大的性能。而自主研發(fā),就能從硬件層面開始,完全按自身需求量身定制芯片功能,實現(xiàn)自家軟硬件緊密結合,從而打造出最好的產(chǎn)品。蘋果前三代iPhone芯片業(yè)務都被外包給了三星,但芯片性能一直不達預期,促使蘋果加速組建自己的芯片設計團隊。谷歌開發(fā)云端專用AI芯片TPU,也是因為當時CPU很難滿足自家越來越多應用對加速AI神經(jīng)網(wǎng)絡運算的需求。“對于未來基礎設施的多樣化要求,傳統(tǒng)上那種放之四海而皆準的解決方案已經(jīng)不再適用。”Arm基礎設施事業(yè)部全球高級總監(jiān)鄒挺在近日接受媒體采訪時,談到對互聯(lián)網(wǎng)大廠自研芯片的看法。自研芯片的另一個好處,就是省錢。雖然短期內(nèi)組建團隊和投入研發(fā)耗資不菲,但從長遠來看,自家跑通的芯片總歸要比市面上的芯片定價便宜。除此之外,這些科技巨頭自主研發(fā)的CPU、專用AI芯片等產(chǎn)品,往往擁有比市面通用芯片更小的占用面積、更低的功耗。每顆芯片節(jié)省的成本、面積或許不起眼,然而無論是數(shù)據(jù)中心服務器還是終端產(chǎn)品,當其規(guī)模大到足夠數(shù)量級,將會帶來可觀的經(jīng)濟利益。還有一重原因,科技巨頭苦芯片供應商久矣芯片是電子設備的“大腦”,如果芯片廠商的產(chǎn)品出了問題,或者產(chǎn)能延期,那么購買該芯片的科技公司產(chǎn)品質量及上市進度就會受到影響。自研芯片,則能擺脫這一束縛。當其他手機廠商還在排隊等高通旗艦芯片,當全球缺芯潮影響至移動設備供應,作為臺積電第一大客戶的蘋果,手握著一眾芯片供應商的優(yōu)先供應權,在遍地唉聲的缺芯潮中顯得游刃有余。在上個月蘋果Q3財報會議上,蘋果CEO庫克還“凡爾賽”一把,說蘋果不缺高性能處理器,缺的是顯示驅動芯片、音頻解碼芯片等執(zhí)行日常功能的芯片。這句話的潛臺詞就是,蘋果自研芯片不愁先進制程產(chǎn)能,相對擔心從第三方采購成熟制程芯片。類似的,云服務商和大型互聯(lián)網(wǎng)公司如果自主研發(fā)出滿足需求的服務器CPU、專用AI芯片,則可以實現(xiàn)產(chǎn)品供應鏈更為可控,英特爾、英偉達等公司的芯片也不再是唯一的最佳選擇。總體來說,通過自研芯片,科技巨頭能帶給客戶更好的產(chǎn)品或服務體驗,大幅節(jié)約整體成本,并提高了自身抗風險的能力。各家科技巨頭紛紛能研發(fā)出芯片,離不開科技巨頭的固有優(yōu)勢,以及芯片設計產(chǎn)業(yè)上游的幾處關鍵變化。
02.芯片人才從哪里來?

芯片是一件燒錢快、周期長、風險高的行業(yè)。而科技巨頭們最不缺的,就是錢、產(chǎn)品和耐心。財力雄厚的科技巨頭們,使出了各種廣納芯片人才的招數(shù),包括并購芯片公司、從芯片公司挖人以及掛出極具吸引力的招聘崗位待遇。以蘋果為例,從2008年到2013年,蘋果先后收購高性能低功耗芯片設計公司P.A.Semi、Arm芯片設計廠商Intrinsity、以色列閃存控制器設計公司Anobit、擅長低功耗無線通訊芯片的加州Passif半導體公司。2019年,它又以10億美元將英特爾基帶芯片業(yè)務收入麾下。此外,亞馬遜在2015年以3.5億美元收購芯片設計商Annapurna Labs,阿里巴巴在2018年宣布收購我國自主嵌入式CPU IP核公司中天微,谷歌今年收購了一家開發(fā)用于機器學習的片上網(wǎng)絡(NoC)系統(tǒng)的創(chuàng)企Provino Technologies。這些被收購公司的技術,已經(jīng)或即將融入到科技巨頭們最新研發(fā)的芯片中。科技巨頭為何紛紛跨界造芯?

▲科技巨頭的部分自研芯片類型

與此同時,科技巨頭們也在大肆挖人和招聘。就拿最近造芯勢頭正猛的谷歌來說,2017年,谷歌曾從蘋果挖角多位芯片業(yè)大佬,比如前蘋果SoC芯片架構師Manu Gulati、蘋果芯片專家John Bruno、Wonjae Choi和Tayo Fadelu,谷歌還挖來了高通芯片工程師Mainak Biswas、Vinod Chamarty和Shamik Ganguly等人。2019年,路透社爆料谷歌在印度班加羅爾至少招募了16名技術老兵,致力于自研智能手機和數(shù)據(jù)中心芯片,還有4名招聘人員專門從英特爾、高通、博通和英偉達等傳統(tǒng)芯片公司挖人才。今年3月,谷歌宣布已聘請英特爾長期高管烏里·弗蘭克為副總裁來運營其定制芯片部門。此前特斯拉、騰訊、字節(jié)跳動被推測有新的造芯動向,也源自這些公司在其招聘官網(wǎng)上發(fā)布多個與芯片相關的工程師崗位信息。今年特斯拉的自研云端AI訓練芯片已正式發(fā)布。對于自研芯片傳聞,字節(jié)跳動回應稱在組建相關團隊、在AI芯片領域做一些探索;騰訊回應稱招聘相關人才主要是為了在某個特定領域研發(fā)芯片,而不是為了突破通用芯片的壁壘。
03.科技巨頭的造芯底氣:站在指令集架構與EDA工具的肩膀上

在科技巨頭紛紛涌向芯片設計領域的背后,芯片產(chǎn)業(yè)上游的技術迭代正扮演著關鍵推手。一顆SoC芯片的布局有點像拼圖,由很多不同功能不同類型的模塊拼貼組合。比如蘋果M1芯片中,CPU核、GPU核、電源管理芯片、圖形處理器、顯示引擎、AI加速器等等集成在一起。科技巨頭為何紛紛跨界造芯?

芯片IP供應商們將積累的芯片設計經(jīng)驗固化,形成可復制的標準化模塊,即IP核。科技巨頭也許只想對其中某些特定模塊進行優(yōu)化,那么其他模塊的IP核可以直接從第三方采購,就能做出復雜的SoC芯片。當IP供應商研發(fā)的IP產(chǎn)品性能愈發(fā)爐火純青,設計一顆芯片的難度已經(jīng)遠小于以往。尤其在CPU領域,近年來,Arm和RISC-V兩大指令集架構不再滿足于在手機和物聯(lián)網(wǎng)終端賦能,而開始向電腦CPU和服務器CPU發(fā)起進攻。即便是芯片設計實力已經(jīng)錘煉到世界頂尖的蘋果,亦在其各種自研SoC的CPU核中采用Arm的指令集架構。亞馬遜則在其自研服務器CPU中采用Arm提供的公版架構Arm Neoverse N1。國內(nèi)云服務廠商也在同Arm展開基于Neoverse平臺的合作。尚未得到官方證實的微軟自研服務器CPU、谷歌自研電腦CPU預計也將采用Arm架構。阿里平頭哥則是國內(nèi)RISC-V領域的代表玩家,不僅基于RISC-V研發(fā)了高性能處理器IP核玄鐵系列,還推出擁有MCU、AI等多類加速IP的一站式芯片設計平臺無劍。這些使得芯片設計變得更容易,研發(fā)周期和開發(fā)成本也進一步降低,許多國內(nèi)芯片公司已推出基于玄鐵IP的芯片產(chǎn)品。據(jù)Semiwiki報道,2020年半導體芯片設計IP銷售額同比增長16.7%,是自2000年以來最好的增長年份,其中Arm穩(wěn)坐龍頭,市場份額占逾40%,第二、三名分別是新思科技(Synopsys)和楷登電子(Cadence),這兩家分別是全球EDA領域的老大和老二。科技巨頭為何紛紛跨界造芯?

▲2020年芯片設計IP市場份額(來源:Semiwiki)

被譽為“芯片之母”的EDA,是設計芯片所需的軟件工具,亦是提升芯片設計效率的主心骨。近幾年來,EDA領域逐漸呈現(xiàn)EDA上云、智能化等趨勢。例如去年Synopsys推出業(yè)界首個用于芯片設計的自主AI應用程序DSO.ai,能迅速找到芯片設計流程中的最優(yōu)解,把原本需多位設計專家耗時1個多月才能完成的設計時長縮短至3天。不久之前,Cadence推出了一款完全基于機器學習的智能芯片設計工具,實現(xiàn)了10倍生產(chǎn)效率提升和20%的PPA(功耗、性能、面積)提升,并且減少了設計所需工程量。谷歌用AI取代人類芯片專家、6小時完成快速芯片布圖布局的研究,在今年6月登上了國際學術頂刊Nature,該方法已經(jīng)被用在設計第五代谷歌專用AI芯片TPU中,玩起“用AI設計AI芯片加速AI計算設計AI芯片……”的循環(huán)。越來越豐富的IP核和更加好用的EDA工具,不僅降低了芯片設計的準入門檻,也為研發(fā)團隊節(jié)約了更多時間和人力成本。芯片開發(fā)正變得愈發(fā)容易,但挑戰(zhàn)依然存在。
04.挑戰(zhàn):與芯片巨頭競爭有限產(chǎn)能

科技巨頭所謂的“造芯”,僅局限于芯片設計環(huán)節(jié),實力強如蘋果,也要仰仗全球最大芯片代工商臺積電來為它生產(chǎn)芯片。要沖向更高的性能,不僅需要出色的設計,也離不開能在同等面積塞進更多晶體管的先進制程工藝技術。由于全球先進制程賽道的玩家僅剩臺積電、三星、英特爾幾家,英特爾的對外代工業(yè)務才剛剛開張,先進制程工藝技術的產(chǎn)能資源相當有限。選擇自研芯片的科技公司,必然要與英特爾、英偉達、高通等現(xiàn)有頂尖芯片公司爭奪產(chǎn)能。科技巨頭為何紛紛跨界造芯?

根據(jù)International Business Strategies(IBS)、貝恩咨詢公司(Bain
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