產(chǎn)業(yè)深度剖析：處理器核裂變
[導(dǎo)讀]ARM、IBM相繼在終端和服務(wù)器市場開放處理器內(nèi)核，一如中子擊碎原子核后發(fā)生核裂變反應(yīng)并釋放巨大能量，處理器內(nèi)核的開放將強烈沖擊現(xiàn)有的集成電路產(chǎn)業(yè)格局。而系統(tǒng)廠商將多個IP核聚合在一個芯片上，亦如核聚變反應(yīng)產(chǎn)
ARM、IBM相繼在終端和服務(wù)器市場開放處理器內(nèi)核，一如中子擊碎原子核后發(fā)生核裂變反應(yīng)并釋放巨大能量，處理器內(nèi)核的開放將強烈沖擊現(xiàn)有的集成電路產(chǎn)業(yè)格局。
而系統(tǒng)廠商將多個IP核聚合在一個芯片上，亦如核聚變反應(yīng)產(chǎn)生更高量級的能量，將深刻影響整個IT產(chǎn)業(yè)。
“第一絲微弱的晨光出現(xiàn)在東方。在這瞬間，好像從地殼底下升起一種并非這個世界的光。它是世界從未見過的日出。在這個時刻，永垂不朽的事跡出現(xiàn)了。時間停滯不前，空間變成一個小圓點，似乎天崩地裂。人們感到自己好像獲得了目睹‘世界誕生’的特權(quán)。”
唯一獲準(zhǔn)采訪美國原子彈研制計劃——曼哈頓工程的《媒體》科技記者勞倫斯，1945年7月16日在新墨西哥州大漠里目睹世界首顆原子彈試爆后這樣寫道。勞倫斯因其對原子彈研制和對日本核打擊的報道而獲得當(dāng)年普利策獎。
原子彈的威力來自重金屬元素的原子核被中子擊中后裂解為2~3個輕原子核并釋放能量的核裂變反應(yīng)。
盡管“軟件定義”已成為業(yè)內(nèi)的熱詞，軟件在IT產(chǎn)業(yè)所占的比重也日益增加，但軟件是跑在處理器之上的，因此可以說整個IT產(chǎn)業(yè)是構(gòu)建在處理器之上的。
長期以來，人們無論是在消費市場還是在企業(yè)級市場上看到的處理器都是打上型號和生產(chǎn)廠家的芯片。處理器作為最小的計算模塊不可細(xì)分，處理器由Intel、AMD、IBM等處理器廠商生產(chǎn)都是天經(jīng)地義的。
直到蘋果智能手機iPhone獲得巨大成功，人們這才發(fā)現(xiàn)處理器是可以繼續(xù)細(xì)分的，蘋果公司也可以生產(chǎn)自己的處理器。于是，智能手機的幕后英雄——ARM公司走到臺前，正是ARM開放處理器內(nèi)核的商業(yè)模式成全了智能手機和平板電腦等智能移動終端市場的繁榮。
8月7日，IBM、Google、NVIDIA、泰安電腦和Mellanox聯(lián)合宣布成立OpenPOWER聯(lián)盟，聯(lián)盟將提供先進的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲和圖形處理器(GPU)加速等技術(shù)，為下一代超大規(guī)模云計算數(shù)據(jù)中心的開發(fā)商提供更多的選擇、更強的控制和更好的靈活性。
直白地說，這些高端服務(wù)器芯片、搜索引擎、GPU加速、服務(wù)器主板和網(wǎng)絡(luò)廠商桃園結(jié)義的目的，就是要在服務(wù)器市場上“山寨”ARM的商業(yè)模式，意欲在服務(wù)器市場上再現(xiàn)ARM在消費電子市場的成功。
眾所周知，與核裂變相反，核聚變反應(yīng)是由多個較輕的原子核聚合成較重的原子核且釋放出能量，基于核聚變反應(yīng)的氫彈較之基于核裂變反應(yīng)的原子彈，威力更勝一籌。但鮮為人知的是，核聚變反應(yīng)需要在極高的溫度和壓強下才能進行，因此，必須使用原子彈作為扳機來引爆氫彈。換句話說，先有核裂變，再有核聚變。
類似地，處理器內(nèi)核開放所產(chǎn)生的能量將會深刻地影響到集成電路(IC)的產(chǎn)業(yè)格局。而諸如蘋果公司等系統(tǒng)廠商將多個第三方開放的IP(知識產(chǎn)權(quán))核“聚合”在一個芯片時所釋放出來的能量，影響的將會是整個IT產(chǎn)業(yè)。
上篇：產(chǎn)業(yè)演化與平臺領(lǐng)導(dǎo)力
透過產(chǎn)業(yè)形態(tài)演變的進程可以感觸到SoC如何從暗流涌動到成為產(chǎn)業(yè)潮流，而回顧廠商對平臺領(lǐng)導(dǎo)權(quán)的爭奪歷程，則會更深刻地認(rèn)識處理器內(nèi)核對芯片市場格局的影響。
集成電路產(chǎn)業(yè)細(xì)分演進
如同其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一樣，集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也經(jīng)歷了專業(yè)分工不斷深化的過程。
芯片生產(chǎn)通常分為設(shè)計、制造和封裝測試三個環(huán)節(jié)。早期的IC產(chǎn)業(yè)都是由整機廠商主導(dǎo)的，像通信廠商摩托羅拉自己就擁有規(guī)模相當(dāng)大的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)。上世紀(jì)70年代，英特爾這樣的集成器件制造廠商(IDM)開始主導(dǎo)芯片制造和封裝測試;到了80年代，在制造領(lǐng)域出現(xiàn)了臺積電這樣的代工廠(Foundry);進入90年代，IC設(shè)計領(lǐng)域又細(xì)分出了以ARM為代表的IP供應(yīng)商。
芯片產(chǎn)業(yè)中代工生產(chǎn)和IP設(shè)計兩種業(yè)務(wù)的獨立，使得高通等第三方處理器廠商和蘋果等系統(tǒng)廠商采用SoC方式(片上系統(tǒng))自行定制處理器成為可能。根據(jù)半導(dǎo)體市場研究公司ICInsight對1999年～2012年全球半導(dǎo)體市場的統(tǒng)計，F(xiàn)abless(無生產(chǎn)線)廠商銷售復(fù)合增長率為16%，而同期IDM廠商銷售復(fù)合增長率僅為3%。2012年Fabless銷售額已占到半導(dǎo)體市場27.7%的份額，從而強勁地沖擊著IDM模式。
集成電路產(chǎn)業(yè)細(xì)分的一個獨有的驅(qū)動因素是半導(dǎo)體市場日益高昂的投資和日趨激烈的競爭。
芯片制造業(yè)是知識密集型和資本密集型行業(yè)。隨著集成電路加工線寬的不斷縮小，建造一條45nm半導(dǎo)體生產(chǎn)線的投資已經(jīng)高達30億美元。高高的市場門檻讓中小半導(dǎo)體廠商望而興嘆。
線寬的不斷縮小，還意味著不同生產(chǎn)線的工藝寬容度的縮小。2002年三星生產(chǎn)的StrongARM處理器主頻已經(jīng)做到1.2GHz，而ARM對外提供的處理器IP的頻率只有400MHz。這是因為三星在設(shè)計和制造環(huán)節(jié)做了相互優(yōu)化，進而顯著提升了芯片主頻。而ARM當(dāng)時實力尚弱，難以對不同廠商的生產(chǎn)線進行優(yōu)化，因此，主頻自然上不去。
英特爾的核心競爭力在于同時擁有世界最強的設(shè)計團隊和最好的生產(chǎn)設(shè)施，便于兩者相互優(yōu)化，進而生產(chǎn)性能最佳的芯片。英特爾對工藝一致性的追求近乎苛刻，前CEO貝瑞特主導(dǎo)的“精確復(fù)制”計劃，就是為了讓英特爾分布在世界多個地方的工廠具有工藝一致的高水平制造環(huán)境。
英特爾用高昂的投資與芯片廠商AMD競爭，同時用設(shè)計與制造相互優(yōu)化來與缺少設(shè)計團隊的代工廠臺積電競爭。
在與AMD的競爭中英特爾賭贏了，2008年，AMD終于不堪投資的重負(fù)，將芯片制造業(yè)務(wù)剝離，成為Fabless企業(yè)。而在與臺積電的競爭中，臺積電不僅沒輸，還通過與ARM這樣的Chipless(無芯片)公司合作，實現(xiàn)了芯片設(shè)計與制造的相互優(yōu)化，在新的制程引入上與英特爾時間上相差不多，從而確保了代工芯片的高性能。
與此同時，ARM也發(fā)展壯大到足以針對特定代工企業(yè)的特定生產(chǎn)線進行優(yōu)化。如今，如果客戶要在臺積電代工，ARM則可以分別提供封裝基于臺積電性能優(yōu)化或功耗優(yōu)化的不同生產(chǎn)工藝的硬IP核，以滿足用戶對性能或者功耗的偏好。
爭奪平臺領(lǐng)導(dǎo)權(quán)
“標(biāo)準(zhǔn)為王”在整機產(chǎn)品上很大程度是通過對平臺的控制體現(xiàn)出來的?？刂屏似脚_，就等于主導(dǎo)了市場，也就意味著豐厚的回報，因此，平臺控制權(quán)的爭奪便顯得格外重要了。
平臺控制權(quán)的爭奪在個人計算市場可謂精彩紛呈。
1981年P(guān)C問世，IBM憑借PC開放的體系架構(gòu)擊敗蘋果，確立了其在個人計算市場大哥大的地位。但PC開放的架構(gòu)使得系統(tǒng)廠商難以控制，因此IBM在1985年推出基于286處理器的PC時，在主板上引入了專有的微通道總線，試圖通過排他的總線架構(gòu)來控制PC。
于是，英特爾與康柏聯(lián)手在1986年推出的基于386處理器的PC上引入開放的PCI總線，從而確保了PC的開放性。由于PCI總線是通過芯片組支持的，英特爾也第一次體會到平臺領(lǐng)導(dǎo)權(quán)的好處。
到了1991年，IBM提供RISC(精簡指令集)架構(gòu)的POWERPC處理器技術(shù)、摩托羅拉負(fù)責(zé)制造、蘋果負(fù)責(zé)整機生產(chǎn)并提供兼容機授權(quán)的POWERPC聯(lián)盟成立，目標(biāo)指向個人計算市場。聯(lián)盟成員個個出類拔萃，當(dāng)時RISC架構(gòu)較之x86的CISC(復(fù)雜指令集)架構(gòu)具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，摩托羅拉半導(dǎo)體部門1988年才從美國總統(tǒng)里根手上接過首個國家質(zhì)量獎，而蘋果電腦Macintosh及其操作系統(tǒng)也都令PC和Windows望其項背。但這樣一個夢之隊，卻因為摩托羅拉在制造POWERPC時主頻遲遲上不去，加之蘋果收回兼容機的授權(quán)，最終瓦解。
躲過了這一劫后，英特爾與微軟聯(lián)手分別在1997年、1998年、1999年和2001年“主編”了PC系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，而其他PC整機廠商只有參與的份兒。至此，英特爾和微軟徹底確立了在PC市場的領(lǐng)導(dǎo)地位，兩家公司獲得的市場回報是PC市場九成的利潤。
2003年，英特爾又通過WiFi無線通信平臺迅馳芯片組的發(fā)布，大大削弱了微軟的領(lǐng)導(dǎo)地位。
反觀ARM，雖然ARM架構(gòu)在智能手機市場份額上曾超過90%，但智能手機市場話語權(quán)掌握在操作系統(tǒng)廠商蘋果和谷歌手中，甚至高通、聯(lián)發(fā)科說話都比ARM有份量。
個中道理很簡單，PC平臺的控制力幾乎完全固化在處理器及芯片組中，因此，自然是英特爾說了算。而ARM這種只提供IP核授權(quán)的公司，難以將平臺控制力固化在芯片中。
此外，接受ARM這種商業(yè)模式的前提是能夠忍受很低的利潤回報。2012年基于ARM架構(gòu)的處理器全球出貨量創(chuàng)紀(jì)錄地達到87億顆，但當(dāng)年ARM全年營收只有9.1億美元，稅前利潤僅有4.1億美元。對比之下，2012年英特爾全年營收533.4億美元，稅前利潤為148.7億美元。ARM全年營收和稅前利潤分別只有英特爾的1/58和1/36。
中篇:IBM攪局與英特爾糾結(jié)
在IBM邁入向軟件轉(zhuǎn)型之路的今天，以為IBM開放POWER處理器內(nèi)核是為了賺大錢，那就大錯特錯了。OpenPOWER聯(lián)盟無疑將成為IBM進可攻、退可守的法寶。英特爾不得不接招，而且被逼入進退兩難的境地。
IBM開放內(nèi)核為哪般
從打孔機起家到稱雄大型機，從硬件公司轉(zhuǎn)向服務(wù)，近兩年又從服務(wù)轉(zhuǎn)向軟件，正是這些不斷的轉(zhuǎn)型成就了IBM百年老店之夢想。而“朝向高利潤領(lǐng)域”則成了IBM轉(zhuǎn)型的指北針。
從2005年5月把PC業(yè)務(wù)賣給聯(lián)想，到當(dāng)年6月蘋果宣布棄IBM的POWERPC處理器轉(zhuǎn)投英特爾處理器，IBM已經(jīng)退出個人計算市場。今年4月，坊間傳出IBM正與聯(lián)想洽談出售x86服務(wù)器業(yè)務(wù)，這已是業(yè)界公開的秘密。此舉表明，IBM有意從x86中低端市場退出。隨著微軟在今年6月宣布下一代Xbox將采用AMD處理器，曾經(jīng)一統(tǒng)微軟Xbox、索尼PS3和任天堂Wii三大游戲機平臺的POWERPC架構(gòu)，只剩下任天堂一家了。
市場上種種跡象印證了IBM在轉(zhuǎn)型中將不斷剝離低利潤硬件業(yè)務(wù)的做法。而處理器內(nèi)核開放后利潤率更低，這似乎與IBM向高利潤領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型路徑相悖。
事實上，POWER處理器相當(dāng)于IBM“帝國大廈”的地基，盡管深埋地下，但重要性不容置疑。夯實這一地基最有效的方式是擴大POWER架構(gòu)的用戶群，而在POWER被迫讓出游戲機市場大半江山后，擴張用戶群就顯得更加緊迫了。
IBM推出Linux專用主機、Linux服務(wù)器等“超值”主機和服務(wù)器，固然充滿了價格誘惑，但要讓其他平臺上的企業(yè)用戶大批遷移到POWER平臺上是不現(xiàn)實的，而將POWER架構(gòu)延伸到其他領(lǐng)域則可以起到一箭雙雕的作用，既壯大了自己，又打擊了競爭對手。
再看OpenPOWER聯(lián)盟中另一個重要成員谷歌。2006年，本報記者在舊金山采訪JavaOne大會時，與Sun公司負(fù)責(zé)媒體接待的主管同桌就餐。當(dāng)時谷歌是最熱的話題，于是，他也講了與谷歌相關(guān)的一件事。谷歌董事長兼CEO施密特曾約Sun董事長麥克尼利商談谷歌采用SunUltraSPARC處理器架構(gòu)事宜，由于施密特此前曾任Sun公司CTO，因此，麥克尼利還是用以前的口吻跟施密特交談，殊不知，此時的Sun已經(jīng)是虎落平陽，而谷歌正如日中天。結(jié)果搞得施密特很不爽，這樁大買賣也就泡了湯。
雖說谷歌基于x86處理器自行設(shè)計的服務(wù)器和存儲，在高密度、低功耗和經(jīng)濟性上具有很大的優(yōu)勢，但基于第三方授權(quán)處理器內(nèi)核構(gòu)建SoC芯片所帶來的成本與功耗效益，若經(jīng)過谷歌高達百萬計服務(wù)器和存儲的放大，經(jīng)濟效益將非?？捎^。因此，當(dāng)IBM有了開放POWER的想法，谷歌自然會積極響應(yīng)。
IBM開放POWER處理器內(nèi)核既可以讓POWER架構(gòu)搶占云計算高地，又讓去年才宣布在14nm時全面轉(zhuǎn)向SoC的英特爾進退維谷。
英特爾很糾結(jié)
“攤薄”是芯片產(chǎn)業(yè)重要的關(guān)鍵詞。以2011年為例，英特爾研發(fā)投入為83.5億美元，生產(chǎn)設(shè)施投入107.6億美元，再加上運營、人工等其他支出，構(gòu)成了天量成本，這些成本絕大多數(shù)要分?jǐn)偟叫酒?，因此，芯片銷量越大才能把成本攤得更薄。
通用處理器因為用途廣而成為攤薄的理想載體，而在通用處理器中x86處理器銷量遙遙領(lǐng)先，因此成為攤薄的最佳載體。英特爾每年才敢在研發(fā)和生產(chǎn)設(shè)施上大把花錢。如果不是來自外界的刺激，相信英特爾沒有理由放棄這一最掙錢的商業(yè)模式。
這一刺激首先來自ARM憑借IP授權(quán)的商業(yè)模式在消費電子市場攻城略地。雖說英特爾早在2002年春季英特爾開發(fā)商大會上就亮出擴展摩爾定律的主張，并欲藉此在通信領(lǐng)域重現(xiàn)PC產(chǎn)業(yè)的輝煌，但英特爾多年來在消費電子市場只見耕耘不見收獲。
這其中很大原因在于通用芯片難以滿足消費電子產(chǎn)品對體積小、功能全、功耗低、成本低、可靠性高、速度快的多方面的要求。
于是，英特爾在消費電子市場開始小心翼翼地探索。2009年與臺積電達成協(xié)議，由臺積電承擔(dān)部分凌動處理器的代工，以便在凌動處理器中添加第三方的IP核。這是英特爾成立40多年來首次將產(chǎn)品交由其他廠商代工，也是英特爾開放凌動處理器的嘗試。
英特爾之所以選擇凌動處理器進行嘗試，一則是因消費電子市場前景廣闊，繼智能手機和平板電腦之后，數(shù)字電視、可穿戴電腦都將大大拓展消費電子市場空間。消費電子市場因而成為英特爾必爭之地。再者，有酷睿和至強處理器帶來的豐厚利潤，英特爾也可以讓凌動在消費電子市場放手與ARM一搏。
然而，ARM很快就用超級大單搞定臺積電，使得凌動處理器在開放內(nèi)核上的嘗試不得不“淺嘗輒止”。
當(dāng)SoC率先在消費電子領(lǐng)域獲得巨大成功，并呈席卷整個產(chǎn)業(yè)之勢時，英特爾在2012年宣布從14nm開始全面轉(zhuǎn)向SoC，將不再生產(chǎn)通用處理器。
相對于ARM開放內(nèi)核的商業(yè)模式，英特爾此舉是種折中的辦法，既要針對特定的應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)化處理器，又可確保處理器的完整性，而處理器的完整性是確保英特爾平臺領(lǐng)導(dǎo)地位的前提。
盡管沒有開放處理器內(nèi)核，但英特爾全面轉(zhuǎn)向SoC之舉，在桌面和服務(wù)器市場上還是引領(lǐng)趨勢的。
然而，OpenPOWER聯(lián)盟的出現(xiàn)，使得業(yè)界對英特爾的關(guān)注熱點從是否轉(zhuǎn)向SoC，迅速轉(zhuǎn)移到是否開放處理器內(nèi)核上。
在處理器內(nèi)核開發(fā)的優(yōu)勢已經(jīng)在消費電子領(lǐng)域得到驗證后，POWER的首要任務(wù)是擴大用戶群而非指望POWER賺大錢，所以，IBM能夠忍受伴隨處理器開放而來的低利潤回報率問題。搶占云計算高端市場同時狙擊x86架構(gòu)在服務(wù)器市場向高端進犯，應(yīng)該是IBM較高的期待，最不濟也要采用圍魏救趙的方式，通過把x86服務(wù)器芯片的定價體系“攪和”了，來緩解x86服務(wù)器對RISC服務(wù)器的市場壓力。
此舉讓英特爾面臨艱難的抉擇。不開放處理器內(nèi)核，萬一IBM在服務(wù)器市場證明ARM的商業(yè)模式可行，英特爾將承受顛覆性的打擊。而開放處理器內(nèi)核，意味著其“生活水準(zhǔn)”一下子從“大魚大肉”跌倒了“粗茶淡飯”，最為關(guān)鍵的是將失去平臺話語權(quán)，這恐怕是英特爾最難以接受的。
下篇：迎接產(chǎn)業(yè)變革
x86服務(wù)器芯片市場正處在暴風(fēng)雨來臨之前的平靜，伴隨著ARM憑借低功耗從低端潛入、IBM借助OpenPOWER聯(lián)盟從高端打壓，x86服務(wù)器芯片市場必將風(fēng)浪四起?；蛟S，作為x86芯片市場“帶頭大哥”的英特爾，是時候出來應(yīng)戰(zhàn)了。
就IT產(chǎn)業(yè)而論，PC之所以顛覆了小型機，是因為PC能夠?qū)⒂嬎慵夹g(shù)擴散或者說普及得更遠(yuǎn)。而新一代主導(dǎo)技術(shù)“移動互聯(lián)網(wǎng)+云計算”則將云計算強大的計算能力通過智能終端擴散到無線網(wǎng)絡(luò)所能覆蓋到的區(qū)域，因而具有PC難以比擬的擴散能力。平板電腦和智能手機取代PC，主導(dǎo)個人計算市場也就不足為奇了。
ARM開放內(nèi)核的商業(yè)模式正好順應(yīng)了“移動互聯(lián)網(wǎng)+云計算”這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，因而促成了智能手機和平板電腦的爆炸式增長。很大程度上說，處理器內(nèi)核開放只是扮演著產(chǎn)業(yè)變革助推器的作用。
因此，在探討處理器內(nèi)核開放對企業(yè)級市場影響之前，應(yīng)該著重討論云計算帶來的影響。在Gartner發(fā)布了2011年第二季度服務(wù)器收入增長19.5%的大好形勢下，筆者寫了千字評論《品牌服務(wù)器市場危機暗伏》。它主要分析的是集群架構(gòu)作為云計算的主流硬件架構(gòu)，將計算系統(tǒng)的可用性提升到與品牌服務(wù)器相提并論的地步，從而使得服務(wù)器的品牌在云計算中心變得可有可無。而虛擬化對服務(wù)器利用率的數(shù)倍提升，意味著服務(wù)器市場需求的顯著減少。因此，當(dāng)云計算普及之日，便是品牌服務(wù)器危機來臨之時。
某種意義上說，谷歌的成功建立在谷歌基于x86芯片自行設(shè)計的服務(wù)器和存儲所提過的經(jīng)濟性上。而OpenPOWER聯(lián)盟的成立，使得谷歌有機會在提升性能的同時降低成本。可以說，處理器內(nèi)核開放將顯著降低云計算中心的運營成本，進而有效降低當(dāng)今最為重要的創(chuàng)新平臺——云計算平臺的應(yīng)用門檻。
而服務(wù)器芯片市場將會格外精彩。先是ARM在“叫嚷”進入服務(wù)器市場數(shù)年后，其64位架構(gòu)的Cotex-A57終于要在明年問世;AMD則在2012年通過收購微服務(wù)器廠商SeaMicro，完成了向服務(wù)器整機市場的跨界之旅;如今，IBM又借助于OpenPOWER向英特爾發(fā)起挑戰(zhàn)。
服務(wù)器芯片市場注定難以平靜，唯有甲骨文超脫其外，靜觀其變。
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SoC漸成氣候
蘋果iPhone成功的硬件基石是ARM，ARM的成功源于引領(lǐng)了SoC(片上系統(tǒng))這一半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)潮流。因此，SoC便成為探討IBM倡導(dǎo)的OpenPOWER聯(lián)盟如何影響產(chǎn)業(yè)必備的背景知識。
SoC風(fēng)行
集成電路加工工藝的不斷提高帶來兩個好處：一是提升了晶體管工作頻率，從而提高芯片的性能;而越來越多的功能集成到芯片中，豐富了芯片的功能。
以英特爾處理器為例，386處理器需要借助387協(xié)處理器芯片才能完成浮點運算，而到了486處理器時，便將協(xié)處理器集成到芯片中;多媒體指令集則是在PentiumMMX處理器上首次集成的，之后集成進來的還有SSE指令集、北橋、虛擬化等功能。
隨著晶體管集成度的提高，越來越多的功能電路模塊被集成到芯片中，漸漸地一些系統(tǒng)的大部分電路單元甚至整個電路都被集成到單個芯片中，于是，片上系統(tǒng)逐漸引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展潮流。
1994年，摩托羅拉推出FlexCore解決方案，容許用戶定制基于68000和POWERPC架構(gòu)的處理器。這被認(rèn)為是SoC芯片發(fā)展的雛形，從中可以看到SoC所具備的基本特征：第三方用戶自主定制、包含嵌入式處理器及系統(tǒng)電路、IP復(fù)用等。
如同軟件編程將一些常用的功能封裝成函數(shù)，用戶可以通過簡單的函數(shù)調(diào)用來有效地降低程序的復(fù)雜性一樣，面對日益復(fù)雜的芯片設(shè)計，半導(dǎo)體廠商會將芯片上常用的功能電路封裝起來，以便于今后重復(fù)使用時或授權(quán)第三方使用時，能夠有效降低設(shè)計復(fù)雜性。這種封裝起來的功能模塊被稱作為IP(知識產(chǎn)權(quán))核。
IP核通常分為三類：第一類是軟核，它用硬件描述語言HDL對功能電路進行描述，與制造工藝無關(guān);第二類是硬核，它封裝有完整的生產(chǎn)工藝，可以直接用于生產(chǎn);第三類是固核，它介乎于軟核和硬核之間，雖然與工藝相關(guān)，但卻不能直接用于生產(chǎn)。
因為有了IP核，高通、聯(lián)發(fā)科等智能手機芯片廠商或者蘋果等智能手機廠商就像吃自助餐一樣，從ARM公司以及第三方芯片設(shè)計公司那里購買處理器、GPU以及GPS、內(nèi)存、藍(lán)牙等各種IP核的授權(quán)，并與自己的IP核一道做到一個芯片中。
伴隨著晶體管集成度的提高，SoC所能整合的系統(tǒng)也日益復(fù)雜。如今，進入SoC市場的門檻也不斷提高，如果芯片上不包含嵌入式處理器在內(nèi)的系統(tǒng)電路，或者不復(fù)用IP，或者不采用深亞微米制程，你都不好意思說是SoC。
并非都是機遇
SoC的技術(shù)優(yōu)勢是明顯的。多個芯片整合到一個芯片中，首先是系統(tǒng)體積的縮小;而各個功能電路模塊的互聯(lián)從芯片之間變?yōu)樾酒瑑?nèi)部，大大縮短了引線長度，從而有效地提升了工作頻率，同時，芯片之間引線的消除，也有利于顯著提高系統(tǒng)的可靠性;此外，單一芯片替代多個芯片還將有助于降低制造成本和系統(tǒng)功耗。
體積小、功能全、功耗低、成本低、可靠性高、速度快，這些原本都是消費電子廠商刻意追求卻可遇不可求的性能，忽然一夜間讓SoC一下子端到消費電子廠商面前。聯(lián)發(fā)科的崛起就在于采用SoC的方式生產(chǎn)手機套片，從而為國內(nèi)南方大量不知名的功能手機制造商掃清了手機電路復(fù)雜性的障礙，使他們生產(chǎn)的功能手機在可靠性上并不輸給大品牌廠商，而在價格和滿足諸如4個喇叭等本地市場需求上比國際廠商更勝一籌。
盡管SoC把整機電路的復(fù)雜性屏蔽在單個芯片中，從而為系統(tǒng)用戶快速構(gòu)建產(chǎn)品并推向市場提供了便捷之路。但在SoC芯片設(shè)計過程中已經(jīng)存在著來自技術(shù)和商業(yè)方面的挑戰(zhàn)。
從通用芯片到SoC芯片，從市場上看，就是從市場全面覆蓋到針對特定市場段進行優(yōu)化，無疑，市場細(xì)分顆粒度越小，優(yōu)化的性能和功能越好，但市場需求量會隨細(xì)分而遞減，因此需要在細(xì)分顆粒度與滿足量產(chǎn)攤薄之間至少取得平衡，才不至于虧本。
此外，芯片廠商從以往通過系統(tǒng)廠商間接接觸市場變?yōu)橹泵媸袌?，由于SoC設(shè)計周期的存在，SoC廠商不僅要把握當(dāng)前市場的需求，更重要的是預(yù)測未來市場的需求，而產(chǎn)品生命周期較短的消費電子市場強化了這一風(fēng)險。整機廠商在SoC設(shè)計時，會由于對SoC相關(guān)的設(shè)計、制造和驗證不熟悉而延宕設(shè)計周期，從而在市場上遇到同樣的風(fēng)險。
技術(shù)上的挑戰(zhàn)則分布在SoC的設(shè)計、制造、測試和封裝等各個環(huán)節(jié)。此外，SoC的復(fù)雜性導(dǎo)致EDA(電子設(shè)計自動化)開發(fā)工具、流片、測試設(shè)備等投入的成本較高，從而擋住了一些小的或者新興的芯片設(shè)計公司進入。
而系統(tǒng)廠商將多個IP核聚合在一個芯片上，亦如核聚變反應(yīng)產(chǎn)生更高量級的能量，將深刻影響整個IT產(chǎn)業(yè)。
“第一絲微弱的晨光出現(xiàn)在東方。在這瞬間，好像從地殼底下升起一種并非這個世界的光。它是世界從未見過的日出。在這個時刻，永垂不朽的事跡出現(xiàn)了。時間停滯不前，空間變成一個小圓點，似乎天崩地裂。人們感到自己好像獲得了目睹‘世界誕生’的特權(quán)。”
唯一獲準(zhǔn)采訪美國原子彈研制計劃——曼哈頓工程的《媒體》科技記者勞倫斯，1945年7月16日在新墨西哥州大漠里目睹世界首顆原子彈試爆后這樣寫道。勞倫斯因其對原子彈研制和對日本核打擊的報道而獲得當(dāng)年普利策獎。
原子彈的威力來自重金屬元素的原子核被中子擊中后裂解為2~3個輕原子核并釋放能量的核裂變反應(yīng)。
盡管“軟件定義”已成為業(yè)內(nèi)的熱詞，軟件在IT產(chǎn)業(yè)所占的比重也日益增加，但軟件是跑在處理器之上的，因此可以說整個IT產(chǎn)業(yè)是構(gòu)建在處理器之上的。
長期以來，人們無論是在消費市場還是在企業(yè)級市場上看到的處理器都是打上型號和生產(chǎn)廠家的芯片。處理器作為最小的計算模塊不可細(xì)分，處理器由Intel、AMD、IBM等處理器廠商生產(chǎn)都是天經(jīng)地義的。
直到蘋果智能手機iPhone獲得巨大成功，人們這才發(fā)現(xiàn)處理器是可以繼續(xù)細(xì)分的，蘋果公司也可以生產(chǎn)自己的處理器。于是，智能手機的幕后英雄——ARM公司走到臺前，正是ARM開放處理器內(nèi)核的商業(yè)模式成全了智能手機和平板電腦等智能移動終端市場的繁榮。
8月7日，IBM、Google、NVIDIA、泰安電腦和Mellanox聯(lián)合宣布成立OpenPOWER聯(lián)盟，聯(lián)盟將提供先進的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲和圖形處理器(GPU)加速等技術(shù)，為下一代超大規(guī)模云計算數(shù)據(jù)中心的開發(fā)商提供更多的選擇、更強的控制和更好的靈活性。
直白地說，這些高端服務(wù)器芯片、搜索引擎、GPU加速、服務(wù)器主板和網(wǎng)絡(luò)廠商桃園結(jié)義的目的，就是要在服務(wù)器市場上“山寨”ARM的商業(yè)模式，意欲在服務(wù)器市場上再現(xiàn)ARM在消費電子市場的成功。
眾所周知，與核裂變相反，核聚變反應(yīng)是由多個較輕的原子核聚合成較重的原子核且釋放出能量，基于核聚變反應(yīng)的氫彈較之基于核裂變反應(yīng)的原子彈，威力更勝一籌。但鮮為人知的是，核聚變反應(yīng)需要在極高的溫度和壓強下才能進行，因此，必須使用原子彈作為扳機來引爆氫彈。換句話說，先有核裂變，再有核聚變。
類似地，處理器內(nèi)核開放所產(chǎn)生的能量將會深刻地影響到集成電路(IC)的產(chǎn)業(yè)格局。而諸如蘋果公司等系統(tǒng)廠商將多個第三方開放的IP(知識產(chǎn)權(quán))核“聚合”在一個芯片時所釋放出來的能量，影響的將會是整個IT產(chǎn)業(yè)。
上篇：產(chǎn)業(yè)演化與平臺領(lǐng)導(dǎo)力
透過產(chǎn)業(yè)形態(tài)演變的進程可以感觸到SoC如何從暗流涌動到成為產(chǎn)業(yè)潮流，而回顧廠商對平臺領(lǐng)導(dǎo)權(quán)的爭奪歷程，則會更深刻地認(rèn)識處理器內(nèi)核對芯片市場格局的影響。
集成電路產(chǎn)業(yè)細(xì)分演進
如同其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一樣，集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也經(jīng)歷了專業(yè)分工不斷深化的過程。
芯片生產(chǎn)通常分為設(shè)計、制造和封裝測試三個環(huán)節(jié)。早期的IC產(chǎn)業(yè)都是由整機廠商主導(dǎo)的，像通信廠商摩托羅拉自己就擁有規(guī)模相當(dāng)大的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)。上世紀(jì)70年代，英特爾這樣的集成器件制造廠商(IDM)開始主導(dǎo)芯片制造和封裝測試;到了80年代，在制造領(lǐng)域出現(xiàn)了臺積電這樣的代工廠(Foundry);進入90年代，IC設(shè)計領(lǐng)域又細(xì)分出了以ARM為代表的IP供應(yīng)商。
芯片產(chǎn)業(yè)中代工生產(chǎn)和IP設(shè)計兩種業(yè)務(wù)的獨立，使得高通等第三方處理器廠商和蘋果等系統(tǒng)廠商采用SoC方式(片上系統(tǒng))自行定制處理器成為可能。根據(jù)半導(dǎo)體市場研究公司ICInsight對1999年～2012年全球半導(dǎo)體市場的統(tǒng)計，F(xiàn)abless(無生產(chǎn)線)廠商銷售復(fù)合增長率為16%，而同期IDM廠商銷售復(fù)合增長率僅為3%。2012年Fabless銷售額已占到半導(dǎo)體市場27.7%的份額，從而強勁地沖擊著IDM模式。
集成電路產(chǎn)業(yè)細(xì)分的一個獨有的驅(qū)動因素是半導(dǎo)體市場日益高昂的投資和日趨激烈的競爭。
芯片制造業(yè)是知識密集型和資本密集型行業(yè)。隨著集成電路加工線寬的不斷縮小，建造一條45nm半導(dǎo)體生產(chǎn)線的投資已經(jīng)高達30億美元。高高的市場門檻讓中小半導(dǎo)體廠商望而興嘆。
線寬的不斷縮小，還意味著不同生產(chǎn)線的工藝寬容度的縮小。2002年三星生產(chǎn)的StrongARM處理器主頻已經(jīng)做到1.2GHz，而ARM對外提供的處理器IP的頻率只有400MHz。這是因為三星在設(shè)計和制造環(huán)節(jié)做了相互優(yōu)化，進而顯著提升了芯片主頻。而ARM當(dāng)時實力尚弱，難以對不同廠商的生產(chǎn)線進行優(yōu)化，因此，主頻自然上不去。
英特爾的核心競爭力在于同時擁有世界最強的設(shè)計團隊和最好的生產(chǎn)設(shè)施，便于兩者相互優(yōu)化，進而生產(chǎn)性能最佳的芯片。英特爾對工藝一致性的追求近乎苛刻，前CEO貝瑞特主導(dǎo)的“精確復(fù)制”計劃，就是為了讓英特爾分布在世界多個地方的工廠具有工藝一致的高水平制造環(huán)境。
英特爾用高昂的投資與芯片廠商AMD競爭，同時用設(shè)計與制造相互優(yōu)化來與缺少設(shè)計團隊的代工廠臺積電競爭。
在與AMD的競爭中英特爾賭贏了，2008年，AMD終于不堪投資的重負(fù)，將芯片制造業(yè)務(wù)剝離，成為Fabless企業(yè)。而在與臺積電的競爭中，臺積電不僅沒輸，還通過與ARM這樣的Chipless(無芯片)公司合作，實現(xiàn)了芯片設(shè)計與制造的相互優(yōu)化，在新的制程引入上與英特爾時間上相差不多，從而確保了代工芯片的高性能。
與此同時，ARM也發(fā)展壯大到足以針對特定代工企業(yè)的特定生產(chǎn)線進行優(yōu)化。如今，如果客戶要在臺積電代工，ARM則可以分別提供封裝基于臺積電性能優(yōu)化或功耗優(yōu)化的不同生產(chǎn)工藝的硬IP核，以滿足用戶對性能或者功耗的偏好。
爭奪平臺領(lǐng)導(dǎo)權(quán)
“標(biāo)準(zhǔn)為王”在整機產(chǎn)品上很大程度是通過對平臺的控制體現(xiàn)出來的?？刂屏似脚_，就等于主導(dǎo)了市場，也就意味著豐厚的回報，因此，平臺控制權(quán)的爭奪便顯得格外重要了。
平臺控制權(quán)的爭奪在個人計算市場可謂精彩紛呈。
1981年P(guān)C問世，IBM憑借PC開放的體系架構(gòu)擊敗蘋果，確立了其在個人計算市場大哥大的地位。但PC開放的架構(gòu)使得系統(tǒng)廠商難以控制，因此IBM在1985年推出基于286處理器的PC時，在主板上引入了專有的微通道總線，試圖通過排他的總線架構(gòu)來控制PC。
于是，英特爾與康柏聯(lián)手在1986年推出的基于386處理器的PC上引入開放的PCI總線，從而確保了PC的開放性。由于PCI總線是通過芯片組支持的，英特爾也第一次體會到平臺領(lǐng)導(dǎo)權(quán)的好處。
到了1991年，IBM提供RISC(精簡指令集)架構(gòu)的POWERPC處理器技術(shù)、摩托羅拉負(fù)責(zé)制造、蘋果負(fù)責(zé)整機生產(chǎn)并提供兼容機授權(quán)的POWERPC聯(lián)盟成立，目標(biāo)指向個人計算市場。聯(lián)盟成員個個出類拔萃，當(dāng)時RISC架構(gòu)較之x86的CISC(復(fù)雜指令集)架構(gòu)具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，摩托羅拉半導(dǎo)體部門1988年才從美國總統(tǒng)里根手上接過首個國家質(zhì)量獎，而蘋果電腦Macintosh及其操作系統(tǒng)也都令PC和Windows望其項背。但這樣一個夢之隊，卻因為摩托羅拉在制造POWERPC時主頻遲遲上不去，加之蘋果收回兼容機的授權(quán)，最終瓦解。
躲過了這一劫后，英特爾與微軟聯(lián)手分別在1997年、1998年、1999年和2001年“主編”了PC系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，而其他PC整機廠商只有參與的份兒。至此，英特爾和微軟徹底確立了在PC市場的領(lǐng)導(dǎo)地位，兩家公司獲得的市場回報是PC市場九成的利潤。
2003年，英特爾又通過WiFi無線通信平臺迅馳芯片組的發(fā)布，大大削弱了微軟的領(lǐng)導(dǎo)地位。
反觀ARM，雖然ARM架構(gòu)在智能手機市場份額上曾超過90%，但智能手機市場話語權(quán)掌握在操作系統(tǒng)廠商蘋果和谷歌手中，甚至高通、聯(lián)發(fā)科說話都比ARM有份量。
個中道理很簡單，PC平臺的控制力幾乎完全固化在處理器及芯片組中，因此，自然是英特爾說了算。而ARM這種只提供IP核授權(quán)的公司，難以將平臺控制力固化在芯片中。
此外，接受ARM這種商業(yè)模式的前提是能夠忍受很低的利潤回報。2012年基于ARM架構(gòu)的處理器全球出貨量創(chuàng)紀(jì)錄地達到87億顆，但當(dāng)年ARM全年營收只有9.1億美元，稅前利潤僅有4.1億美元。對比之下，2012年英特爾全年營收533.4億美元，稅前利潤為148.7億美元。ARM全年營收和稅前利潤分別只有英特爾的1/58和1/36。
中篇:IBM攪局與英特爾糾結(jié)
在IBM邁入向軟件轉(zhuǎn)型之路的今天，以為IBM開放POWER處理器內(nèi)核是為了賺大錢，那就大錯特錯了。OpenPOWER聯(lián)盟無疑將成為IBM進可攻、退可守的法寶。英特爾不得不接招，而且被逼入進退兩難的境地。
IBM開放內(nèi)核為哪般
從打孔機起家到稱雄大型機，從硬件公司轉(zhuǎn)向服務(wù)，近兩年又從服務(wù)轉(zhuǎn)向軟件，正是這些不斷的轉(zhuǎn)型成就了IBM百年老店之夢想。而“朝向高利潤領(lǐng)域”則成了IBM轉(zhuǎn)型的指北針。
從2005年5月把PC業(yè)務(wù)賣給聯(lián)想，到當(dāng)年6月蘋果宣布棄IBM的POWERPC處理器轉(zhuǎn)投英特爾處理器，IBM已經(jīng)退出個人計算市場。今年4月，坊間傳出IBM正與聯(lián)想洽談出售x86服務(wù)器業(yè)務(wù)，這已是業(yè)界公開的秘密。此舉表明，IBM有意從x86中低端市場退出。隨著微軟在今年6月宣布下一代Xbox將采用AMD處理器，曾經(jīng)一統(tǒng)微軟Xbox、索尼PS3和任天堂Wii三大游戲機平臺的POWERPC架構(gòu)，只剩下任天堂一家了。
市場上種種跡象印證了IBM在轉(zhuǎn)型中將不斷剝離低利潤硬件業(yè)務(wù)的做法。而處理器內(nèi)核開放后利潤率更低，這似乎與IBM向高利潤領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型路徑相悖。
事實上，POWER處理器相當(dāng)于IBM“帝國大廈”的地基，盡管深埋地下，但重要性不容置疑。夯實這一地基最有效的方式是擴大POWER架構(gòu)的用戶群，而在POWER被迫讓出游戲機市場大半江山后，擴張用戶群就顯得更加緊迫了。
IBM推出Linux專用主機、Linux服務(wù)器等“超值”主機和服務(wù)器，固然充滿了價格誘惑，但要讓其他平臺上的企業(yè)用戶大批遷移到POWER平臺上是不現(xiàn)實的，而將POWER架構(gòu)延伸到其他領(lǐng)域則可以起到一箭雙雕的作用，既壯大了自己，又打擊了競爭對手。
再看OpenPOWER聯(lián)盟中另一個重要成員谷歌。2006年，本報記者在舊金山采訪JavaOne大會時，與Sun公司負(fù)責(zé)媒體接待的主管同桌就餐。當(dāng)時谷歌是最熱的話題，于是，他也講了與谷歌相關(guān)的一件事。谷歌董事長兼CEO施密特曾約Sun董事長麥克尼利商談谷歌采用SunUltraSPARC處理器架構(gòu)事宜，由于施密特此前曾任Sun公司CTO，因此，麥克尼利還是用以前的口吻跟施密特交談，殊不知，此時的Sun已經(jīng)是虎落平陽，而谷歌正如日中天。結(jié)果搞得施密特很不爽，這樁大買賣也就泡了湯。
雖說谷歌基于x86處理器自行設(shè)計的服務(wù)器和存儲，在高密度、低功耗和經(jīng)濟性上具有很大的優(yōu)勢，但基于第三方授權(quán)處理器內(nèi)核構(gòu)建SoC芯片所帶來的成本與功耗效益，若經(jīng)過谷歌高達百萬計服務(wù)器和存儲的放大，經(jīng)濟效益將非?？捎^。因此，當(dāng)IBM有了開放POWER的想法，谷歌自然會積極響應(yīng)。
IBM開放POWER處理器內(nèi)核既可以讓POWER架構(gòu)搶占云計算高地，又讓去年才宣布在14nm時全面轉(zhuǎn)向SoC的英特爾進退維谷。
英特爾很糾結(jié)
“攤薄”是芯片產(chǎn)業(yè)重要的關(guān)鍵詞。以2011年為例，英特爾研發(fā)投入為83.5億美元，生產(chǎn)設(shè)施投入107.6億美元，再加上運營、人工等其他支出，構(gòu)成了天量成本，這些成本絕大多數(shù)要分?jǐn)偟叫酒?，因此，芯片銷量越大才能把成本攤得更薄。
通用處理器因為用途廣而成為攤薄的理想載體，而在通用處理器中x86處理器銷量遙遙領(lǐng)先，因此成為攤薄的最佳載體。英特爾每年才敢在研發(fā)和生產(chǎn)設(shè)施上大把花錢。如果不是來自外界的刺激，相信英特爾沒有理由放棄這一最掙錢的商業(yè)模式。
這一刺激首先來自ARM憑借IP授權(quán)的商業(yè)模式在消費電子市場攻城略地。雖說英特爾早在2002年春季英特爾開發(fā)商大會上就亮出擴展摩爾定律的主張，并欲藉此在通信領(lǐng)域重現(xiàn)PC產(chǎn)業(yè)的輝煌，但英特爾多年來在消費電子市場只見耕耘不見收獲。
這其中很大原因在于通用芯片難以滿足消費電子產(chǎn)品對體積小、功能全、功耗低、成本低、可靠性高、速度快的多方面的要求。
于是，英特爾在消費電子市場開始小心翼翼地探索。2009年與臺積電達成協(xié)議，由臺積電承擔(dān)部分凌動處理器的代工，以便在凌動處理器中添加第三方的IP核。這是英特爾成立40多年來首次將產(chǎn)品交由其他廠商代工，也是英特爾開放凌動處理器的嘗試。
英特爾之所以選擇凌動處理器進行嘗試，一則是因消費電子市場前景廣闊，繼智能手機和平板電腦之后，數(shù)字電視、可穿戴電腦都將大大拓展消費電子市場空間。消費電子市場因而成為英特爾必爭之地。再者，有酷睿和至強處理器帶來的豐厚利潤，英特爾也可以讓凌動在消費電子市場放手與ARM一搏。
然而，ARM很快就用超級大單搞定臺積電，使得凌動處理器在開放內(nèi)核上的嘗試不得不“淺嘗輒止”。
當(dāng)SoC率先在消費電子領(lǐng)域獲得巨大成功，并呈席卷整個產(chǎn)業(yè)之勢時，英特爾在2012年宣布從14nm開始全面轉(zhuǎn)向SoC，將不再生產(chǎn)通用處理器。
相對于ARM開放內(nèi)核的商業(yè)模式，英特爾此舉是種折中的辦法，既要針對特定的應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)化處理器，又可確保處理器的完整性，而處理器的完整性是確保英特爾平臺領(lǐng)導(dǎo)地位的前提。
盡管沒有開放處理器內(nèi)核，但英特爾全面轉(zhuǎn)向SoC之舉，在桌面和服務(wù)器市場上還是引領(lǐng)趨勢的。
然而，OpenPOWER聯(lián)盟的出現(xiàn)，使得業(yè)界對英特爾的關(guān)注熱點從是否轉(zhuǎn)向SoC，迅速轉(zhuǎn)移到是否開放處理器內(nèi)核上。
在處理器內(nèi)核開發(fā)的優(yōu)勢已經(jīng)在消費電子領(lǐng)域得到驗證后，POWER的首要任務(wù)是擴大用戶群而非指望POWER賺大錢，所以，IBM能夠忍受伴隨處理器開放而來的低利潤回報率問題。搶占云計算高端市場同時狙擊x86架構(gòu)在服務(wù)器市場向高端進犯，應(yīng)該是IBM較高的期待，最不濟也要采用圍魏救趙的方式，通過把x86服務(wù)器芯片的定價體系“攪和”了，來緩解x86服務(wù)器對RISC服務(wù)器的市場壓力。
此舉讓英特爾面臨艱難的抉擇。不開放處理器內(nèi)核，萬一IBM在服務(wù)器市場證明ARM的商業(yè)模式可行，英特爾將承受顛覆性的打擊。而開放處理器內(nèi)核，意味著其“生活水準(zhǔn)”一下子從“大魚大肉”跌倒了“粗茶淡飯”，最為關(guān)鍵的是將失去平臺話語權(quán)，這恐怕是英特爾最難以接受的。
下篇：迎接產(chǎn)業(yè)變革
x86服務(wù)器芯片市場正處在暴風(fēng)雨來臨之前的平靜，伴隨著ARM憑借低功耗從低端潛入、IBM借助OpenPOWER聯(lián)盟從高端打壓，x86服務(wù)器芯片市場必將風(fēng)浪四起?；蛟S，作為x86芯片市場“帶頭大哥”的英特爾，是時候出來應(yīng)戰(zhàn)了。
就IT產(chǎn)業(yè)而論，PC之所以顛覆了小型機，是因為PC能夠?qū)⒂嬎慵夹g(shù)擴散或者說普及得更遠(yuǎn)。而新一代主導(dǎo)技術(shù)“移動互聯(lián)網(wǎng)+云計算”則將云計算強大的計算能力通過智能終端擴散到無線網(wǎng)絡(luò)所能覆蓋到的區(qū)域，因而具有PC難以比擬的擴散能力。平板電腦和智能手機取代PC，主導(dǎo)個人計算市場也就不足為奇了。
ARM開放內(nèi)核的商業(yè)模式正好順應(yīng)了“移動互聯(lián)網(wǎng)+云計算”這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，因而促成了智能手機和平板電腦的爆炸式增長。很大程度上說，處理器內(nèi)核開放只是扮演著產(chǎn)業(yè)變革助推器的作用。
因此，在探討處理器內(nèi)核開放對企業(yè)級市場影響之前，應(yīng)該著重討論云計算帶來的影響。在Gartner發(fā)布了2011年第二季度服務(wù)器收入增長19.5%的大好形勢下，筆者寫了千字評論《品牌服務(wù)器市場危機暗伏》。它主要分析的是集群架構(gòu)作為云計算的主流硬件架構(gòu)，將計算系統(tǒng)的可用性提升到與品牌服務(wù)器相提并論的地步，從而使得服務(wù)器的品牌在云計算中心變得可有可無。而虛擬化對服務(wù)器利用率的數(shù)倍提升，意味著服務(wù)器市場需求的顯著減少。因此，當(dāng)云計算普及之日，便是品牌服務(wù)器危機來臨之時。
某種意義上說，谷歌的成功建立在谷歌基于x86芯片自行設(shè)計的服務(wù)器和存儲所提過的經(jīng)濟性上。而OpenPOWER聯(lián)盟的成立，使得谷歌有機會在提升性能的同時降低成本。可以說，處理器內(nèi)核開放將顯著降低云計算中心的運營成本，進而有效降低當(dāng)今最為重要的創(chuàng)新平臺——云計算平臺的應(yīng)用門檻。
而服務(wù)器芯片市場將會格外精彩。先是ARM在“叫嚷”進入服務(wù)器市場數(shù)年后，其64位架構(gòu)的Cotex-A57終于要在明年問世;AMD則在2012年通過收購微服務(wù)器廠商SeaMicro，完成了向服務(wù)器整機市場的跨界之旅;如今，IBM又借助于OpenPOWER向英特爾發(fā)起挑戰(zhàn)。
服務(wù)器芯片市場注定難以平靜，唯有甲骨文超脫其外，靜觀其變。
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SoC漸成氣候
蘋果iPhone成功的硬件基石是ARM，ARM的成功源于引領(lǐng)了SoC(片上系統(tǒng))這一半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)潮流。因此，SoC便成為探討IBM倡導(dǎo)的OpenPOWER聯(lián)盟如何影響產(chǎn)業(yè)必備的背景知識。
SoC風(fēng)行
集成電路加工工藝的不斷提高帶來兩個好處：一是提升了晶體管工作頻率，從而提高芯片的性能;而越來越多的功能集成到芯片中，豐富了芯片的功能。
以英特爾處理器為例，386處理器需要借助387協(xié)處理器芯片才能完成浮點運算，而到了486處理器時，便將協(xié)處理器集成到芯片中;多媒體指令集則是在PentiumMMX處理器上首次集成的，之后集成進來的還有SSE指令集、北橋、虛擬化等功能。
隨著晶體管集成度的提高，越來越多的功能電路模塊被集成到芯片中，漸漸地一些系統(tǒng)的大部分電路單元甚至整個電路都被集成到單個芯片中，于是，片上系統(tǒng)逐漸引領(lǐng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展潮流。
1994年，摩托羅拉推出FlexCore解決方案，容許用戶定制基于68000和POWERPC架構(gòu)的處理器。這被認(rèn)為是SoC芯片發(fā)展的雛形，從中可以看到SoC所具備的基本特征：第三方用戶自主定制、包含嵌入式處理器及系統(tǒng)電路、IP復(fù)用等。
如同軟件編程將一些常用的功能封裝成函數(shù)，用戶可以通過簡單的函數(shù)調(diào)用來有效地降低程序的復(fù)雜性一樣，面對日益復(fù)雜的芯片設(shè)計，半導(dǎo)體廠商會將芯片上常用的功能電路封裝起來，以便于今后重復(fù)使用時或授權(quán)第三方使用時，能夠有效降低設(shè)計復(fù)雜性。這種封裝起來的功能模塊被稱作為IP(知識產(chǎn)權(quán))核。
IP核通常分為三類：第一類是軟核，它用硬件描述語言HDL對功能電路進行描述，與制造工藝無關(guān);第二類是硬核，它封裝有完整的生產(chǎn)工藝，可以直接用于生產(chǎn);第三類是固核，它介乎于軟核和硬核之間，雖然與工藝相關(guān)，但卻不能直接用于生產(chǎn)。
因為有了IP核，高通、聯(lián)發(fā)科等智能手機芯片廠商或者蘋果等智能手機廠商就像吃自助餐一樣，從ARM公司以及第三方芯片設(shè)計公司那里購買處理器、GPU以及GPS、內(nèi)存、藍(lán)牙等各種IP核的授權(quán)，并與自己的IP核一道做到一個芯片中。
伴隨著晶體管集成度的提高，SoC所能整合的系統(tǒng)也日益復(fù)雜。如今，進入SoC市場的門檻也不斷提高，如果芯片上不包含嵌入式處理器在內(nèi)的系統(tǒng)電路，或者不復(fù)用IP，或者不采用深亞微米制程，你都不好意思說是SoC。
并非都是機遇
SoC的技術(shù)優(yōu)勢是明顯的。多個芯片整合到一個芯片中，首先是系統(tǒng)體積的縮小;而各個功能電路模塊的互聯(lián)從芯片之間變?yōu)樾酒瑑?nèi)部，大大縮短了引線長度，從而有效地提升了工作頻率，同時，芯片之間引線的消除，也有利于顯著提高系統(tǒng)的可靠性;此外，單一芯片替代多個芯片還將有助于降低制造成本和系統(tǒng)功耗。
體積小、功能全、功耗低、成本低、可靠性高、速度快，這些原本都是消費電子廠商刻意追求卻可遇不可求的性能，忽然一夜間讓SoC一下子端到消費電子廠商面前。聯(lián)發(fā)科的崛起就在于采用SoC的方式生產(chǎn)手機套片，從而為國內(nèi)南方大量不知名的功能手機制造商掃清了手機電路復(fù)雜性的障礙，使他們生產(chǎn)的功能手機在可靠性上并不輸給大品牌廠商，而在價格和滿足諸如4個喇叭等本地市場需求上比國際廠商更勝一籌。
盡管SoC把整機電路的復(fù)雜性屏蔽在單個芯片中，從而為系統(tǒng)用戶快速構(gòu)建產(chǎn)品并推向市場提供了便捷之路。但在SoC芯片設(shè)計過程中已經(jīng)存在著來自技術(shù)和商業(yè)方面的挑戰(zhàn)。
從通用芯片到SoC芯片，從市場上看，就是從市場全面覆蓋到針對特定市場段進行優(yōu)化，無疑，市場細(xì)分顆粒度越小，優(yōu)化的性能和功能越好，但市場需求量會隨細(xì)分而遞減，因此需要在細(xì)分顆粒度與滿足量產(chǎn)攤薄之間至少取得平衡，才不至于虧本。
此外，芯片廠商從以往通過系統(tǒng)廠商間接接觸市場變?yōu)橹泵媸袌?，由于SoC設(shè)計周期的存在，SoC廠商不僅要把握當(dāng)前市場的需求，更重要的是預(yù)測未來市場的需求，而產(chǎn)品生命周期較短的消費電子市場強化了這一風(fēng)險。整機廠商在SoC設(shè)計時，會由于對SoC相關(guān)的設(shè)計、制造和驗證不熟悉而延宕設(shè)計周期，從而在市場上遇到同樣的風(fēng)險。
技術(shù)上的挑戰(zhàn)則分布在SoC的設(shè)計、制造、測試和封裝等各個環(huán)節(jié)。此外，SoC的復(fù)雜性導(dǎo)致EDA(電子設(shè)計自動化)開發(fā)工具、流片、測試設(shè)備等投入的成本較高，從而擋住了一些小的或者新興的芯片設(shè)計公司進入。
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