传统半导体公司面临的新威胁

毅林

云计算给传统芯片企业带来挑战

推动技术巨头前进的是半导体行业运作方式的变化，以及人们日益意识到摩尔定律（该部门对芯片性能不断提高的基本假设）正在失效。无论是传统企业还是互联网软件公司，都正在寻找新的方法以提高性能。一直在寻求专业芯片的谷歌云部门的副总裁兼工程研究员帕塔·朗格纳森说：“摩尔定律已经存在了55年，这是它第一次出现实质性的放慢。”

云计算巨头的庞大规模给传统芯片生产商带来了挑战。过去，半导体制造商倾向于为通用应用设计其高性能半导体，零售市场则独霸一方，给普通客户的芯片更像挤牙膏。但现在，客户们有了更多选择。

“尽管英特尔在20世纪90年代比其所有客户都要大一个数量级，但现在客户的规模已经超过了供应商。”纽约资金管理公司的分析师杰米斯说，“因此，他们有更多的资本和更多的专业知识来定制芯片。”

5nm晶圆之所以贵，主要是工艺复杂，EUV多达14层，每一层都要动用ASML的Twinscan NXE光刻机，设备单价超1.2亿美元

按市值计算，英伟达现在是美国最大的芯片制造商，市值达到3300亿美元，英特尔的市值为2070亿美元。

集成电路发展经历了40余年的时间，由最开始的5微米到目前的5nm， 先进制程技术实现了1000倍的变化。进入10纳米以下制程的研发愈加困难，除了需要巨大的资金投入， 制程研发的速度也开始放缓。在这一高门槛的游戏中，目前全球制程竞赛玩家只剩下了台积电、三星、英特尔这三家寡头竞争，传统老牌格罗方得和联电已经退出竞争。

芯片制造商的定制服务成为趋势，这些芯片制造商根据合同生产其他公司设计的半导体。有助于技术巨头避免建造自己的芯片工厂的数十亿美元成本，比如中国台湾积体电路制造股份有限公司已跃居芯片生产技术的最前沿。这些变化使芯片设计公司ARM受惠，该公司出售在支付许可费后任何人都可以使用的电路设计。苹果公司是ARM的主要客户，所有自己制造芯片的大型科技公司也是如此。

亚马逊、微软和谷歌是三家市值都超过1万亿美元的巨擘公司。据估计，亚马逊、谷歌和微软各自在全球范围内的数据中心网络中运营数百万台服务器供自己使用，并将其出租给数百万云计算客户。在云计算领域，企业从亚马逊租赁服务器，而不再需要运营自主数据中心。在这些庞大的技术帝国中，即使是计算机性能的小幅提高，电源和冷却芯片成本的微小降低，也值得付出努力。

亚马逊数据中心芯片采用的是软银集团旗下ARM的技术，比第一代ARM芯片Graviton至少快20%。Graviton在2018年发布，面向更简单的计算任务，成本更低。如果未来亚马逊在芯片开发上的努力取得成功，那么将帮助其降低对英特尔、AMD服务器芯片的依赖。

副总裁戴维·布朗说，对于亚马逊，定制自己的处理器是一个显而易见的方向，因为通过淘汰大数据中心运营商不需要的旧软件和老的英特尔芯片，提高兼容性可以实现性能提升。

跳出垄断区域的亚马逊

谷歌是挑战芯片制造技术巨头的先驱

芯片制造一直被大制造商和设计公司垄断，迫使互联网科技大腕亚马逊、微软和谷歌竞相寻求提高性能和降低成本的方法，从而改变行业的力量平衡。

亚马逊在今年第三季度推出了新的定制芯片——AZ1神经边缘处理器，该芯片有望加快使用人工智能的算法从数据中学习的速度。该公司已经为其云计算部门（称为Amazon Web Services）設计了处理器，其中包括称为中央处理单元的计算机大脑。在今年远程工作期间，亚马逊、微软、谷歌和其他公司在云中获得了强劲的增长。商业客户对分析他们在产品和客户上收集的数据的需求也越来越高，这刺激了人们对人工智能工具的需求。

自研芯片要追溯到2015年，彼时亚马逊与AMD合作开发64位ARM服务器处理器，用于亚马逊的数据中心。AMD还在2016年推出了与亚马逊合作的ARM芯片，代号“西雅图”的Opteron A1100处理器，但后来亚马逊退出了与AMD的合作。

斥资3.5亿美元收购芯片厂商Annapurna Labs，这可以说是亚马逊在终端芯片的一次布局，作为全球最大的电商和云服务提供商，亚马逊过去几年一直在为其数据中心中的数百万台服务器研发芯片。

2018年12月， 亚马逊推出首款自研ARM架构云服务器CPU Graviton，旗下的AWS与三星风险投资、Avery Dennison共同参与了无线技术公司Wiliot公司价值 3000万美元的B轮投资，还和美国明石风投投资了AI芯片初创公司Syntiant。这一系列的投资和自研动作，都显示着亚马逊正在由“软”向“硬”演变。数十年来计算机和服务器都使用的是英特尔的CPU，但如今亚马逊自研芯片的成功，不但让该公司有了更多的选择，另一方面也助力亚马逊提升了自己与英特尔议价的能力。

谷歌的自研芯片梦

有苹果做参考，其它巨头也走上了芯片自研之路

智能手机和PC的制造商总是渴望为客户提供竞争对手无法提供的体验。过去供应商在争夺最好的人体工程学、软件和一些专有功能。然而现在风头则是争夺芯片主导权，苹果、华为和三星等公司的SoC已经在各个层面上脱颖而出。

据报道谷歌SoC代号为Whitechapel（白教堂），并且已經使用了一段时间，该处理器包含八个ARM内核和一些其他硅芯片，旨在加速谷歌的机器学习算法并提高谷歌 Assistant应用的性能。据报道，该芯片是使用三星的5LPE（5 nm）工艺技术制造的。由于新的移动SoC通常需要一年左右的时间才能进入商业产品，因此如果一切都按计划进行并且该芯片能够提供具有竞争力的性能，那么Whitechapel将在2021年下半年为谷歌的Pixel智能手机提供支持。

谷歌的芯片野心还远不止于Whitechapel，该公司正在考虑为其Chromebook开发处理器，但相对来说周期较长，目前在手机端积累经验很重要。对于拥有智能手机和PC抱负的谷歌来说，采用自家芯片使其Pixel智能手机和Chromebook脱颖而出，并将全新功能推向市场非常有意义。同时，如果谷歌想要令其Android和Chrome OS平台保持与Apple和Microsoft的竞争力，自主研发也是完美方案，因为在内部设计的芯片中实现某些功能要比说服第三者容易得多。

这一举动被视为对苹果自研处理器模式的靠拢，从“原生系统+最主流旗舰芯片”变为“原生系统+自研芯片”，谷歌的用意肯定不仅是想摆脱高通芯片的钳制，更重要的是想通过自研芯片实现更好的软硬件结合，使得安卓系统在自家硬件上发挥更大的性能优势。

自研芯片并不能在硬件利润上带给谷歌更多的价值，其中最有价值的地方在于将谷歌AI上面的优势通过软硬件的结合，在智能终端上得到更好的应用。

未来趋势

芯片行业分析师表示，到目前为止传统芯片制造商失去的业务尚且很少。所有基于ARM的定制处理器市场份额均不到1%。谷歌的AI芯片是迄今为止技术公司设计的最大数量的定制处理器，占所有AI芯片的10%。到今年12月份，英特尔CPU仍然占据着全球各大数据中心的服务器。

英特尔还投资了自己的AI处理器和其他专用硬件，包括去年以约20亿美元收购了位于以色列的哈伯纳（专注深度神经网络训练及优化的处理器平台）实验室。亚马逊公司旗下云计算服务平台AWS最近同意将哈伯纳的AI培训芯片放入其数据中心，该芯片明年可能投入运用。

英特尔数据平台集团首席战略官雷米·瓦扎内表示，哈伯纳在AWS上的芯片可能会挑战英伟达，后者长期以来一直是AI培训市场的主导者，他表示到2024年其市值将超过250亿美元。