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WindowsonARM(WOA)及ChromeOSonARM(COA)的PC产业新生态链。在Qualcomm推出第一代骁龙1000(Snapdragon1000)全时互联计算机(AlwaysConnectedPC,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,x86PC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。
AMDEPYC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AMDEPYC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EPYCROME服务器CPU原型,此款CPU不只采用全新Zen2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EPYCCPU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-BrianKrzanich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Intel10nm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Intel10nm工艺,要等到2019年底的PC处理器IceLake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AmazonWebService(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2.3GHz64-bitGraviton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AnnapurnaLabs,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IntelXeon和刚引入AMDEpyc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PeterDeSantis表示,使用GravitonCPU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DRIVEConstellation与DRIVEPegasus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DRIVEConstellation)合作,显而易见的,NVIDIA正独霸自动驾驶市场。DRIVEPegasus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DRIVEPegasus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ProjectDenver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SteveScott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MacOS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,MacBookPro的T1与iMacPro中的T2加密芯片、AirPods中的W1、AppleWatch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IntelCPU。
Anandtech近期对iPhoneXs/XsMax进行全面基准测试,研究了A12Bionic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MacPC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iPhone7S系列、iPhone8系列、iPhoneX系列一直加强与Intel的合作。Apple的选择将改变Intel5G基带芯片的命运,也可能延续了MacCPU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、ARM5nm笔电芯片架构强势逆袭,Windows及ChromeOS叛逃
手机和平板用的芯片一般都是用ARM架构的RISC(ReducedInstructionSetComputing,精简指令集)CPU,而一般台式或笔电用的是Intel和AMDx86架构的CISC(ComplexInstructionSetComputing,复杂指令集)CPU。RISCCPU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,CISCCPU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,ARMCPU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IntelCorei5-7300U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(WindowsOnARM,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(ChromeOSonARM,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Snapdragon835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(ChromeOSonARM,COA),也会采用Snapdragon845处理器。
虽然ChromeOS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ChromeOS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ChromeOS。而Windows在2017年底,才只占有22%。虽然在全球的教育市场,ChromeOS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ChromeOS的个人平板,这等于是告诉大家,Google选择让ChromeOS成为平板和PC的未来方向,主要是因为ChromeOS本质上是支援Intelx86处理器的操作系统,而且ChromeApp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ChromeOS上运行。如此一来,Chrome反倒成为WindowsonARM的连结关键,从真正的实用角度看,应该是ChromeAppforWindowsOnARM(CAWOA)。Google建立起Windows、Android与ChromeOS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,CAWOAPC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Snapdragon8cx,适用于Windows笔电、平板和Allinone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7nmCPU和GPU,使用新的Adreno680ExtremeGPU,速度是Snapdragon850处理器的两倍,能源效率提高了60%,还可以同时支援两个4KHDR外部显示器(以前只能支持一个)。
在CPU方面,Qualcomm宣称其Snapdragon8cx的性能,可以与大多数轻薄笔电上的Intel15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"(AlwaysConnectedPC,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Snapdragon1000在操作系统与应用软件上的短版,第二代Snapdragon8cx,不仅加入支持DirectX12API,与更多应用服务平台连结,同时因为加入了支持Windows10Enterprise,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,Snapdragon8cx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「ProjectStream」,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。ProjectStream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。ProjectStream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ProjectxCloud,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、AmazonGraviton、iPhoneA12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ARMCortexA72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7nmLPP工艺,但11月中所推出的新一代旗舰型移动处理器Exynos9820,出乎市场意料的采用10nm加强版的8nmLPP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Exynos9820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7nmLPP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/3DIC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ICinsights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NANDFlash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-PingLu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Exynos9820SOC,采用自家8nmLPP工艺。CPU部分,选择了2+2+4的三丛簇架构,有两颗自研的MongooseM4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Exynos9810提升了7倍。
Qualcomm的Snapdragon5G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Qualcomm7nm的两个芯片方案:Snapdragon855手机芯片,及Snapdragon8cxPC芯片,虽然三星没有透漏未来采用7nmLPP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7nmLPP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TOP100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TOP100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ARM64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-2000plus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CPUE5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,PCCPU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CAWOAPC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、ChromeOS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CAWOAPC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GordonMoore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IceLake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Windows10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(BusinesstoBusinessandtoConsumer)转换到专注高获利且稳定营收的B2B(BusinesstoBusiness)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(CES2019),Intel透露了自家的AI处理器Nervana、10nm服务器处理器、10nm5GSoC系统级芯片、下一代CascadeLake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"SunnyCove"微架构PC处理器平台"IceLake"、下一代超轻薄PC"ProjectAthena"、全新混合CPU架构和3D封装技术的平台"Lakefield"等等。Intel宣称,ProjectAthena将是一种新型高级笔电,使用"IceLake"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!
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