芯片行业王者之战:Arm发布其架构的第九个版本

来源:siliconANGLE    2021-04-07 09:04:12

关键字: 英特尔 ARM

就在新任首席执行官Pat Gelsinger宣布英特尔公司的重塑计划正好一周之后,Arm发布了其架构的第九个版本,并且提出了该公司对下一个十年的愿景。

作者:DAVE VELLANTE

更新时间:美国东部夏令时2021年4月3日13:02

就在新任首席执行官Pat Gelsinger宣布英特尔公司的重塑计划正好一周之后,Arm发布了其架构的第九个版本,并且提出了该公司对下一个十年的愿景。我们相信Arm的方向是强大而且引人注目的,因为该公司结合了端到端的功能,从边缘到云,从数据中心到家庭,可以说是无所不包。

此外,该公司还在Arm的模型上加倍下注,让生态系统合作伙伴能够增加可观的价值,同时又能够保持对前几代软件的兼容性。我们认为这一点非常重要,因为各种需要专用硅的用例在市场上迅速扩展,而在我们看来,到目前为止,Arm的架构是抓住这股浪潮的最佳选择。

在本篇Breaking Analysis系列文章中,我们会解释为什么我们认为这一公告非常重要,以及它对英特尔和更广泛的技术版图来说意味着什么。我们还将与你分享上周在theCUBE社区里收到的一些反馈,以及一些英特尔、IBM、三星电子、台积电和美国政府对半导体技术版图内的变化的看法。

对英特尔IDM 2.0的竞争回应

英特尔的公告包括三大块主要内容:1)坚持其内部工厂网络战略; 2)增加对外部代工厂的使用,以及3)成立新的准独立生产业务部门。

在过去的一周里,有两条新闻值得注意,它们都与英特尔的新方向直接相关:Armv9新闻以及台积电计划在未来三年内在芯片制造和开发方面投资1000亿美元。

这是一笔很大的投资,似乎比英特尔计划从2024年开始在美国启动两个新的晶圆厂的200亿美元的投资规模更大。你可能还记得,早在2019年,三星就表示要投资1,160亿美元扩充该公司的生产能力,改变该公司专注内存芯片的状况。

为什么要急于投资以及这种做法是否会导致供过于求?

为什么所有这些公司都变得如此积极,这种状况又会不会导致芯片过剩?首先,中国规模庞大,并打算占领其本地市场,这将反过来为其在全球范围内带来优势。其次,目前芯片短缺的情况很严重,人们认为这种情况还将持续十年甚至更长的时间。正如我们在上周的文章中所说的那样,我们看到了一个新的需求拐点,它源自于数字化、“物联网”、云计算、汽车和家庭中的新用例。

至于供过于求,这些制造商们认为需求将无限期地超过供应,而他们明白缺乏制造能力比供应过剩更加糟糕。如果市场上的产能过剩,制造商们可以削减产量并承担财务损失。相比之下,产能不足则意味着你可能会错过整个增长周期以及批量学习曲线和降低成本带来的好处。因此,他们全都全力以赴。

Arm发布了什么以及为什么这次发布的内容如此引人注目

英特尔新战略的关键要素是Pat Gelsinger的封装系统愿景。这是一次超越片上系统(或称之为SoC)的大胆尝试。在一项大胆的架构举措中,Arm也在采用类似的系统方法。但是,在我们看来,它甚至比Pat提出的愿景还要广泛。Arm瞄准的是各种各样的用例,如下图所示。

Arm的基本理念是,未来将需要高度专业化的芯片。就像你在Pat的声明中回忆起的那样,英特尔也同意这一观点。而两家公司的不同之处在于,在过去几十年中,Arm一直在执行一项战略,该战略允许生态系统合作伙伴灵活地进行定制化和增值。英特尔则是现在才终于开始采取行动,希望能够抓住未来——但是未来已至,英特尔则需要花上很多年的时间才能做好准备。

Arm和Intel的模式对比

历史上,Arm采用的生态系统的方式和英特尔的模式大不相同。Arm本就是为了生产适合特定应用的专用芯片而生的。例如,想想iPhone中从指纹到人脸识别等功能在内的人工智能技术的数量。这需要苹果公司为了特定用例设计的专用神经处理单元或者称之为NPU的组件。Arm正在协助创建这些由生态系统合作伙伴设计和生产的专用芯片。

另一方面,英特尔一直以来围绕着x86架构的构建都采用了通用的方法。英特尔的设计一直致力于提高处理器的速度、密度、增加矢量处理以适应人工智能等方面的工作。而且英特尔负责设计并制造产品以满足生态系统中所有专业化的需求。

英特尔和该公司的生态系统享有的最大优势在于x86架构易于理解并且非常可靠,而且绝大多数企业软件都是运行在x86架构之上。因此,这种局面对于微软和VMware这样的软件公司而言尤其有利可图,他们通过编写在x86上运行非常出色的代码实现了其大部分的增值。拥有一致、稳定的处理器平台是一种优势,这种局面支撑了软件市场的大规模增长。

所以你可以看出,Arm和英特尔在历史上采用了非常不同的模式,上周Gelsinger誓言要用新的可信任晶圆代工厂策略改变局面时也提到了这一点。

Arm的方法非常适合未来

让我们来看一个例子,这个例子有助于说明Arm的模式有多么强大。

想想亚马逊网络服务公司(AWS)正在开发自己的Graviton芯片。或者想想苹果公司正在设计的M1芯片。或者是特斯拉公司正在设计自己的芯片。又或者是上图中显示的其他任何一家公司的用例。

特斯拉的案例非常具有指导意义。为了优化视频处理,特斯拉需要在NPU中为其涉及视频处理的特定用例增加固件。使用Arm架构现成的中央处理单元或者图形处理单元和组件没什么不好,这样还可以充分利用Arm的标准。但是特斯拉看到了在NPU中增加自身价值的机会。这种模式的优势在于特斯拉可以在不到一年的时间内完成流片,而使用传统模式则需要花费很多年的时间。

Arm就像可定制的乐高积木一样,可以让生态系统合作伙伴实现独特的增值,并加快上市时间。特斯拉从流片(也可以说是逻辑上的流片,如果你喜欢这么说的话)时就对三星表示,“好吧,请用你的生产流程这样做”,一切都按照广告的方式进行。有趣的是,特斯拉选择了14纳米工艺以降低成本——它不需要最新的技术和最大的密度。关键在于要能够灵活地适应应用程序并快速上市。

Gelsinger在公告中表示,英特尔打算将其代工厂转向Arm的模式。该公司必须这么做。但是,正如我们上周指出的那样,代工厂是完全不同的业务,有着完全不同的利润率模型、关系、市场进入策略,以及——最重要的是——批量要求。

评估Armv9

Armv9有什么特别之处?

Armv9向下兼容前几代产品。同样,Arm添加了一些附加功能。在本文中,我们将重点介绍以红色突出显示的两个区域,即机器学习部分和安全性。

请注意这个数字:3000亿个芯片。这是个很大的数量,我们曾经说过Arm晶圆的数量是x86的10倍。大批量意味着成本降低,而这对于代工业务来说至关重要。这一点我们稍后再讲。

押宝人工智能和机器学习:趋势就是你的朋友

Armv9体系结构的关键组件是其可扩展矢量扩展2(Scalable Vector Extension 2)——或者称之为SVE2,该组件旨在提供更精细的数据并行性并让每条指令完成更多的工作。这将支持跨各种用例(例如语言处理、可视化、动态定价、欺诈检测等)的、日益强大的机器学习应用程序。

和其他很多公司一样,Arm也将赌注押在了人工智能和机器学习方面,下面的图标显示了这样做的原因。

上图显示了来自1,200多名受访者的企业技术研究支出数据。请注意,机器学习/人工智能在纵轴上排在顶端,这是Net Score——衡量支出速度的一项指标。横轴是市场份额或者数据集的存在。我们给予这个版块四颗星,以表示其在每个季度调查中展现出的恒定领先优势。

因此,对于Arm来说,在其体系架构中提升特定机器学习功能是一笔非常安全的“赌注”。

安全是重中之重

在“愿景日(Vision Day)”上,Arm谈到了机密计算体系架构(Confidential Compute Architecture)和Realms的概念。

请注意,左侧显示的是数据“旅程”和不同的用例——以及一位来自一家大型公共航空公司的首席信息安全官在ETR Venn圆桌会议上的呼吁,他指出了端点变化增加了威胁向量。

Arm公告中的一些内容确实很能够引起共鸣。解释一下Arm的说法,今天,人们对运行应用程序的操作系统、虚拟机监控程序抱有太多的信任。而它们对数据的广泛访问则给黑客们带来了可乘之机。图中右侧所示的Arm的Realms概念强调了该公司的战略,即消除虚拟机管理程序等特权软件需要能够查看数据的假设。因此,通过在虚拟的多租户环境中创建Realms,可以更好地保护数据免受内存泄露的侵害——这是黑客主要的机会。

这是一个优雅的概念,也是系统将租户的数据与其他用户隔离的一种方法。

来自社区的反馈:英特尔并没有错过手机,而是错过了智能手机

在这里,我们希望分享一下对于我们上一篇关于英特尔的文章的反馈意见。

花旗(Citi)的一位技术主管指出,英特尔其实并没有错过手机,而是错过了智能手机。尽管这是一个微小的区别,但认识到这一点很重要。英特尔在首席执行官Paul Otellini的领导下与Centrino合作促进了WiFi的发展。可是Paul Otellini不是一名工程师,他只有市场营销的背景。具有讽刺意味的是,英特尔之所以致力于发展WiFi连接,目的是为了让笔记本电脑可以使用机场和咖啡馆的热点,从而变得更加有用,而这种技术却推动了智能手机革命。也许这让英特尔对智能手机的感觉变得更加糟糕——因为该公司过于埋头于个人电脑,以至于看不到即将到来的未来。

我们收到的其他反馈都是关于我们对IBM业务的分析以及我们对英特尔、IBM和三星创建三方合资企业的预测。

IBM、三星、GlobalFoundries和美国政府的角色

请记住,我们说过,IBM在从内存中分解计算并在不同类型处理器之间共享内存池方面拥有最好的技术——Power 10。我们将在稍后再讲这个问题。

IBM在首席执行官Ginni Rometty的领导下重组其微电子业务时,促成了同GlobalFoundries Inc.的合作,后者接管了IBM在纽约州东费西基尔的半导体制造厂。我们相信IBM从垂直整合领域退出实际上是由该公司现任首席执行官Arvind Krishna设计的。顺便说一句,GlobalFoundries在2019年的时候曾经宣布计划出售该工厂——只是那个计划没有成功。

让我们回顾一下历史,GlobalFoundies成立于2009年,当时,高级微设备制造公司(Advanced Micro Devices Inc.,即AMD)退出了制造自己芯片的业务。2009年,他们的新工厂在纽约州奥尔巴尼郊外的马耳他(Malta)破土动工。GlobalFoundries那时计划在马耳他工厂生产一些最先进的技术,包括最终的7纳米产品。

上面的插图显示了GF在马耳他的设施。AMD和IBM承诺将由GlobalFoundries制造他们的7纳米芯片,但该工厂放弃了7纳米技术,这就迫使IBM和AMD只能去其他地方寻求最新和最好的技术。十多年来,三星、IBM和GlobalFoundries一直在就先进技术的通用设计规范进行合作。

但是GlobalFoundries正在亏损,其私人支持者可能会希望部分收回过去几年里在这家晶圆厂投资的210亿美元资金。GlobalFoundries的首席执行官Tom Caulfield已经表示该公司即将进行IPO。这一切在这些公司之间造成了一些裂痕,并且相对于马耳他工厂最初的愿景留下了一个漏洞。这也让美国相对于中国处于弱势地位。

英特尔、IBM和美国政府

就英特尔而言,它拥有出色的鳍式场效应晶体(FinFet)技术。FinFet超越了CMOS——你要是对大型机还有印象,可能还记得IBM在ECL上大放异彩并转移到CMOS的时代——嗯,这是下一代产品,它让英特尔可以领先于AMD的Chiplet IP——特别是在延迟方面。这对于IBM来说可能有一些益处。

现在,尽管Krishna已经成了英特尔公司的代言人,并且他显然对IBM的半导体战略有着深刻的理解,但我们还是认为Dario Gil才是关键人物。他是IBM研究院的高级副总裁兼总监,英特尔在公告中特别提到了IBM的这个部门。他还可以同英特尔进行一些知识共享——可能是在分类架构有关的方面。

IBM为什么要这样做?好吧,因为他们希望能够更有效地与VMware进行竞争,VMware在利用x86方面做得很好——这是OpenShift的最大竞争对手。因此,Krishna需要英特尔的芯片来执行他的云战略,因为IBM几乎所有的客户都在x86上运行应用程序。

真正令人感到有趣的是纽约州的参议员Chuck Schumer热衷于在纽约建立硅谷的替代品——即“硅巷”(Silicon Alley)。

那么,拥有出色工艺技术的英特尔是否有可能与美国政府、IBM和三星携手,在纽约的代工厂大展拳脚,以此作为其可信赖的代工厂战略的一部分并改组奥尔巴尼的工厂?

这听起来是不是有点像“权利的游戏”了?

批量大小仍然是代工厂的关键

拼图中还有另外一块。台积电在为苹果公司提供5纳米甚至是4纳米的产品已经耗尽心力,以至于该公司失去了一些其他的客户——也就是英伟达。请记住,长期竞争力和成本的降低取决于批量的大小。而且我们认为,如果没有Arm,英特尔将无法实现量产。

也许我们制定的合资战略有点牵强,鉴于三星在韩国的巨额投资,该公司可能不愿意参与其中——尽管我们认为这仍然是一个可行的方案。但是,如果英特尔在IBM和美国政府的帮助下成为了实际意义上的可信赖代工厂,那么它就可以通过吸引一些对台积电不满的客户,从而在数量规模上与之竞争。

这种情况要如何发生呢?让我们假设英伟达对台积电不太满意,因为该公司必须排在苹果公司的后面。那么英伟达为什么不接受英特尔的代工厂作为自己的第二个生产来源呢?而亚马逊网络服务公司、谷歌和脸书呢?也许这是一种能够安抚美国政府并放松反垄断执法的方式:把我们的业务交给英特尔的工厂以确保美国在半导体领域的领导地位,如果是这样的话,也许美国政府内部的争议就会少很多。而且微软——即使该公司没有受到太多的反垄断审查——可能也会乐于伸出援手。

而且,苹果为什么不希望拥有能够提供先进技术的国内资源呢?Gelsinger就是会做这类事情的人,因为他会和公共政策领域的人保持良好的关系。

这会给英特尔带来竞争优势吗?是的,会的。可以肯定的是,如果它能够获得这些公司的信任,那么它能够拥有的产品数量规模就会很大。

正如我们已经说过的那样,目前这还只是遥遥无期的构想,需要数年的时间才可能变成现实。但是在这种情况下,一切都联系在一起,赌注也是非常之高。

英特尔正在为自己的命运而战——也是为了一个国家的竞争力而战

不要搞错了,这次的赌注比以往任何时候押注英特尔都要高,因为这已经超越了一家公司的生死存亡。我们在谈论的是一个行业的生存和整个国家的竞争力。

如同我们在Clay Christensen钢铁行业的例子里所强调的那样,来自中国的威胁不容小觑。长期竞争力的关键绝对在于生产的批量规模。

Arm和台积电都对英特尔的举动做出了回应。由于监管机构和竞争对手的反对,英伟达对Arm的收购仍然具有不确定性,但如果英伟达能够成功实现收购,Arm将会变得更加强大。

Arm宣布了该公司打算与英特尔保持一致,超越SoC,但仍然采用的是完全外包的策略。英特尔必须——而且我们认为他们也将能够继续保持其在市场上的高端地位,但是Arm将继续在企业中攻城略地。

英特尔最大的与众不同之处在于它的集成设备制造(Integrated Device Manufacturing)——或称之为IDM战略。纵向整合是一个漫长的过程,并带来质量和成本方面的优势。但是如果没有大批量生产,英特尔将无法在成本上竞争,实际上甚至可能会破产。

因此,英特尔在成功实施其代工策略方面面临着巨大的压力,而这仍然是一项高风险、高回报的冒险。美国政府的作用是减少这种风险并提高英特尔生存的可能性,同时继续维持该国在半导体行业的领导地位。

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