本文來(lái)自半導(dǎo)體行業(yè)觀察，作者/李壽鵬。
自2014年集成電路發(fā)展綱要發(fā)布以來(lái)，國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。
據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)繼續(xù)過(guò)去幾年的快速、平穩(wěn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，產(chǎn)業(yè)總營(yíng)收在2021年更是首次突破萬(wàn)億元達(dá)10458.3億元，同比增長(zhǎng)18.2%。其中，設(shè)計(jì)業(yè)銷售額為4519億元，同比增長(zhǎng)19.6%；制造業(yè)銷售額為3176.3億元，同比增長(zhǎng)24.1%；封裝測(cè)試業(yè)銷售額2763億元，同比增長(zhǎng)10.1%。
中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)過(guò)去五年的銷售狀況
（source：中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)）
從上圖可以看到，雖然國(guó)內(nèi)集成電路的增長(zhǎng)速率稍有下滑，但都保持15%以上的同比增幅，整體市場(chǎng)都是在穩(wěn)步上升之中。然而，對(duì)于國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在還遠(yuǎn)沒有到慶祝的時(shí)候。
如不少專家所說(shuō)，過(guò)去幾十年的國(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展，大多以簡(jiǎn)單芯片和直接“me too”的國(guó)產(chǎn)替代為主。然而，隨著全球需求的變化、上游技術(shù)的更新和國(guó)際格局的風(fēng)云變幻，這已經(jīng)不能滿足我們國(guó)內(nèi)龐大的需求，這就倒逼國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入深水區(qū)。“大芯片”就是其中一個(gè)重要方向。
但和本世紀(jì)初的篳路藍(lán)縷不一樣，現(xiàn)在的國(guó)產(chǎn)大芯片站在了新的起跑線。
廿載耕耘：從手機(jī)走向數(shù)據(jù)中心
關(guān)于什么是“大芯片”，其實(shí)行業(yè)內(nèi)并沒有固定的定義，但大家都約定俗成地把類似手機(jī)和設(shè)備中類似CPU、GPU、DSP以及近些年來(lái)流行起來(lái)的DPU和AI芯片等都稱為大芯片。大家耳熟能詳?shù)挠⑻貭?、英偉達(dá)、AMD、高通、聯(lián)發(fā)科和Marvell等全球領(lǐng)先芯片公司都是典型的大芯片龍頭。
2021年一季度的全球TOP 10芯片設(shè)計(jì)公司
（source：集邦咨詢）
在芯片產(chǎn)業(yè)過(guò)去幾十年的發(fā)展中，這些不同領(lǐng)域的大芯片龍頭都是經(jīng)歷多輪搏殺而存活下來(lái)的。特別是在臺(tái)積電于1987年成立并推動(dòng)Fabless產(chǎn)業(yè)的繁榮以后，芯片（包括大芯片）設(shè)計(jì)企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)尤為激烈。
以2000年左右的網(wǎng)絡(luò)浪潮時(shí)期為例。在當(dāng)時(shí)，瘋漲的互聯(lián)網(wǎng)泡沫吸引美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)投資和高科技公司爭(zhēng)相建造下一代基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，而為應(yīng)對(duì)預(yù)期的互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸，他們就就把目光投向了能夠處理更多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和不斷增長(zhǎng)數(shù)據(jù)速率的網(wǎng)絡(luò)處理器。據(jù)不完全估計(jì)，當(dāng)時(shí)圍繞著這類處理器，就誕生了數(shù)十家的初創(chuàng)公司。但截至2007年，只有Cisco Systems、Marvell、飛思卡爾（Freescale）、Cavium Networks、AMCC、英特爾和Ezchip等公司還在大量銷售網(wǎng)絡(luò)處理器。
這足以證明大芯片競(jìng)爭(zhēng)的殘酷，但勝利者的豐厚回報(bào)率在過(guò)去幾十年的中一直驅(qū)動(dòng)企業(yè)因應(yīng)市場(chǎng)需求前赴后繼地投入到大芯片的角逐中去。如在國(guó)內(nèi)，就在過(guò)去十幾年的移動(dòng)設(shè)備浪潮中跑出了多家大芯片“贏家”。
2000年前后，中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部（工信部前身）發(fā)布了“18號(hào)文件”，鼓勵(lì)軟件與集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這就吸引了一批海外人士準(zhǔn)備回國(guó)創(chuàng)業(yè)，中國(guó)手機(jī)芯片巨頭展訊（現(xiàn)在的展銳）就是在這個(gè)階段成立的，這也是國(guó)產(chǎn)大芯片發(fā)展上值得寫下濃厚一筆的成功嘗試。與此同期，瑞芯微和炬力相繼成立，他們和之后幾年成立的華為海思以及全志都成為移動(dòng)時(shí)代的國(guó)產(chǎn)大芯片先驅(qū)。從某種意義上看，這也是國(guó)產(chǎn)大芯片首次在終端設(shè)備新浪潮中發(fā)出了“中國(guó)聲音”。
國(guó)產(chǎn)大芯片在移動(dòng)端步步為營(yíng)的同時(shí)，也同時(shí)在另一個(gè)龐大的電子終端市場(chǎng)——PC上萌芽。當(dāng)前幾個(gè)國(guó)產(chǎn)PC芯片廠商：龍芯最早可以追溯到2001年成立的“龍芯課題組”，他們是從MIPS切入處理器；飛騰團(tuán)隊(duì)則是從1999年開始投身Arm CPU研發(fā)。
到了21世紀(jì)第二個(gè)十年，國(guó)內(nèi)又迎來(lái)了兆芯和海光這兩家X86處理器廠商。他們分別通過(guò)與威盛和AMD合作，拿到了X86的架構(gòu)授權(quán)，走上了國(guó)產(chǎn)CPU的不同新道路——前者以電腦為第一個(gè)落腳點(diǎn)，后者則首先聚焦數(shù)據(jù)中心。
也就是從海光成立的那一年開始，國(guó)產(chǎn)大芯片跨入了數(shù)據(jù)中心階段，而這一切要從2012年說(shuō)起。
四波浪潮：從AI芯片走向CPU
在半導(dǎo)體行業(yè)觀察之前發(fā)表的文章《英偉達(dá)的AI芯片霸主之路》里有描述：“2012年，深度學(xué)習(xí)開山鼻祖之一的Geoff Hinton的學(xué)生Alex Krizhevsky成功訓(xùn)練出了深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)AlexNet，并憑借該網(wǎng)絡(luò)在圖像分類識(shí)別領(lǐng)域大幅提升了性能（15%的錯(cuò)誤率，比第二名真正高出了十個(gè)絕對(duì)百分點(diǎn)），從而成為人工智能的標(biāo)志性事件。而這個(gè)創(chuàng)舉是他使用英偉達(dá)的GPU實(shí)現(xiàn)的。”
GPU及其生態(tài)CUDA是英偉達(dá)一家的天下，但市場(chǎng)卻無(wú)限大，因?yàn)榭吹綄Ｓ肁I芯片在訓(xùn)練斷和推理端的潛力，全球便掀起了一場(chǎng)轟轟烈烈的AI芯片創(chuàng)業(yè)潮，如Graphcore、Cerebras Systems、Habana Labs（已經(jīng)被intel收購(gòu)）和Hailo等就是典型的代表。這也是國(guó)產(chǎn)近年來(lái)爆發(fā)的第一波大芯片浪潮，包括百度昆侖、燧原科技、地平線和寒武紀(jì)等一眾巨頭就是在這波熱潮中成長(zhǎng)起來(lái)，更多新企業(yè)也在AI熱中百花齊放、百家爭(zhēng)鳴。
在此期間，還冒出了英偉達(dá)的另一類挑戰(zhàn)者——GPU初創(chuàng)公司，這也是筆者所看到的國(guó)產(chǎn)大芯片創(chuàng)業(yè)第二波。
熟悉英偉達(dá)的讀者應(yīng)該知道，這家GPU巨頭擁有兩系列的產(chǎn)品線，分別是瞄準(zhǔn)圖形應(yīng)用的圖形GPU和瞄準(zhǔn)AI應(yīng)用的GPU，這系列產(chǎn)品也是大家所說(shuō)的GPGPU。在海外，英特爾和AMD正在從兩條產(chǎn)品線出發(fā)，進(jìn)攻英偉達(dá)。
來(lái)到國(guó)內(nèi)，大多數(shù)GPU初創(chuàng)公司則選擇從GPGPU方向切入。據(jù)筆者不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的GPU公司除了擁有景嘉微、龍芯、兆芯和飛騰這些老牌廠商外，天數(shù)智芯、壁仞、沐曦、摩爾線程、登臨和芯動(dòng)等國(guó)產(chǎn)GPU新貴。
至于為什么還有GPU的機(jī)會(huì)，壁仞科技聯(lián)席CEO李新榮在接受鈦媒體采訪的時(shí)候表示：“數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，人工智能和高性能計(jì)算對(duì)算力的需求高速增長(zhǎng)，通用GPU就是為快速迭代的人工智能算力需求而生，所以市場(chǎng)有這個(gè)需求，通用GPU規(guī)?；涞鼐鸵欢〞?huì)實(shí)現(xiàn)。”
在AI芯片和GPU方興未艾之際，另一個(gè)“大芯片”DPU也突圍而起。
據(jù)專用數(shù)據(jù)處理器（DPU）技術(shù)白皮書所說(shuō)，DPU（Data Processing Unit）是以數(shù)據(jù)為中心構(gòu)造的專用處理器，采用軟件定義技術(shù)路線支撐基礎(chǔ)設(shè)施層資源虛擬化，支持存儲(chǔ)、安全、服務(wù)質(zhì)量管理等基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)。其最直接的作用是作為CPU的卸載引擎，接管網(wǎng)絡(luò)虛擬化、硬件資源池化等基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)，釋放CPU的算力到上層應(yīng)用。
過(guò)去幾年里，亞馬遜AWS、英偉達(dá)、英特爾和Marvell等國(guó)際芯片巨頭都在這個(gè)產(chǎn)品形態(tài)上發(fā)力。國(guó)內(nèi)華為、阿里巴巴、騰訊和百度也亦步亦趨。此外，包括中科馭數(shù)、云豹智能、云脈芯聯(lián)、芯啟源、大禹智芯、益思芯和上海炬向科技也成為了這個(gè)市場(chǎng)的新晉掘金者。
隨著上述三種芯片的持續(xù)發(fā)展，數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的變化，國(guó)際形勢(shì)的瞬息萬(wàn)變，進(jìn)入最近兩年，以PC芯片和服務(wù)器芯片新方向的Arm CPU走上了國(guó)產(chǎn)大芯片舞臺(tái)中央。其中前者以此芯為代表，看中的是PC市場(chǎng)的Arm機(jī)遇；后者則競(jìng)爭(zhēng)激烈，瞄向了炙手可熱的數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)。
十年浮沉：Arm服務(wù)器芯片終成主流
其實(shí)Arm服務(wù)器芯片其實(shí)并不是什么新鮮事。從2008年開始，從Arm到芯片公司都開始對(duì)這個(gè)市場(chǎng)有了想法。然后不少公司在過(guò)去幾年里做了不少的嘗試。但直到近年的華為鯤鵬和亞馬遜Graviton面世之前，整個(gè)Arm服務(wù)器芯片市場(chǎng)基本都是處于曲折中前進(jìn)的階段。
但在華為、亞馬遜之后，微軟、騰訊、阿里、字節(jié)和谷歌等企業(yè)也都將目光瞄向了Arm服務(wù)器芯片，而這背后也有一些因素推動(dòng)。首先就是以專注于基礎(chǔ)設(shè)施的Arm Neoverse在2018年10月發(fā)布為標(biāo)志，Arm服務(wù)器芯片跨入了新階段。據(jù)Arm所說(shuō)，全球基礎(chǔ)建設(shè)的變化日新月異，為的就是因應(yīng)持續(xù)成長(zhǎng)的工作負(fù)載和不斷增加的效能需求，而Arm Neoverse就可針對(duì)云端、邊緣和5G網(wǎng)路進(jìn)行最佳化，提供出色的速度、節(jié)能、效能功耗比及效能成本比，因應(yīng)未來(lái)基礎(chǔ)建設(shè)及其客戶的需求。
Arm Neoverse路線圖
（2020年9月發(fā)布）
此外，Arm轉(zhuǎn)向64bit、全新Armv9架構(gòu)的亮相。再加上Arm以絕對(duì)的份額統(tǒng)一了移動(dòng)手機(jī)市場(chǎng)，在數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生了巨大的流量。且同時(shí)還在逐漸往PC市場(chǎng)滲透，這就給了Arm服務(wù)器芯片創(chuàng)造了一個(gè)天時(shí)、地利和人和的好環(huán)境。
自蘋果于2007年發(fā)表第一代iPhone以來(lái)，手機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，也成就了低功耗處理器技術(shù)專家Arm。因?yàn)槠浼軜?gòu)的特性以及其獨(dú)特的經(jīng)營(yíng)模式，基于Arm架構(gòu)打造的手機(jī)芯片壟斷了智能手機(jī)SoC市場(chǎng)。同期，網(wǎng)絡(luò)也從3G走向了5G，這也讓智能手機(jī)終端應(yīng)用有了無(wú)限可能。如游戲、短視頻等“云原生”應(yīng)用的崛起，就給數(shù)據(jù)中心提出了新難題。再疊加物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等應(yīng)用蓬勃發(fā)展的影響，暴增的數(shù)據(jù)中心帶來(lái)的成本和功耗壓力驟然上升。
上述種種因素驅(qū)動(dòng)由X86架構(gòu)統(tǒng)治了十幾年的數(shù)據(jù)中心發(fā)生一些微妙的變化，這就給Arm帶來(lái)了機(jī)遇。
回看服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心過(guò)去幾十年的發(fā)展，是從各自為政走向了當(dāng)前寡頭屈指可數(shù)的局面。在芯片方面也同樣如是，從早期的百家爭(zhēng)鳴到最后英特爾X86架構(gòu)芯片一家獨(dú)大。造成這樣結(jié)果的背后因素有很多。但在國(guó)內(nèi)服務(wù)器芯片初創(chuàng)企業(yè)遇賢微CEO羅勇博士看來(lái)，X86處理器統(tǒng)治了PC市場(chǎng)是其中一個(gè)關(guān)鍵要素。
羅勇博士指出，英特爾是在PC端證明了通用化策略成功以后，進(jìn)而在效率、穩(wěn)定性、大批量出貨等方面證明了自己，也在網(wǎng)絡(luò)端芯片上取得了很大的成功，這就給了他們做CPU性能優(yōu)化的機(jī)會(huì)，成就了服務(wù)器。當(dāng)然，“系統(tǒng)公司+CPU公司”這個(gè)模式，也是在PC領(lǐng)域驗(yàn)證了，所以才在服務(wù)器被認(rèn)為可行。而英特爾在服務(wù)器市場(chǎng)替換的正是IBM這樣的軟硬芯片全一體化的公司，所以跟英特爾打配合的是軟件公司、系統(tǒng)公司，每個(gè)人都在這個(gè)變革中分到了一杯羹。
從羅博士的介紹我們得知，在過(guò)去這些年里，Arm協(xié)同芯片和生態(tài)公司解決了生態(tài)的問(wèn)題，并在移動(dòng)終端大批量出貨，這就讓他們走向服務(wù)器市場(chǎng)變得更順理成章，且輕裝上陣。在這種前提下，更多核的（正好適配云原生需求）、TCO更優(yōu)化的芯片方案，成為了云計(jì)算時(shí)代服務(wù)器芯片的選擇是自然而然的。
再加上華為和亞馬遜的成功經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，Arm服務(wù)器芯片終于迎來(lái)了他們的關(guān)鍵時(shí)刻。這也就催生了不少Arm服務(wù)器芯片公司。
除了誕生Ampere Computing以外，華為和富士通還持續(xù)在上面深耕，英偉達(dá)也憑借其Grace系列在近年卷土重來(lái)，AWS和阿里巴巴這樣的云廠商也成為了Arm服務(wù)器芯片市場(chǎng)的重要參與者。
來(lái)到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，市場(chǎng)需求疊加國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)的影響，發(fā)展本土的Arm服務(wù)器芯片就成為了迫切需求。這也驅(qū)動(dòng)誕生了遇賢微、鴻芯微、啟靈芯等多家初創(chuàng)企業(yè)入局其中。再加上華為、中興、飛騰等原本就在這個(gè)市場(chǎng)深耕的企業(yè)。
由此可見，對(duì)于國(guó)內(nèi)乃至全球的Arm服務(wù)器CPU來(lái)說(shuō)，全新的篇章正式開寫。
