近些日子，全球互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛高調宣布進入半導體行業(yè)。阿里、微軟、Google、Facebook等都宣布在芯片領域的動作，那么互聯(lián)網(wǎng)巨頭的這些動作又會對芯片行業(yè)造成什么影響？本文為您帶來詳細分析。

阿里、微軟、Google、Facebook互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛入局芯片

我們首先盤點一下互聯(lián)網(wǎng)巨頭近幾年來在芯片領域的動作。

Google可謂是互聯(lián)網(wǎng)公司在芯片領域走得最遠的公司。2015年Google就開始在其數(shù)據(jù)中心中部署自己設計的深度學習加速芯片TPU負責推理，在去年則是推出了第二代TPU可以兼顧深度學習推理和訓練，并且還在手機Pixel 2中也部署了自己設計的IPU用以加速圖像處理相關應用。此外，Google還把處理器架構領域的兩大宗師David Patterson和John Hennessy招入麾下，未來可望在芯片領域有更多產(chǎn)出。

微軟也不甘落后，2014年在ISSCC上發(fā)表了自己設計的使用在Xbox Kinect 2中的ToF傳感器芯片，之后在2016年又發(fā)布了自己設計的用在HoloLens中的HPU協(xié)處理器芯片，而在近日更是發(fā)布了Azure Sphere 物聯(lián)網(wǎng)平臺，其中包含了使用在MCU芯片中的Microsoft Pluton安全模塊以保證物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全。第一款Azure Sphere芯片將會是聯(lián)發(fā)科和微軟合作推出的MT3620，其中就包含了Microsoft Pluton。

除了Google和微軟外，F(xiàn)acebook也開始在芯片領域有所動作，在網(wǎng)站上貼出了ASIC和FPGA設計的相關職位招聘啟事。Facebook AI研究負責人Yann LeCun也在twitter上跟帖表示這將會是一個和深度學習相關的芯片設計崗位，據(jù)業(yè)界預測Facebook正在招募工程師開發(fā)和TPU類似的芯片以加速服務器端深度學習應用。

Yann LeCun對于Facebook招募ASIC工程師的tweet

在中國，互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里先是宣布開始研發(fā)人工智能加速芯片Ali-NPU，其性能將是目前市面上主流CPU、GPU架構AI芯片的10倍，而制造成本和功耗僅為一半，可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)GPU高40倍以上的性價比。之后，阿里高調宣布全資收購中天微系統(tǒng)，而該系統(tǒng)目前擁有中國獨立知識產(chǎn)權的指令集，阿里此舉據(jù)信是為了加強自己在物聯(lián)網(wǎng)領域的布局。

啟示一：摩爾定律的盡頭是異構計算時代，互聯(lián)網(wǎng)巨頭要自己定制芯片

互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛布局芯片，意味著原有的半導體產(chǎn)業(yè)局面正在發(fā)生重大改變。最初，半導體行業(yè)作為高科技行業(yè)，其發(fā)展遵循摩爾定律的方式，每18個月工藝特征尺寸縮小，隨著工藝制程的進化，同樣的芯片的制造成本會更低，因為單位面積晶體管數(shù)量提升導致相同的芯片所需要的面積縮小，另外芯片性能會隨著工藝特征尺寸縮小而上升，于是半導體行業(yè)走在摩爾定律指導下的周期性性能提升成本降低的高速發(fā)展模式。由于其高技術高附加值的特點，芯片的毛利率很高，因此芯片設計公司可以通過把芯片出售給下游企業(yè)，就能活得很滋潤。

在半導體設計的黃金年代，“芯片設計”這四個字就意味著高技術和高利潤率，芯片的原材料是砂子，卻能賣出幾十甚至上百美金的單價，因此成功的芯片一旦量產(chǎn)就像是開動了印鈔機一樣。為了增加出貨量改善設計復用性，半導體公司往往青睞通用平臺式芯片，例如Intel的處理器以及Qualcomm的SoC。

然而，隨著摩爾定律越來越接近物理極限，再繼續(xù)縮小特征尺寸需要的資本量越來越大，換句話說隨著特征尺寸縮小，芯片的成本上升很快。芯片的成本包括NRE成本（Non-Recurring Engineering，指芯片設計和掩膜制作成本，對于一塊芯片而言這些成本是一次性的）和制造成本（即每塊芯片制造的成本）。在先進工藝制程，由于工藝的復雜性，NRE成本非常高。例如FinFET工藝往往需要使用double patterning技術，而且金屬層數(shù)可達15層之多，導致掩膜制作非常昂貴。

另外，復雜工藝的設計規(guī)則也非常復雜，工程師需要許多時間去學習，這也增加了NRE成本。對于由先進制程制造的芯片，每塊芯片的毛利率較使用落后制程制造的芯片要高，但是高昂的NRE成本意味著由先進制程制作的芯片需要更多的銷量才能實現(xiàn)真正盈利。

隨著摩爾定律遇到瓶頸，靠工藝制程提升來增進性能的成本實在太高，因此需要更多根據(jù)應用做專用設計，靠架構設計來進一步提升性能，這也是“異構計算”的思路。在過去，半導體公司通常傾向于推出平臺式的產(chǎn)品，例如Intel的CPU，Qualcomm的Snapdragon等等，但是這樣的通用平臺在今天已經(jīng)無法滿足移動設備對于性能和能效比的需求，尤其是在AR／VR、終端人工智能等新興應用中。

就在同時，我們看到了Facebook、Google、阿里等互聯(lián)網(wǎng)巨頭向硬件領域的進軍。事實上，這也是互聯(lián)網(wǎng)公司生態(tài)化發(fā)展到今天的必然：互聯(lián)網(wǎng)公司之前一直在搭建生態(tài)搶奪流量入口，讓用戶可以更方便地使用自己的服務；這個入口過去是從PC，手機，到了今天PC、手機等傳統(tǒng)入口已經(jīng)沒法滿足高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)巨頭的胃口，因此巨頭們都想到了搭建自己的硬件平臺作為自己服務的入口。這樣的硬件可以是AR／VR設備（如微軟的HoloLens，F(xiàn)acebook的Oculus），可以是新型消費電子設備（如Google的Clip自動攝像機），也可以是進入智能制造和智能家庭的IoT終端節(jié)點。

當互聯(lián)網(wǎng)巨頭開始進入硬件市場時，會對半導體行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。首先，互聯(lián)網(wǎng)巨頭追求硬件能實現(xiàn)極致化的性能以實現(xiàn)差異化用戶體驗用來吸引用戶。如前所述，目前摩爾定律遇到瓶頸，想要追求極致體驗需要的是走異構計算自己定制化芯片的路子，光靠采購傳統(tǒng)半導體廠商的芯片已經(jīng)沒法滿足互聯(lián)網(wǎng)巨頭對于硬件的需求，至少在核心芯片部分是這樣。因此，F(xiàn)acebook、Google、阿里等互聯(lián)網(wǎng)巨頭都是異構計算的積極擁護者，為了自己的硬件布局或計劃設計芯片，或已經(jīng)開始設計芯片。這么一來，原來是半導體公司下游客戶的互聯(lián)網(wǎng)公司現(xiàn)在不需需要從半導體公司采購芯片了，這樣的產(chǎn)業(yè)分工變化會引起行業(yè)巨變。

其實這樣的上下游整合趨勢從很久以前就已經(jīng)在手機領域開始，幾年前消費電子巨頭蘋果和華為已經(jīng)開始從采購標準芯片到設計自己的SoC，前幾年小米也逐漸開始做自己的SoC芯片，一旦Oppo，Vivo等手機巨頭都跟風開始自己做核心芯片，高通的就會承受很大壓力。而互聯(lián)網(wǎng)巨頭入局芯片，也可以理解為手機領域發(fā)生的故事也開始發(fā)生到了其他硬件領域，將對于高通以及其他傳統(tǒng)半導體公司產(chǎn)生深遠的影響。

其次，互聯(lián)網(wǎng)巨頭制造硬件的目的只是為了吸引用戶進入自己的生態(tài)使用自己的服務，其最終盈利點并不在販賣硬件上而是在增值服務上。因此，互聯(lián)網(wǎng)巨頭在為了自己的硬件設計芯片時可以不計成本，基本不考慮cost-down。在傳統(tǒng)半導體公司的眼光中，一塊芯片成本是10美元還是8美元可以是天壤之別，但是在互聯(lián)網(wǎng)公司的看法里這樣的成本差別根本不是事，性能怎么好就怎么來。

從另一個角度來說，一旦自己設計核心芯片的互聯(lián)網(wǎng)公司進入同一個領域，那些靠采購半導體公司標準芯片搭硬件系統(tǒng)的公司的就完全沒有競爭力了，無論是從售價還是性能，擁有自己核心芯片的互聯(lián)網(wǎng)巨頭都能實施降維打擊。一旦這些硬件公司失去競爭力，那么依賴于這些客戶的半導體公司的生存空間又會進一步被壓縮。

總而言之，互聯(lián)網(wǎng)巨頭進入芯片領域，首先處于性能考慮不再從半導體公司采購核心芯片，這沖擊了傳統(tǒng)行業(yè)分工，使傳統(tǒng)芯片公司失去了一類大客戶；另一方面互聯(lián)網(wǎng)巨頭的生態(tài)式打法可以讓自研硬件芯片不考慮成本，這又沖擊了那些從半導體公司采購芯片的傳統(tǒng)硬件公司，從而進一步壓縮了半導體公司的市場。在這兩個作用下，半導體芯片公司的傳統(tǒng)經(jīng)營模式必須發(fā)生改變才能追上新的潮流。

啟示二：半導體行業(yè)分工洗牌，三種道路應對互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)野蠻人入侵

目前，半導體芯片領域的分工，大概可以分為定義、設計、設計定案、制造等幾個環(huán)節(jié)。定義是指芯片頂層架構和指標的定義；設計是指具體的電路設計，包括數(shù)字RTL設計、模擬／混合信號電路設計等等；設計定案是指芯片設計最終確定并進入Fab決定開始制造光刻掩膜，意味著需要花費一筆掩膜開銷；制造則是在Fab最終根據(jù)掩膜把芯片制造出來。

今天的半導體行業(yè)的分工，最為大家熟知的是Fabless模式，即芯片設計公司負責定義、設計和設計定案，而制造則是在提供代工的Fab完成；三星、Intel等半導體巨頭也會走包含從定義到制造所有環(huán)節(jié)的IDM模式；此外不少公司是混合Fabless和IDM，即有的產(chǎn)品走Fabless模式，而有的產(chǎn)品走IDM模式，例如Broadcom在CMOS芯片產(chǎn)品線走的是Fabless，而在射頻前端模組產(chǎn)品線則是IDM模式有自己的Fab。在今天的半導體行業(yè)分工中，設計服務公司提供模塊設計IP以及協(xié)助一些公司做設計，主要起的是輔助作用。

在互聯(lián)網(wǎng)巨頭入局半導體行業(yè)后，又出現(xiàn)了一種新的模式，即互聯(lián)網(wǎng)公司負責定義芯片、完成小部分設計、并花錢完成設計定案流片（互聯(lián)網(wǎng)公司不差錢?。?，設計服務公司負責大部分設計，而代工廠負責芯片制造。這種新模式可以稱為Designless-Fabless模式。歷史上，半導體公司從傳統(tǒng)的IDM走到Fabless模式，主要是因為Fab開銷過高，成為了半導體公司發(fā)展的包袱，而代工廠則提供了一個非常靈活的選項。

今天，互聯(lián)網(wǎng)公司入局半導體后走Designless-Fabless模式，把大量設計外包，則主要是因為時間成本?；ヂ?lián)網(wǎng)巨頭做芯片，追求的除了極致性能之外，還有快速的上市時間。對于他們來說，錯過了圣誕節(jié)／雙十一檔期將會是災難性的。如果要像傳統(tǒng)半導體公司一樣，需要從頭開始培養(yǎng)自己的前端+后端設計團隊，從頭開始積累模塊IP，恐怕第一塊芯片上市要到數(shù)年之后。這樣的節(jié)奏，是跟不上互聯(lián)網(wǎng)公司的快速迭代節(jié)奏的。

那么如何實現(xiàn)高性能加快速上市呢？最佳方案就是這些巨頭自己招募芯片架構設計團隊做芯片定義，用有豐富經(jīng)驗的業(yè)界老兵來根據(jù)需求定制架構以滿足性能需求，而具體的實現(xiàn)，包括物理版圖設計甚至前端電路設計都可以交給設計服務公司去做。半導體芯片的一個重要特點就是細節(jié)非常重要，ESD、散熱、IR Drop等一個小細節(jié)出錯就可能導致芯片性能大打折扣無法達到需求。因此，如果把具體設計工作交給有豐富經(jīng)驗的設計服務公司，就可以大大減少細節(jié)出錯的風險，從而減小芯片需要重新設計延誤上市時間的風險。

事實上，我們已經(jīng)在一些芯片中看到互聯(lián)網(wǎng)巨頭負責芯片架構+設計服務公司提供IP／設計服務的模式了。一個例子就是微軟使用在HoloLens中的HPU，其中微軟設計了多核架構以加速AR計算，而每個核則是使用了Cadence的Tensilica IP。

微軟的HPU，大量使用了Cadence的Tensilica IP

不差錢的互聯(lián)網(wǎng)公司以生態(tài)打法入局半導體行業(yè)，猶如野蠻人入侵，對于Fabless公司最頭疼的設計定案流片費用人家互聯(lián)網(wǎng)公司不差錢基本不在乎，那么半導體公司如何應對呢？應該說至少有三種方法，分別是轉型做設計服務公司、做全棧公司和做IDM公司。

轉型做設計服務公司的思路很簡單，既然半導體公司拼不過不差錢的互聯(lián)網(wǎng)公司，那么我們不如就做朋友吧。設計定案流片高費用高風險是目前半導體公司的心頭之疼，那么我就不流片了，而是幫互聯(lián)網(wǎng)公司做設計服務，這樣我的風險和開銷就小了很多。另一方面憑借半導體公司多年在半導體設計領域積累的經(jīng)驗去幫互聯(lián)網(wǎng)公司做設計服務，能顯著減小互聯(lián)網(wǎng)公司專用芯片上市需要時間和品質風險，這樣一來大家皆大歡喜，實現(xiàn)了資源最優(yōu)分配。不少半導體公司也注意到了設計服務的潮流，并開始向設計服務靠攏。聯(lián)發(fā)科前一陣高調公開設計服務業(yè)務，就是半導體公司轉向的重要標志。

聯(lián)發(fā)科是一家典型的靠高性價比走量來盈利的公司，靠播放機嶄露頭角，在山寨機時代走向輝煌，但是在摩爾定律遇到瓶頸半導體公司走向寡頭化的今天，其利潤率下降，一方面不敢使用高級制程擔心風險太高，另一方面不使用高級制程則芯片性能缺乏競爭力，只能在中低端領域靠低利潤率走量為生。在摩爾定律遇到瓶頸的今天，流片成本過高其實是許多傳統(tǒng)半導體公司都面臨的問題。如今聯(lián)發(fā)科在設計服務業(yè)務發(fā)力，則無需擔心流片的風險，只需提供高質量IP以及設計服務即可。在過去，聯(lián)發(fā)科采取的ASSP模式是開發(fā)一顆IC可以賣給不同家客戶，雖然一款設計可以做到量很大，但是所有客戶都用一款芯片，沒有差異化。而將來聯(lián)發(fā)科提供的ASIC設計服務模式則是針對每個客戶的不同需求定制IC，能提供較大的差異化。

在媒體采訪中，聯(lián)發(fā)科副總經(jīng)理游人杰也表示聯(lián)發(fā)科的ASIC設計服務業(yè)務可以和互聯(lián)網(wǎng)巨頭如BAT產(chǎn)生互補效應：BAT這樣的客戶對于不同的需求會有不同的芯片架構，因此這些客戶普遍需要自己定制芯片，但是讓這些客戶自己去從頭開始做一顆芯片花費的成本和精力過大，也缺乏經(jīng)驗。而聯(lián)發(fā)科技多年來專精于芯片設計積累的經(jīng)驗，剛好可以跟這些客戶互補。

聯(lián)發(fā)科作為把傳統(tǒng)半導體芯片公司的運營哲學發(fā)展到極致的公司在今天也開始轉向設計服務業(yè)務，可以說是設計服務的春天來臨了。

第二種方法是做全棧公司，這種思路是Fabless半導體公司向互聯(lián)網(wǎng)公司學習，也開始進入下游市場，最終給客戶提供的是軟硬件都有的整體解決方案，用下游增值服務的高利潤率來補貼芯片設計和設計定案流片的高開銷。目前在人工智能領域出現(xiàn)了很多這樣的全棧初創(chuàng)公司，例如地平線（在自動駕駛領域提供從算法到芯片的整體解決方案）、Novumind（在智能醫(yī)療領域提供從應用到芯片的整體解決方案）、云飛勵天（在人臉識別領域提供從應用到芯片的整體解決方案）。此外，在區(qū)塊鏈領域，比特大陸憑借其芯片和礦機的壓倒性優(yōu)勢在區(qū)塊鏈生態(tài)中也占有了巨大話語權，也可以說是一種全棧的打法。

最后一種方法則是回到IDM模式，再次自己做Fab。這種做法看起來是重走老路，其實有合理之處。Fabless CMOS芯片設計，尤其是數(shù)字芯片設計的門檻并不高，開銷卻很大，因此看起來不差錢的互聯(lián)網(wǎng)公司聯(lián)合設計服務公司做Designless-Fabless是更合理的模式。另一方面，做射頻前端器件等門檻很高的IDM公司反而不會被互聯(lián)網(wǎng)公司威脅到，因為沒有任何設計服務公司能做相關設計。而且這類IDM公司因為門檻高，所以元器件的毛利率可以做到很高，可以活得比較舒服，這也是摩爾定律接近瓶頸對于Skyworks，Qoorvo等IDM沒有直接影響的原因。未來或許我們會看到更多此類IDM出現(xiàn)，當然IDM的模式也不會真的完全重走老路，而是在其運營模式上會有所革新以順應時代。我們不妨拭目以待。

結語

隨著互聯(lián)網(wǎng)廠商紛紛入局半導體芯片，傳統(tǒng)半導體公司的商務模式將會遇到很大挑戰(zhàn)，需要有新的商務模式來迎合時代潮流。面對互聯(lián)網(wǎng)公司Designless-Fabless模式的威脅，我們認為半導體公司可以轉型做設計服務，可以做全棧公司從下游獲取更多利潤，或者走IDM去做更高利潤率的核心半導體元器件。互聯(lián)網(wǎng)公司入局對于半導體行業(yè)未來走向的影響，讓我們拭目以待。