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文/观察者网 专栏作者 宁南山

我们日常的芯片,其实有几个大市场,集成电路(IC)其实只是半导体的一部分,其他还有分立器件(二极管,三极管之类),光电子,传感器。又一家国内公司进军服务器芯片领域

而集成电路就是四大类:一个是存储芯片市场,包括DRAM,NAND FLASH,韩国的三星和海力士之所以能成为营收全球前四位的半导体厂家,就是因为其主要收入是来自DRAM和NAND FLASH这样的存储器产品。我国在这方面从2016年开始也开工建设了长江存储和合肥长鑫公司,目前已经在市场销售国产存储器颗粒了。

一个是逻辑芯片,简单的说就是CPU,GPU,FPGA,ASIC,DSP芯片等,

例如我们熟知的英特尔,AMD开发的笔记本和台式机电脑芯片就是CPU;

像寒武纪,燧原,地平线,奕斯伟,华为等公司开发的人工智能芯片就属于ASIC专用芯片。

可以说存储芯片和逻辑芯片都是我国芯片实现国产化的主战场,这两者在金额上来讲占据一大半的金额。

还有一个是MCU微处理器,这个其实和逻辑芯片的区别在业界是比较模糊的,不过从应用来说,一般是用于家电,工业控制系统、汽车电子、医疗产品等场景,可以总结下这些场景对计算能力的要求不是很高,同时更多要求高稳定性和可靠性,目前国内兆易创新,中颖电子都在搞MCU。

另外就是模拟芯片了,前面三类都是数字芯片,处理的是数字信号,也就是1-0信号,而模拟芯片则是处理连续的物理信号,包括声光力热电磁波等。模拟芯片主要是电源管理芯片和信号链芯片两大类。

目前总体来说,我国有个很大的不足就是在逻辑芯片的CPU这一块,CPU是逻辑芯片里面最大的种类。CPU的应用有三个最大的领域:电脑(笔记本/台式机)、智能手机、数据中心服务器。

目前我国只是在智能手机这部分有一定的份额,其实主要就是来自华为海思的麒麟芯片,不过现在由于美国制裁因素,麒麟芯片无法继续生产了,现在还有紫光展锐在这个领域发展。而在电脑CPU,以及数据中心服务器CPU芯片这两大领域目前基本还是空白。究其原因,还是技术门槛高,研发难度大,全球能够进入这个领域的玩家寥寥。在电脑CPU领域,目前全球就是英特尔和AMD,下图是AMD的CPU在全球台式机和笔记本电脑市场的份额,数据来自Mercury Research。

2021年Q1分别为19.3%和18%,而其余的份额基本都来自英特尔,换句话说英特尔占据了全球电脑CPU市场的80%。又一家国内公司进军服务器芯片领域

而在数据中心服务器芯片领域也是同样的,英特尔和AMD是两个最主要的玩家,而英特尔的市场份额更大,下图中AMD的X86服务器芯片在2021年Q1的全球X86服务器芯片中的份额不过只有8.9%,而其余超过90%都是来自英特尔。

注意不管是电脑CPU,还是数据中心CPU,英特尔的X86架构都占据了绝对的优势,在电脑CPU领域,几乎100%使用X86架构,而在数据中心服务器CPU领域,根据Trendforce在2021年8月的文章估计,使用ARM架构的服务器芯片只占到了整个市场的3%,其余97%仍然是X86芯片,并且认为至少在2023年之前,ARM芯片还无法和X86芯片抗衡。

X86架构占据优势其实就是两大原因,一是性能,二是软件生态,其中后者是更为重要的原因,不过全球公司在进入云时代之后,事情开始有了变化。目前全球云计算公司,全球最大的云计算公司亚马逊,以及也在做云的华为公司,都推出了自研的基于ARM架构的服务器芯片,如AWS的Graviton2、华为鲲鹏920等,试图通过低功耗优势的ARM架构在服务器芯片市场获得份额。

华为的鲲鹏920在获得了ARM V8的永久授权之后,目前在独立发展。在华为发布的《鲲鹏计算产业白皮书》里面,写明了鲲鹏处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计,鲲鹏计算产业兼容全球Arm生态,二者共享生态资源,互相促进、共同发展,称之为鲲鹏生态。

目前阿里旗下的芯片公司平头哥也在2021年云栖大会上推出了自己的ARM架构芯片,在意料之中又在意料之外。

在意料之中,是因为阿里一向是国内自主研发做的比较好的企业之一,最典型的代表是全球第三、亚洲第一的云计算公司阿里云。阿里云可以说是国内最早提出去IOE的企业,从飞天操作系统到数据库都实现了自研,很好的支撑了每年的双十一流量高峰。

从软到硬,阿里的技术栈也开始延伸到最硬核的芯片领域。2018年云栖大会,阿里成立平头哥,正式宣告进入芯片领域。在外界,平头哥蜜獾的“人生信条”也不胫而走,尤其是那句“生死看淡,不服就干!”

2019年7月和9月,平头哥相继发布了玄铁910处理器和含光800芯片,前者是用于AIoT物联网终端场景,后者是用于阿里自家的云端服务器场景的AI芯片,含光800用于图像搜索(输入具有相同元素或主题内容的突破,在图片库查找相似或者相同的图片),场景识别(天空,草地,人物等),视频内容识别,自然语言处理等。又一家国内公司进军服务器芯片领域

但实话实说,这两款产品并不能支撑起一家顶级芯片公司,可以说相比阿里在国内互联网企业界的地位,平头哥在芯片企业中还属于小辈级别,外界也不清楚阿里对于平头哥的发展究竟有多大的野心。

但2021年10月,阿里云栖大会发布的阿里首款服务器通用芯片,这个多少是让人觉得有点意外的,因为平头哥之前发布的IoT芯片和AI芯片,在整个行业来看很多中小公司都在做,并无特别出彩之处,而服务器芯片的研发难度是要高出一个等级的,整个行业几乎就是被英特尔和AMD统治,国内目前仅有华为的鲲鹏芯片能够占有一定的份额,平头哥的加入,这无疑对中国芯片产业来说是个好消息,也可以看出平头哥在阿里云体系中承担了逐步实现芯片全栈自研的任务。

服务器芯片的设计为什么难?

服务器芯片之所以难,在于技术和生态都具有重重阻碍,在技术上,通用CPU由于需要具备全面的性能,理论上专用芯片能做的事它都能做,因此在研发难度上就很大。

更何况英特尔的X86架构经过长期的发展,总体稳定而成熟,性能先进,在服务器芯片领域占据绝对的优势,要想研发X86架构的芯片,都需要获得英特尔的授权,而这是极为困难的事情。

AMD历史上能获得X86的授权,也是因为当年的电脑大客户IBM的多供应商要求,英特尔不能成为独家供应商,所以在1982年授权给AMD,不过后来英特尔又撤回了授权,因此两家还打了多年官司,形成如今的局面,到现在显然英特尔并不希望有更多竞争对手的进入。

而ARM架构的出现,使得在服务器芯片领域有了新玩家进入的希望,但是现今的服务器和电脑市场,由于英特尔的X86架构占据了压倒性的优势,因此下游的服务器和电脑品牌厂家也不得不考虑和忌惮英特尔的强势地位,毕竟英特尔能否供货,供多少货可以决定自己的出货量,这就造成了和智能手机市场不同的局面。

智能手机市场由于ARM架构的授权,苹果,华为,三星都有自研的SoC,而在个人电脑和服务器市场,没有哪个厂家自研通用CPU,一则无法获得英特尔授权,二则上游的英特尔在供货方面占据统治地位,理论上甚至可以说英特尔分配多少芯片给你,你就能制造出多少服务器和电脑。

ARM架构的出现,使得市场出现了希望,苹果推出了基于ARM架构的M1处理器,用于自己的Macbook笔记本上门,而在服务器领域,国内在华为之后,阿里也推出了基于ARM架构的服务器芯片,也是用于自家的服务器上。

可见,进入服务器芯片这个市场,不仅仅是需要技术上具备高水平,还需要有能与X86抗衡的新架构,同时还需要新进入厂家自己就有消耗芯片的能力,因此华为,阿里就成为极少数同时具备以上条件的国内厂家。

阿里这款芯片使用了2021年3月ARM发布的最新V9架构,采用5nm制程工艺,在云栖大会现场,阿里云还发布了基于该芯片的磐久服务器,这是阿里云首款全栈自研服务器,将在阿里云全球数据中心试验部署,通过阿里云向行业输送算力。

阿里云智能总裁张建锋表示:“倚天710是为云而生的芯片,也是阿里巴巴第一款通用芯片,它兼顾了性能和功耗的优势,可进一步降低云上企业的成本,目前,阿里云已经全面兼容x86、ARM及RISC-V等架构,我们可为客户提供多种云计算选择。”

阿里云是目前中国云计算市场最大的供应商,截至2021年6月30日的2022财年第一季度财报显示,该季度阿里云营收为160.51亿元,同比增长29%,营收主要由互联网、金融服务及零售行业客户收入的增长所推动。这充分说明了阿里做芯片的逻辑:它从不断变化的、增长的市场需求出发,驱动完成底层核心技术的演进。

新增一家具备通用芯片设计能力的公司,对中国芯片产业意味着什么?

而对于国内的互联网公司来说,加大了对于硬核科技的投入,也有利于增加硬核科技行业的高薪岗位数量,培养和训练更多的芯片类人才,这对整个社会也是有利的。

芯片设计这个行业,国内目前还非常缺乏巨头公司,相比高通、博通、英特尔、联发科、AMD、苹果、Nvidia这些巨头芯片设计公司,国内的芯片设计企业还处于小而散的阶段,都还没有到“大而不强”的阶段。而我们也可以看出,以上这些国际巨头,基本都具备很强的通用CPU的设计能力,以及占有大量的全球份额,具备雄厚的资本和技术实力。

在智能手机的SoC领域,国内主要就是海思麒麟和紫光展锐,而在服务器芯片的通用CPU领域,国内主要就只有海思鲲鹏,而拥有雄厚资金实力,以及自带不断增长的云服务器需求的阿里的入局服务器芯片,这相比之前平头哥发布的AI芯片和RISC-V处理器更向前了一步,无疑是件好事,阿里在这方面走出了第一步,这是一个进步。

希望更多的互联网企业加大对于硬核科技的投入,毕竟在真正的科技领域产生高薪工作岗位,这对整个社会产生的价值我认为是最高的。

本文:又一家国内公司进军服务器芯片领域,来源:观察者网独家视频。

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