IBM與GF三十年未了緣：產(chǎn)業(yè)模式變遷

易藝

1981年，IBM發(fā)布了首臺(tái)IBMPC。為了保證處理器供應(yīng)不會(huì)依賴于一家廠商，IBM要求英特爾將其架構(gòu)技術(shù)授權(quán)給另一家公司——AMD。

33年后的2014年，IBM將其處理器制造業(yè)務(wù)“送”給了GLOBALFOUNDRIES。后者來自2008年從AMD中拆分出來的芯片制造部門。

三十多年間的分分合合，映射出的，其實(shí)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)模式的變遷——從產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造一體化IDM(整合設(shè)計(jì)與制造)模式到剝離制造的Fabless(無廠半導(dǎo)體)模式，從底層架構(gòu)研發(fā)到產(chǎn)品研發(fā)的研發(fā)一體化模式到架構(gòu)研發(fā)與產(chǎn)品研發(fā)分離的授權(quán)模式。

而當(dāng)下一代處理器注定要跳出硅晶體管架構(gòu)的藩籬時(shí)，未來又會(huì)蘊(yùn)生出什么樣的故事?

IBM的親密“女友”

“我們需要另一個(gè)供應(yīng)商。”

1981年，IBM推出的首臺(tái)IBMPC采用了英特爾的8088處理器。在簽約前，IBM提出了這樣的要求。

當(dāng)時(shí)，IBM已經(jīng)是年?duì)I收超300億美元的巨無霸，而英特爾只是初出茅廬的小伙兒。但I(xiàn)BM已經(jīng)預(yù)料到未來處理器在PC行業(yè)的重要地位。按說，IBM當(dāng)時(shí)的行事風(fēng)格，是不會(huì)將這一核心部件假手于人的，但是，當(dāng)時(shí)IBM已經(jīng)和美國(guó)司法部打了12年的反壟斷官司(這一官司最終于1982年以撤銷訴訟告終)，因而不愿留下新的把柄。因而，IBM找到英特爾的同時(shí)，也要求英特爾將其處理器架構(gòu)授權(quán)給另一家企業(yè)以保證PC處理器的供應(yīng)不會(huì)把持在一家公司手里，這“另一家企業(yè)”就是AMD。

此后三十年間，AMD一直不斷地沖擊英特爾的領(lǐng)導(dǎo)地位，而IBM一直或明或暗地為AMD提供支持。IBM曾多次推出首批采用AMD最新處理器的 PC產(chǎn)品;2003年，AMD宣布推出“首款真正為服務(wù)器設(shè)計(jì)的處理器”——Opteron64時(shí)，IBM到場(chǎng)為AMD站臺(tái)，并迅速推出相應(yīng)產(chǎn)品;同年，IBM與AMD達(dá)成協(xié)議，聯(lián)合開發(fā)用于未來高性能產(chǎn)品的下一代半導(dǎo)體制造技術(shù)，此后AMD每一次制程進(jìn)步背后都有IBM的影子;在AMD陷入財(cái)務(wù)困境時(shí)，IBM的投資部門還為AMD尋求融資，有消息稱在AMD巨資并購(gòu)ATi時(shí)IBM也提供了資金支持。

2008年，被巨額債務(wù)困擾的AMD剝離了制造業(yè)務(wù)，成立了GLOBALFOUNDRIES。

AMD剝離半導(dǎo)體制造業(yè)務(wù)是受困于財(cái)務(wù)壓力。然而，事實(shí)上，當(dāng)時(shí)制造與設(shè)計(jì)分立的Fabless模式已經(jīng)開始悄然席卷半導(dǎo)體領(lǐng)域。

Fabless與授權(quán)模式的興起

就在2008年上半年，AMD尚未分拆制造業(yè)務(wù)之前，筆者在和當(dāng)時(shí)全球份額最高的圖形處理器廠商英偉達(dá)(NVIDIA)高層聊天時(shí)問到，F(xiàn)abless模式的NVIDIA財(cái)務(wù)狀況遠(yuǎn)好于制造設(shè)計(jì)一體化的AMD，甚至在利潤(rùn)率上還高于處理器領(lǐng)域領(lǐng)頭羊英特爾，那么會(huì)不會(huì)用充裕的現(xiàn)金流去購(gòu)買工廠涉足制造，他當(dāng)時(shí)答案是：“既然我們財(cái)務(wù)比他們好，我們?yōu)槭裁匆W(xué)他們?”

事實(shí)上，在此之前，制造與設(shè)計(jì)一體化還是被作為半導(dǎo)體企業(yè)的一項(xiàng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的。這主要是由于兩個(gè)原因：制程(半導(dǎo)體制造工藝，主要指晶體管尺寸)和產(chǎn)能。

處理器制程提升對(duì)性能影響巨大。晶體管尺寸越小，電子在其中流轉(zhuǎn)的距離就更短，速度更快，所需功耗更低，也能在相同面積內(nèi)塞進(jìn)更多的晶體管，而有自己工廠的企業(yè)可以通過制造工藝的投入在制程上領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手;而產(chǎn)能的不足則直接制約著半導(dǎo)體廠商的出貨能力，有自己的工廠能夠避免有好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)卻因生產(chǎn)能力不足無法快速推向市場(chǎng)的尷尬。

在雙核之爭(zhēng)中，英特爾就利用了這兩項(xiàng)手段。

2005年，AMD提出了“雙核”的概念。而英特爾顯然無法接受處理器市場(chǎng)被AMD領(lǐng)跑，因而快速推出了將兩個(gè)處理器封裝在一個(gè)芯片上的“雙核”產(chǎn)品，發(fā)布時(shí)間比AMD早了一個(gè)月，此事后來還引起了“真假雙核”之爭(zhēng)。

兩款產(chǎn)品中，與Athlon64X23800+相比，性能上PentiumD820不占優(yōu)勢(shì)，但其上市價(jià)格低于對(duì)手近65%，而AMD先是暴露出產(chǎn)能問題，無法滿足訂單需求而讓出了市場(chǎng)空間給英特爾，隨后英特爾將處理器制程從90nm提升到65nm，使其雙核處理器性能大幅度提升，迅速搶回了市場(chǎng)領(lǐng)先地位。此后，英特爾將這種戰(zhàn)略加以總結(jié)，提出了“Tick-Tock”鐘擺模式，宣布今后將每一年交替更新處理器制程和處理器架構(gòu)。

然而，此后幾年中市場(chǎng)形勢(shì)發(fā)生了變化。經(jīng)濟(jì)危機(jī)使得半導(dǎo)體制造產(chǎn)能出現(xiàn)了過剩，這使得“擁有工廠”財(cái)務(wù)上壓力增大，而“產(chǎn)能可控”方面的優(yōu)勢(shì)變得不再明顯;另一方面，當(dāng)半導(dǎo)體制程達(dá)到23nm水平之后，進(jìn)一步提升變得越來越困難，而其在提升性能方面的效果卻因難以控制的漏電而受到一定影響。業(yè)內(nèi)共識(shí)是，將制程提升到10nm以內(nèi)還是可能的，但物理極限使得進(jìn)一步提升必須根本性地改變現(xiàn)有的硅晶體管基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

在工廠對(duì)產(chǎn)品的意義越來越小的情況下，F(xiàn)abless模式就占據(jù)了上風(fēng)。

更進(jìn)一步的，甚至連產(chǎn)品設(shè)計(jì)都舍棄掉，只保留核心架構(gòu)設(shè)計(jì)的授權(quán)模式也因ARM的成功而受到廣泛關(guān)注。ARM只需關(guān)注處理器核心架構(gòu)的設(shè)計(jì)，而獲得其授權(quán)的多家處理器設(shè)計(jì)企業(yè)會(huì)根據(jù)所面對(duì)的細(xì)分市場(chǎng)需求，添加其他功能模塊，推出各式各樣的處理器，這極大地拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)ARM統(tǒng)計(jì)，去年，全球基于ARM架構(gòu)和設(shè)計(jì)方案的芯片產(chǎn)銷量超過了100億個(gè)，其中的一半用于智能手機(jī)和平板電腦，其余的用于數(shù)字電視機(jī)、洗衣機(jī)等各種非移動(dòng)設(shè)備和工業(yè)設(shè)備中。與之相比，英特爾正努力地將觸角延伸到PC之外，而POWER還極大地依賴著金融等少數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

可以說，F(xiàn)abless與核心授權(quán)模式正在重構(gòu)處理器產(chǎn)業(yè)格局。而IBM和GLOBALFOUNDRIES的交易，以及其推進(jìn)OpenPOWER聯(lián)盟的動(dòng)作，為這一趨勢(shì)做了一個(gè)醒目的注腳。

下一個(gè)突破在哪里?

“未來十年內(nèi)，GLOBAL-FOUNDRIES還將成為IBM服務(wù)器處理器的獨(dú)家半導(dǎo)體技術(shù)供應(yīng)商，為IBM提供22nm、14nm和10nm的半導(dǎo)體技術(shù)。”IBM為未來定下的期限是10年。

而為了10年后的未來，IBM宣布了一項(xiàng)30億美元的投資計(jì)劃，這筆投資的一部分將花在努力將硅晶體管的制程縮減到7nm以下，而更多的部分將花在探索碳納米管、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、量子計(jì)算等全新的基礎(chǔ)硬件架構(gòu)上。

而在這些全新領(lǐng)域的探索中，中國(guó)落后的并不多。

以量子計(jì)算為例，據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，2011年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李傳鋒、黃運(yùn)鋒研究組成功制備出八光子糾纏態(tài)，刷新了多光子糾纏制備與操作數(shù)目的世界紀(jì)錄;2012年，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科技大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室教授潘建偉與同事陳宇翱、陸朝陽等在國(guó)際上首次成功制備出世界上亮度和純度最佳的八光子糾纏態(tài)，刷新光子糾纏態(tài)制備的世界紀(jì)錄。這些都是通向量子計(jì)算道路上的重要技術(shù)。