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)核心競爭力的。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)先于競爭對(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的尷尬。

在雙核之爭中，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。

兩款產(chǎn)品中，與Athlon64X23800+相比，性能上PentiumD820不占優(yōu)勢，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，此后幾年中市場形勢發(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，中國科學(xué)院院士、中國科技大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室教授潘建偉與同事陳宇翱、陸朝陽等在國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)。