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不造芯片的ARM为何能征服全球芯片市场?
网友【花儿姐】于【太平洋时间 2022-10-01 11:46:44】分享在【聚焦美中不卒】版块    29516    1    4

现代科技世界里存在着一个有趣的怪象:有一家公司什么都不生产,但它却主导了芯片世界。它的技术存在你的手机里、电视里、汽车里甚至是笔记本电脑以及驱动这一切的数据中心里。

它就是Arm,这家芯片设计公司在过去几年里经历了很多事情。ARM主要为现代芯片设计指令集,客户包括高通、苹果和三星,后者的芯片都是基于Arm架构。

从商业模式上讲,Arm将指令集授权给这些公司,从这些公司收取使用费。有了Arm的架构,这些公司就可以根据自己的需求生产各种定制芯片。Arm的这种模式取得了巨大的成功。

Arm CEO雷内·哈斯(Rene Haas)周二接受了外媒Theverge的采访,讨论了公司的商业模式、与苹果等客户之间的商业关系、对于Arm PC/云/汽车市场的看法、与X86和RISC-V之间的竞争、IPO上市等话题。

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△ Arm CEO Rene Haas

资料显示,今年2月在英伟达宣布放弃收购Arm之后,Arm董事会宣布任命Rene Haas为新任CEO,他拥有35年丰富的半导体行业经验,并在Arm工作了将近9年。

遍地都是Arm芯片

Rene Haas解释称,Arm不是一家知名公司,外界不是很了解我们,但我们认为自己非常重要。首先,Arm处于半导体世界的半导体价值链中。基本上,你可以在几乎任何类型的半导体产品和/或原始设备制造商(OEM)产品中找到ARM的技术。

我们的技术覆盖智能手机、笔记本电脑和智能电视。环顾我的办公桌,可能到处都是ARM处理器。我们实际上没有生产任何东西。我们为产品做设计,这是知识产权。

我们做设计,而不是制造一颗芯片,我们将这个设计授权给那些将制造最终产品的人。我们最著名的主要产品是微处理器,也就是CPU,它几乎是所有电子设备的大脑。

我们不制造芯片,而是把这个大脑授权给其他人。因此,到处都是Arm芯片。从上个季度的数据来看,全球所有半导体公司和原始设备制造商共制造和运输了74亿颗内置Arm CPU、GPU或其他技术的芯片。

这是一个巨大的数字。所以我们在半导体价值链中,但我们不制造任何东西。我们做设计,大部分设计的都是微处理器。

客户几乎涵盖所有大公司

Rene Haas说,在电子行业,要说谁不是我们的客户可能更容易些。几乎所有你能想到的公司都是我们的客户。台积电、三星、格芯,这些是生产芯片的实体企业。

英特尔、AMD、英伟达、高通、亚马逊、微软和谷歌也是我们客户。然后,在世界其他地方,我们的客户有阿里巴巴,腾讯和字节跳动。几乎每家公司都是我们的客户。

我们的商业模式有两个组成部分。我们有一个前期的许可费,我们的合作伙伴将向我们支付访问该技术的费用。这赋予了他们使用我们的技术构建芯片设计的权利。如果这些设计最终进入生产并成为最终产品,我们就会根据与合同相关的一些数学计算按单位收取使用费。所以,我们有两种收入来源:一个是许可收入,另一种是使用费收入。

消费者购买了包含三星、高通、苹果芯片的设备,但是消费者不需要向Arm付费,而是由这些公司付费。例如,高通会向Arm报告他们卖出了多少颗芯片,然后根据预先商定的版税税率向Arm支付使用费。

关于指令集授权

在技术许可方面,Arm还向客户提供指令集架构许可授权(architectural license),比如苹果的A系列芯片以及M系列芯片,都是采用的Armv8指令集架构授权。

Rene Haas表示,这类授权在商业模式上与前面介绍的类似。我们与苹果等公司签订授权合同,他们像其他客户一样向我们支付授权费和使用费。

Rene Haas解释称,架构许可授权基本上赋予客户构建我们称之为Arm兼容处理器(Arm compliant processor)的权利。任何这样做的客户都可以对微架构进行小幅的修改——它实际上是如何物理地放置在芯片上的——但他们不能做的是以不允许它运行Arm指令的方式修改CPU。这非常重要,因为归根结底,我们必须保持软件兼容性。如果有人正在运行Arm处理器,无论是我们构建的还是具有架构许可证的合作伙伴构建的,它都必须符合运行Arm软件的要求。

Arm并没有对外提供很多架构授权许可,因为基于架构来设计自研芯片非常的困难,而且Arm已经构建了非常好的CPU内核,构建一个与我们所做的不同或更好的CPU,同时仍然符合Arm标准是非常困难的。没有多少公司这样做。虽然以前有不少,但现在这个数字更少了。因为这很难做到,很难找到有能力团队来做这件事。对于一家芯片设计公司来说,工程师团队的精力是有限的,他们还需要花很多的精力在其他方面,比如对于摄像头、调制解调器或IO的支持。

那么,如何保证获得Arm指令集架构授权的客户没有违反Arm的兼容性规则呢?

Rene Haas表示,我们有一组要求和一个合规性套件,我们会对其进行测试,以从根本上验证他们构建的芯片是否符合 Arm 标准。我们针对它运行测试,看看它是否可以运行Arm指令和代码,编译器没有损坏,或者你无法以某种方式识别正确的指令。简短的回答是,我们确实为构建基于架构许可证的设计的任何客户提供了一套合规性测试。

无论是基于Arm CPU内核授权,还是基于Arm指令集架构授权,他们都需要运行针对Arm指令集架构(ISA)的软件,并且不会中断。Arm有一些失败的CPU,他们允许扩展,这意味着它们允许客户添加自定义指令,虽然这听起来很有创意、很酷,但从长远来看,真正与CPU架构相关的是让开发人员知道它将要如何运行。

如果开发人员正在为OEM编写一段代码并且嵌入了Arm,则开发人员不想知道,不需要知道,甚至不知道他们正在设计一个内置Bob芯片的恒温器,并且Bob有一些额外的说明。您需要利用这一点,因为他们可能不知道另一个OEM设备是否具这些指令的Arm芯片。公平竞争环境并确保软件数据集看起来相同非常重要。我们的创始人在坚持这一点并使其快速原则方面做得非常出色。你可以看到它现在真的使我们受益匪浅。

中立原则的重要性

得益于Arm的开放式的商业模式,以及一系列的出色的CPU设计,使得非常多的芯片设计厂商选择采用Arm的技术来设计芯片,但是这些芯片设计厂商之间也存在着非常多的竞争。

Rene Haas表示,我们花费了大量的时间和精力来开发这些CPU和软件生态系统,解决合作伙伴的问题,并真正确保产品的领先优势。我们与每个人打交道,必须保持如何管理与合作伙伴的关系的一致性,这实际上是围绕对技术的访问,对错误的访问以及对人的访问。世界依赖于Arm。我们非常认真地管理与合作伙伴的这些关系,尽管可能没有那么多的政治,以确保公平是我们工作的重中之重。

Rene Haas强调,Arm会尽量保持中立。众所周知,我们被誉为“电子业的瑞士”(瑞士保持中立政策),这是一个不错的比喻。我们不试图挑选赢家,涉足生态系统中的各个子生态系统。如果你从半导体链的最底层开始,就会碰到格芯、三星、台积电、英特尔,所有制造芯片的人,你必须与他们所有人合作。

我们必须确保我们的技术能够建立在世界上每一种半导体工艺上,这需要所有这些合作伙伴的投资。然后,再往上就是Android、Linux、Windows和所有我们支持的主要操作系统时,我们必须确保我们也在其中。

我们真的不想在一方与另一方的竞争中占优势。我不确定我们最终会怎么做,但这意味着我们站在一个相当大的生态系统的肩膀上。我说这是一个生态系统,因为其中有设计工具、制造过程、软件操作系统和中间件。我们经常与相关产业链厂商合作,并创建他们。我们并没有真正与标准机构合作太多,但我们确实与我提到的所有相关厂商进行了非常繁重的合作。我们确保从路线图的角度了解他们试图做的一切,以确保我们将尽可能地合规。归根结底,我们将技术许可给构建芯片的人。构建芯片的人想要获得最广泛的机会,他们可以在构建芯片的地方拥有运行的软件,并控制它最终投入生产的方式。

许多芯片公司都依赖台积电,那么Arm对台积电依赖程度有多大呢?Rene Haas表示,我们与台积电密切合作。所有代工厂对我们来说都很重要,公司会保持中立。

关于Arm PC

过去多年Arm一直在努力进入PC市场,比如多年前就与微软及合作伙伴推出了基于Arm架构的Windows RT电脑,但是并未在市场上获得成功。

直到近两年,苹果Mac产品开始采用自研的基于Arm指令集架构授权的M系列处理器替代英特尔的x86处理器,在提升了性能和续航能力的同时,也帮助苹果极大的降低了芯片采购成本。目前苹果正在加速M系列处理器对于英特尔处理器的全面替代。这也反应了Arm架构处理器在PC市场也能够获得巨大成功。因此,这也给其他的基于Arm架构的芯片设计厂商进入PC首次带来了新的动力。

Rene Haas认为,Arm可以做更多的事情,而且今后可能需要做更多的事情,因为这些产品的构建起来真的很复杂。比如苹果M系列处理器,确实是基于Arm指令集架构授权。多年前,很多厂商认为需要获得指令集架构许可证才能构建更好的CPU,以便与Arm竞争。但是,微处理器每个时钟的IPC指令只是真正可以改变设计的一方面,还需要考虑内存子系统、互连、缓存大小、如何连接到 SoC 的其他部分,并确保 SoC 位于多芯片封装中,在该封装中具有芯片到芯片互连。有些客户非常擅长这些东西,并且可以弄清楚,所以他们不需要我们的很多帮助。但随着时间的推移,行业中将有越来越多的企业,需要Arm做的更多,以帮助他们获得成功。未来在芯片上做系统的需求只会越来越难。

虽然对于Arm来说,如果未来苹果的Arm处理器能够一统PC市场,那自然是一件好事,但是事实上这种可能性几乎不存在。因此,Arm需要帮助其他的Arm PC芯片厂商获得成功。

Rene Haas透露:“我之前在一家开发Windows RT的公司工作,当时我是那个产品线的总经理。在我加入Arm之前,我还在英伟达工作多年(在NVIDIA担任副总裁兼计算产品业务部门总经理长达7年),这就是我的产品线。我们在这方面取得了巨大进展。我们觉得引爆点真的在那里。我记得在Windows RT笔记本电脑进行的第一次新闻采访中,我与一组记者会面。他们问我的第一个问题是,‘它能运行iTunes吗?’我们说,‘啊,狗屎。不可以。’因为我们没有端口,苹果也没有帮助我们。经过十多年的发展,流媒体开始盛行,已经没有多少人关系那些应用程序,现在手机或PC上所运行的绝大多数应用程序都已经能够在Arm上运行。我们正在取得巨大进展,我们将继续坚持下去。”

几个月前,Theverge采访高通公司CEO克里斯蒂亚诺·阿蒙(Cristiano Amon)时,他把Arm PC面临的问题归咎于软件开发人员。他说:“看,微软、Adobe和其他大型独立软件供应商必须加入进来。他们必须快速制作这些东西。”

Rene Haas称,Arm花了很多时间与微软、Adobe协作。Cristiano Amon没有错,因为归根结底,这就是要赢得战斗的地方。十多年以来,它比以往任何时候都更接近成功,因为不仅在原有的应用程序上完成了更多的移植工作,而且还已经为Arm编写了更多新的应用程序。因此很多微软的应用程序已经可以在手机上运行。我认为,当市场上有很多相当不错的CPU产品可以与之竞争时,转折点就会在那里。

Rene Haas表示,“我非常有信心,Arm 可以提供非常引人注目的每瓦特性能。我对此有100%的信心。客户不需要架构许可证,就可以做到类似苹果M系列处理器一样的效果。”

Arm、X86和RISC-V

目前在处理器市场,Arm、X86以及近年兴起的RISC-V架构大有三足鼎立之势。对于处理器厂商来说,该如何选择呢?

Rene Haas表示,我认为可能只有Arm和RISC-V两种选择。这是有偏见的,但我甚至不认为真的有选择。从 ISA 的角度来看,虽然x86拥有强大的生态系统,但只有AMD和英特尔这两家公司在做。然后就是开源的RISC-V,它存在着许多不同的版本。RISC-V是一个可扩展的处理器,这是它的优势,也是它的弱点。在我看来,可扩展性将导致碎片化。我认为这在获得任何类型的软件生态系统方面都将是不利的。真的很难说出“在RISC-V处理器上持续运行的主要软件生态系统是什么?”答案是没有。

我们今天在SoC中在哪里看到RISC-V呢?它位于芯片的深度嵌入部分,外部程序员不知道它的存在。这是我可以给出的一个类比。如果你在微波炉里放了一些东西,然后点击30秒计时器的开始,那么这个显示器可能是基于Arm处理器的,因为可能有一小段开源应用程序代码在上面运行。实际打开烤箱并在30秒后将其关闭的计时器则可能是RISC-V。这真的是仅有的两个选择。我的意思是,在所有这些公司背后都是较小的公司,而这些公司在市场份额方面也确实没有太多的影响力。

当被问及Arm和RISC-V架构是否会淘汰老旧的x86架构时,Rene Haas表示,这很难判断。x86已经存在很长时间了,并且拥有非常庞大的安装基础。我当然不想做任何诋毁他们所做的事情。我认为x86的挑战在于它只来自两家公司(英特尔和AMD)。这本身就是一个限制因素,限制了它能走多远。

Rene Haas认为,这一切都与软件有关。归根结底,这是关于是否拥有一个丰富的软件开发人员生态系统的问题。对我们来说,我们认为有1500万到2500万开发人员在Arm上开发软件。有些开发者,我们知道他们在Arm上进行开发,因为他们利用了Arm指令集,但也有一些人我们并不知道,因为它是抽象出来的。编译器和开源库都在那里,这使得它很容易运行。

以智能电视为例,如果您正在尝试为智能电视编写新菜单,并尝试链接到本质上是其内核的Android版本,那就是Arm。这一切都已针对 Arm 进行了优化。就自我报告而言,这是一个很大的优势。库都存在,并且优化已经完成。假设你在RISC-V上尝试过。如果公司A添加了17条新指令,使他们的RISC-V看起来有点不同,开发人员可能不会知道这一点。开发人员将如何利用这一点?RISC-V可能最终会降低到最低的公分母。

关于云和汽车市场

目前,智能手机市场已经趋于成熟,物联网市场稳步发展,相比之下,云端的服务器市场和汽车市场则是当下处于快速增长当中的两大市场,这也是Arm发力的重点。

Rene Haas表示,我们不仅通过开发不同的产品,而且通过商业模式战略的不同部分来解决,使我们的业务多样化。我们知道我们的生意会好起来的。你现在看到的Arm所有财务业绩,都非常棒,团队做得很好,而这是来自几年前的工作。因为你将无法在一夜之间看到单位的版税结果。我们开发IP,而这个IP必须流向客户,客户必须构建一个芯片,而这个芯片必须进入产品,然后产品必须合格,获得消费者认可。所有这些要实现,都可能需要三到四年的时间。我们在一直在投资的领域,比如云、汽车和物联网。这些都是大型的长期增长领域,我认为我们处于非常有利的位置。

比如在云方面,我们知道数据中心正在发生一些事情(基于Arm架构的服务器芯片出货正在快速增长),我们知道我们在软件工作负载方面取得了良好的进展。我们认为,如果我们将投资推进到一些特定的指令中,例如SME和SVE——这些是超大规模器上特定工作负载的矢量扩展——我们可以在超大规模服务器市场方面做一些大事。

AWS是我们的重要合作伙伴,他们之前推出了Graviton2服务器芯片,以及一些相当令惊人的数字:相对于其他架构,价格和性能优势提高了40%。

在汽车方面,随着汽车的数字化,几乎所有的仪表盘都在Arm处理器上运行。动力传动系统,任何与后视镜和制动器有关的东西,所有这些也都很快转移到Arm处理器上。

比如,在动力传动系中,有许多较旧的电子控制单元(ECU)是独立的单元。它们可能装有旧的专有微控制器,并且它们不与汽车的其他部件进行通信。所有这些ECU都在重新设计。在汽车内部,可能有50-70个ECU。它们有很多,每个都可能有一个旧的专有微控制器,它没有连接,没有内存管理单元,无法与汽车的其他部件通信。因此,汽车成为高度网络化的设备。然后,您添加自主和高级驾驶员辅助系统(ADAS),这是Arm发展的一个领域。

我认为,对于我们来说,汽车有点像多种技术的沙盒:仪表板,动力传动系统、ECU和自动驾驶等。在计算方面,汽车对于性能和效率的要求越来越高,功能安全也很重要,必须具有所有冗余,以确保它可以以安全的方式运行。有些人通过计算库在软件中做到这一点,但大多数人更喜欢在硬件中做到这一点,因为它更安全,更有效。我们开发了嵌入了功能安全的汽车处理器和图形处理器。我们过去没有这样做。我们基本上会推出一个通用的东西,可以在任何地方使用。这是我们在过去几年中做出重大改变的事情之一。对我们来说,汽车将是一个非常大的市场,我们对汽车市场非常乐观。我们在汽车市场发展得非常快。

关于美国“芯片法案”

受新冠疫情造成的半导体供应链中断,以及中美贸易冲突等因素的影响,近几年来,缺芯问题困扰着全球。因此,美国、欧盟、日本等国家和地区都纷纷开始大力发展本土的半导体制造业。而美国为了推动本土半导体产业的发展,不久前,还通过了《芯片与科学法案》,将向半导体制造和研发领域提供527亿美元的补贴。

对此,Rene Haas表示,面对缺芯的问题,我们绝对愿意参与帮助对话,只要我们可以通过与任何国家的政治官员交谈来扩大对此的需求来提供帮助,我们都会这样做。这不仅仅是一个Arm问题,这是一个行业问题。你正在做的任何事情,只要一个环节失败都不是一件好事。COVID-19暴露了很多事情,非常感谢那些推动“芯片法案”的人,因为我认为这非常重要。这不仅对美国很重要,而且从现在起50年后,每个大洲都应该有世界级的晶圆厂。我们不应该担心地缘政治问题,因为这就像氧气一样,这是世界的运作方式。

另外,头部的芯片制造商过去多年持续减少对于成熟制程的投资,也是此次“缺芯”的一大关键因素。对于如何避免类似的“缺芯”问题,Rene Haas表示:“我能不能把我们正在建造的晶圆厂转换为某种工艺技术,然后把它变成一个逻辑晶圆厂?这是一个非常复杂的问题,因为世界上只有那么多工厂,只有这么多人知道如何制造这些东西。很多公司是上市公司,他们必须赚钱。这是一个非常复杂的问题。”

三十年前,日本是世界级的半导体制造大国,拥有很多的逻辑晶圆厂,现在基本上已经减少到几乎为零。日本正在寻找重塑其半导体制造业的方法,让更多的晶圆厂重新上线。同样,其他一些国家和地区也在积极的推动类似美国芯片法案的出台。

关于公司团队及架构

Rene Haas透露,根据他所看到的最新的数据显示,目前Arm公司拥有约5800名员工,但如果包括一些外包员工来说,这个数字可能超过6000人。

Arm的员工大多数都是工程师,其中大多数在英国,总部设在英国剑桥。Arm在英国、法国和北欧的不同地区都有一些不同的研发基地。在美国也有几个设计中心——在亚利桑那州和德克萨斯州。在印度也有相当数量的设计工程师,主要在班加罗尔和诺伊达。

Rene Haas表示,我们的法务部门非常小,主要负责我们的许可模式如何运作以及如何保护其知识产权方面做得很好。我们没有庞大的法律部门,但我们有很多工程师,因为这些产品真的很难构建。

在公司管理层架构上,Rene Haas介绍称,首席财务官,首席人事官和法律报告负责人都直接向我报告。我们围绕业务部门进行组织,因此我们有一个垂直的业务线结构。我们拥有汽车、物联网 (IoT)、基础设施和客户服务,这些总经理也向我汇报。此外,公司的首席架构师、销售主管和工程主管,也向我汇报工作。主要是以业务中的工程为导向的负责人人,具有围绕人员,法律和财务的负责人。

在决策方面,Rene Haas表示,你的胡子和头发越白,你对基于意见的决定就越倾向于舒适,因为模式匹配开始发挥作用。历史一直在重演,我们是人类,人类也会同样的成功和犯同样的错误。我是观点和数据混合体,经验越丰富,我就越依赖直觉,经验会有所帮助,但我现在可能比年轻时行动得更快。意见对我的帮助比数据大得多,因为我的直觉更直观。

为何改变主意要上市?

在哈斯担任Arm CEO之前,他的前任坚决反对上市,原因是一旦公司上市,就会承受提高营收的压力,这会让Arm的中立、公平模式处于危险境地,因为公司可能会达成特殊交易来提高营收。

哈斯回应称,在去年年底,当英伟达的收购交易基本破裂时,我们做出了改变,宣布寻求上市的决定。当我在2月中旬上任,ARM的财年在3月结束后,我们终于能够谈论我们的财务业绩了,我们有一段时间没有谈论财务业绩。

在英伟达寻求收购时期,我们非常安静。当我们公布上一财年的营收时,我们的营收远远超过20亿美元。

我们创造了26亿美元营收,过去从来没有超过20亿美元。我们的营业利润率接近40%,但人们认为我们在赔钱,因为我们没有披露更多内容。这个季度,你会发现这些数字甚至比去年还要高:营业利润率超过50%,营收达到7亿美元,4.5亿美元是使用费。

哈斯曾表示计划在2023年3月上市。随着时间的临近,Arm是否能够兑现这个目标呢?哈斯对此表示,我们现在正处于这个过程中,我不能说太多。

内容出处:Theverge、凤凰科技

综合/编译:微信订阅号 @芯智讯

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4   2022-10-01 11:46:44  回复

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