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

阿里、微軟、Google、Facebook互聯網巨頭紛紛入局芯片

我們首先盤點一下互聯網巨頭近幾年來在芯片領域的動作。

Google可謂是互聯網公司在芯片領域走得最遠的公司。2015年Google就開始在其數據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出。

微軟也不甘落后，2014年在ISSCC上發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年又發布了自己設計的用在HoloLens中的HPU協處理器芯片，而在近日更是發布了Azure Sphere 物聯網平臺，其中包含了使用在MCU芯片中的Microsoft Pluton安全模塊以保證物聯網數據安全。第一款Azure Sphere芯片將會是聯發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，Facebook也開始在芯片領域有所動作，在網站上貼出了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，據業界預測Facebook正在招募工程師開發和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，互聯網巨頭阿里先是宣布開始研發人工智能加速芯片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，可以實現比傳統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，而該系統目前擁有中國獨立知識產權的指令集，阿里此舉據信是為了加強自己在物聯網領域的布局。

啟示一：摩爾定律的盡頭是異構計算時代，互聯網巨頭要自己定制芯片

互聯網巨頭紛紛布局芯片，意味著原有的半導體產業局面正在發生重大改變。最初，半導體行業作為高科技行業，其發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，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、阿里等互聯網巨頭向硬件領域的進軍。事實上，這也是互聯網公司生態化發展到今天的必然：互聯網公司之前一直在搭建生態搶奪流量入口，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、手機等傳統入口已經沒法滿足高速發展的互聯網巨頭的胃口，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，Facebook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終端節點。

當互聯網巨頭開始進入硬件市場時，會對半導體行業產生巨大的影響。首先，互聯網巨頭追求硬件能實現極致化的性能以實現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，光靠采購傳統半導體廠商的芯片已經沒法滿足互聯網巨頭對于硬件的需求，至少在核心芯片部分是這樣。因此，Facebook、Google、阿里等互聯網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網公司現在不需需要從半導體公司采購芯片了，這樣的產業分工變化會引起行業巨變。

其實這樣的上下游整合趨勢從很久以前就已經在手機領域開始，幾年前消費電子巨頭蘋果和華為已經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。而互聯網巨頭入局芯片，也可以理解為手機領域發生的故事也開始發生到了其他硬件領域，將對于高通以及其他傳統半導體公司產生深遠的影響。

其次，互聯網巨頭制造硬件的目的只是為了吸引用戶進入自己的生態使用自己的服務，其最終盈利點并不在販賣硬件上而是在增值服務上。因此，互聯網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，但是在互聯網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網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網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，互聯網巨頭進入芯片領域，首先處于性能考慮不再從半導體公司采購核心芯片，這沖擊了傳統行業分工，使傳統芯片公司失去了一類大客戶；另一方面互聯網巨頭的生態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經營模式必須發生改變才能追上新的潮流。

啟示二：半導體行業分工洗牌，三種道路應對互聯網企業野蠻人入侵

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、制造等幾個環節。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最終根據掩膜把芯片制造出來。

今天的半導體行業的分工，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節的IDM模式；此外不少公司是混合Fabless和IDM，即有的產品走Fabless模式，而有的產品走IDM模式，例如Broadcom在CMOS芯片產品線走的是Fabless，而在射頻前端模組產品線則是IDM模式有自己的Fab。在今天的半導體行業分工中，設計服務公司提供模塊設計IP以及協助一些公司做設計，主要起的是輔助作用。

在互聯網巨頭入局半導體行業后，又出現了一種新的模式，即互聯網公司負責定義芯片、完成小部分設計、并花錢完成設計定案流片（互聯網公司不差錢！），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，互聯網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。互聯網巨頭做芯片，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／雙十一檔期將會是災難性的。如果要像傳統半導體公司一樣，需要從頭開始培養自己的前端+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年之后。這樣的節奏，是跟不上互聯網公司的快速迭代節奏的。

那么如何實現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，用有豐富經驗的業界老兵來根據需求定制架構以滿足性能需求，而具體的實現，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非常重要，ESD、散熱、IR Drop等一個小細節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驗的設計服務公司，就可以大大減少細節出錯的風險，從而減小芯片需要重新設計延誤上市時間的風險。

事實上，我們已經在一些芯片中看到互聯網巨頭負責芯片架構+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

不差錢的互聯網公司以生態打法入局半導體行業，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網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。

聯發科作為把傳統半導體芯片公司的運營哲學發展到極致的公司在今天也開始轉向設計服務業務，可以說是設計服務的春天來臨了。

結語

隨著互聯網廠商紛紛入局半導體芯片，傳統半導體公司的商務模式將會遇到很大挑戰，需要有新的商務模式來迎合時代潮流。面對互聯網公司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。互聯網公司入局對于半導體行業未來走向的影響，讓我們拭目以待。