起底ARM:留给中国队的时间不多了

芯片设计IP的需求十分紧迫,套用国足比赛中常听到的一句话:留给中国队的时间不多了。
2020-09-28 13:07 · 微信公众号:锦缎  海星   
   

ARM并购案对于中国乃至全球半导体产业的扰动仍在发酵。

对于是否应放行这场世纪交易,中国产经业界存在不同声音。根据媒体报道,9月27日,在“第四届信息安全产业发展论坛”上,中国工程院院士倪光南在谈及英伟达对ARM的并购时表示,“我相信我们商务部可能会否了这个并购”。

理解这场交易的意义,需要先从认知ARM公司开始——持此初衷,本篇报告将对ARM进行深度起底:

ARM通过精简指令集的成功撼动了英特尔的霸主地位,后发制人成为移动互联网的最大赢家,并极有可能继续主导物联网时代,其股权也成为科技大国争夺的焦点。

更为值得警醒的是,IP核(Intellectual Property core,知识产权核)作为芯片领域卡脖子环节,我们还基本处于空白,行业和市场更对IP的重视程度,远远不够。

01

ARM的全球风云

英国ARM公司,全称Advanced RISC Machines,中文翻译成安谋,是一家蜚声全球的半导体IP提供商。

就中国公众而言,对于ARM公司的了解,可能不是因为晦涩坚深的芯片技术,而是由于各种“花边新闻”。从2016年至今,ARM登上全球科技头条的新闻就多达3个:

◆2016年7月,趁着英国闹退欧的时间窗口,日本软银集团提出以243亿英镑(320亿美元)现金收购ARM公司。收购完成后ARM退市,这笔交易也被认为是孙正义大手笔押注物联网的代表作。

◇2019年,ARM再次登上头条是因为紧张的贸易关系与华为。2019年5月,美国商务部工业和安全局把华为列入出口管制实体清单,紧接着ARM确认将中止与华为的业务合作。

如果华为不能使用ARM的芯片设计IP,那海思将就地休克,好在华为当时拥有最新的ARMv8的架构层级永久授权,可以保证华为在此基础上研发新产品,短期的影响有限。

◆2020年9月,半导体AI第一股英伟达(NASDAQ:NVDA)宣布计划以400亿美元从日本软银集团手中收购ARM的全部股权。业界的解读为软银将获得急缺的现金,而英伟达将凭借ARM的技术补强CPU的短板,从此在物联网时代一骑绝尘;而以中国为代表的市场则可能遭遇被垄断的命运。

站在人类科技树顶端的ARM,最早由苹果、诺基亚、Acorn、VLSI、Technology等公司合资创立,后来由于苹果手机芯片使用ARM架构,而逐渐走向主流市场。

ARM成功地在移动互联网时代战胜不可一世的英特尔,完全垄断了移动终端的芯片设计架构。

因此,ARM自然成为全球主要科技国家的关注焦点,每次围绕ARM的股权纷争都成为行业举足轻重的事情,角逐方包括英国、美国、日本、中国和欧洲。

02

ARM的商业模式

起底ARM,必须要首先理解它的商业模式。

一句话来说,ARM做的是芯片设计领域的IP授权,可以简单理解成靠卖知识产权为生。但为了深刻理解为什么ARM能站在芯片行业之巅,我们绕不开对技术的讨论。

一切从处理器出发。

处理器作为一个设备的大脑,赋予设备智能;我们深入处理器的内部,一般包括内核、调试系统、外设、存储器等部件,而其中内核是处理器中最重要的部分。

进一步拆解,内核是由指令集与微架构构成的;指令集是所有指令的集合,而指令规定了处理器可以执行的操作,作为软硬件的接口,指令集与上层操作系统、应用程序等紧密联系;微架构是用于完成指令操作的硬件电路设计,使得处理器在收到指令后可以尽可能高效地完成运算。

而ARM做的就是卖IP核的生意,即指令集+微架构。

通过以上的介绍,我们知道IP核是芯片中最难的部分,只不过大家比较熟悉的英特尔卖的是整个芯片,而ARM只卖其中的核,还是以授权方式进行的,是一种更加灵活、轻资产的模式。

由于ARM 的IP核是基于精简指令集(RISC),相对于英特尔X86 的复杂指令集(CISC),RISC可以让整个处理器更为简化,适合功耗小、成本敏感、任务相对固定的应用场景中。

而这正好是智能手机为代表的移动终端的痛点,因此ARM把握住机会成为移动互联网最成功的半导体公司,而英特尔(NASDAQ:INTC)则遭遇的“失去的十年”。

提到ARM,绕不开的是其“技术+生态”的巨大优势。由于指令集的设计十分复杂,再叠加架构设计这种高精尖环节,导致ARM始终保持对竞争对手的代际领先;而技术之外,ARM另一个优势在于其从芯片设计、制造到销售提供各类支持,以创新实力+深度合作打造客户粘性。

ARM的厉害之处,除了技术绝对的领先和巨大的生态粘性外,锦缎研究员认为其商业模式的创新,更是值得关注的重点。这种只授权没有实物商品的商业模式,对知识产权仍处于起步阶段的中国公司来说,显得稀奇又难以理解。

ARM公司本身不制造、不销售任何实物芯片,只是自己设计IP,包括指令集架构、微处理器、图形核心、互连架构,然后通过授权这些IP获取收入。

收取的费用又包括两部分:针对IP授权的前期授权费,和根据每颗芯片售价按比例抽取版税(royalty)。又通过三种不同层级权限的授权模式,和客户进行合作。

而这种神奇商业模式的诞生,背后有着深刻行业发展规律:

随着智能终端产品越来越复杂多样,芯片设计难度快速提升,设计成本指数级上升,为降低设计风险和成本,芯片设计公司越来越多地寻求使用经过验证的IP,因此芯片设计产业拆分出芯片IP产业。

这个就非常像芯片制造领域,以前都是垂直一体化的IDM模式,后来台积电创立只做芯片代工部分的商业模式。所以我们可以认为ARM就是“软版”的台积电。

03

ARM的过去

ARM公司的前身成立于1978年,算是第一批成立的半导体公司;但公司成为今日的雏形,则是需要追溯到1990年ARM控股的成立,当时最为重要的股东就是苹果,可谓含着金钥匙出身。

1993年-2008年,为公司飞速成长的15年,在低功耗嵌入式处理器市场快所向披靡。

最被大家津津乐道的就是ARM成为移动互联网时代的芯片IP霸主。在OS+CPU体系中,ARM+Android体系战胜了PC时代Windows+Intel体系。

ARM 架构依靠苹果和三星打开市场后,逐渐形成壁垒,由于对开发者持开放态度,而非英特尔的封闭态度,因此几乎垄断了移动端芯片市场。毫不夸张的讲,我们使用的每一台智能手机的智能都是ARM赋予的。

不用列举眼花缭乱的财务数据,我们可以用一张图来说明ARM的牛x,根据ARM自己公布的其IP授权相关的芯片出货数据,截止到2019年,基于ARM授权的芯片出货量超过1660亿颗,占全球整个芯片市场出货量的市场份额高达34%。

04

ARM的未来

自然,大家容易想到的一个问题是,随着智能手机每年出货量达到14亿部的瓶颈,ARM的增长是不是就到头了?其实不然。

正如前文所说,ARM是精简类类指令集(且指令集内容在持续升级更新),因此其天然适用于海量物联网设备,手机只是其中的一种。这也是为什么AI第一股英伟达管理层对收购ARM表现得如此激动的本质原因。

ARM的广阔舞台,我们可以从服务器芯片这个市场来见微知著:当前全球服务器年出货量超过1100万台,但服务器芯片基本被X86垄断,凭借接近100%的垄断,服务器成为英特尔的提款机,英特尔每年有接近50%的利润来自服务器。

我们看到大家都在试图挑战英特尔的垄断地位:

华为在2019年1月发布首款基于ARM架构的服务器芯片—鲲鹏920;苹果近期发布基于ARM架构开发Mac芯片;

目前 ARM 已经明确了其针对数据中心的 Neoverse 架构迭代升级策略,每一代性能提升都在 30%以上,远远超过 X86 架构 CPU 每一代性能提升的幅度,未来ARM 在性能上与X86 之间的差距将不断缩小。

服务器仅仅是开胃菜。根据ARM自己的判断,其未来面对的市场包括移动终端、ICT基础设施、汽车、嵌入式等场景。

ARM 整体可参与的市场,预计到2029年,将达到2320亿美元,而目前收入不到20亿美元的ARM,离天花板还有着无尽的空间。

而这显然不是痴人说梦,ARM 的精简指令集功耗较小、价格便宜、并发处理效率高、升级速度快,出身就带着物联网基因,以目前在 5G 网络基础设施市场为例,ARM的市占率已经达到28%。

05

IP是绝对的卡脖子环节

现在全球科技战背景下,大家所有的关注点都在半导体的制造和设备领域,如台积电不能给华为海思生产。

但实际上,芯片设计制造一体两面中的软件部分,国内依然是接近空白,这个领域主要是指底层架构的IP和芯片设计领域的必须用到的EDA软件,尤其随着美国英伟达收购ARM后,这个环节被卡脖子的可能性将明显上升。

我们知道,目前市场主流的指令集是以 x86 为代表的复杂指令集(CISC)和以 ARM 为代表的简单指令集(RISC),基本处于完全的垄断的卖方市场,国内 CPU企业大多选择购买国外的架构授权,来设计芯片,哪怕最为领先的华为海思也是如此。

随着国内芯片行业投资热潮迸发,芯片设计公司大量成立,到2019年国内初创芯片设计公司数量多达1780家,是2015年的两倍,若核心IP的缺失,将会导致这些企业轻则最终只能为别人做嫁衣,重则随时被人断供。

考虑到我国绝大部分芯片都建立在国外公司IP或架构授权的基础上,推进IP 和芯片底层架构国产化是市场的选择也是国家战略的需求。

06

中国企业的破局方向

【1】方向1:重视并学习ARM的成功经验

我们看到,国内大部分芯片设计公司,都是哪个下游应用领域比较热就去涌向哪个市场,而不愿意去碰难啃的底层核心东西。

以芯片领域目前不被大家重视的IP核行业为例,我们通过复盘ARM的成长历程,知道ARM就是因为一门心思做精简指令集,打破了英特尔复杂指令集的一家独大,而不是去避重就轻选择某个细分的芯片设计赛道。

回到国内,诸如华为海思、中芯国际(HK:00981)、中微公司(SH:688012)这样啃硬骨头的企业太少,市场也因为稀缺给予这些标的(华为海思未上市)贵到离谱的估值。

随着芯片投资热潮的冷却,那些只讲故事的公司将失去支撑。未来更值得期待的是类似ARM这种做底层突破的企业,不过可能的投资机会将集中在一级市场。

当然,由于指令集具有类似于操作系统一样的自然垄断性,想直接挑战ARM的地位几无可能,就像强如ARM,在发展的前30年,也根本无法撼动英特尔在服务器市场的地位。

但随着物联网时代的到来,指令集的需求将更趋于碎片化,因此IP核行业的集中度应该会更加分散,这反倒给了国内企业的创业机会。目前国内仅有一家科创板上市公司芯原股份(SH:688521)从事IP授权相关业务,能否成功突围还需跟踪观察。

【2】方向2:如何差异化竞争

正如前文所述,ARM凭借技术代际领先,指令集的天然生态,加之未来可能携手英伟达之后的强强联手,国内初创公司在智能手机、服务器IP核上实现替代基本没有可能。

但随着物联网时代的芯片需求碎片化以及芯片设计环节分工深化,国内企业能做的仍然是差异化竞争。

差异化竞争体现在两个市场:

在处理器芯片中,IP应用数量越来越多。以手机为例,现在的SoC都是基于多种不同IP组合进行设计的,随着先进制程的演进,单颗SOC芯片上可集成的IP数量也大幅增加。

其他碎片化场景中,IP将不断涌现。IP从芯片设计环节分离的趋势仍在持续推进,未来存储、GPU、模拟类IP需求也将逐渐体现出来。

从数据上直观感受,根据IBS统计,芯片IP市场将从2018年的46亿美元增长至2027年的101亿美元,其中处理器IP市场仍为最大单一市场,预计在2027年达到63亿美元;但其他细分市场也不容小觑,预计到2027年,数模混合IP市场预计达到13亿美元,射频IP市场预达到11亿美元。

这一小众而又极其重要的市场,尚未看到太多中国企业的影子,这是因为目前国内大部分IP公司为初创型企业,尚未进入公众视野。芯片设计IP的需求十分紧迫,套用国足比赛中常听到的一句话:留给中国队的时间不多了。

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