IBM與GF三十年未了緣：映射處理器產(chǎn)業(yè)模式變遷

　　1981年，IBM發(fā)布了首臺IBMPC。為了保證處理器供應不會(huì )依賴(lài)于一家廠(chǎng)商，IBM要求英特爾將其架構技術(shù)授權給另一家公司——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(lái)自2008年從AMD中拆分出來(lái)的芯片制造部門(mén)。

　　三十多年間的分分合合，映射出的，其實(shí)是半導體產(chǎn)業(yè)模式的變遷——從產(chǎn)品設計與制造一體化IDM(整合設計與制造)模式到剝離制造的Fabless(無(wú)廠(chǎng)半導體)模式，從底層架構研發(fā)到產(chǎn)品研發(fā)的研發(fā)一體化模式到架構研發(fā)與產(chǎn)品研發(fā)分離的授權模式。

　　而當下一代處理器注定要跳出硅晶體管架構的藩籬時(shí)，未來(lái)又會(huì )蘊生出什么樣的故事?

　　IBM的親密“女友”

　　“我們需要另一個(gè)供應商。”

　　1981年，IBM推出的首臺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。

　　當時(shí)，IBM已經(jīng)是年營(yíng)收超300億美元的巨無(wú)霸，而英特爾只是初出茅廬的小伙兒。但IBM已經(jīng)預料到未來(lái)處理器在PC行業(yè)的重要地位。按說(shuō)，IBM當時(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(xiāo)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授權給另一家企業(yè)以保證PC處理器的供應不會(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)器設計的處理器”——Opteron64時(shí)，IBM到場(chǎng)為 AMD站臺，并迅速推出相應產(chǎn)品;同年，IBM與AMD達成協(xié)議，聯(lián)合開(kāi)發(fā)用于未來(lái)高性能產(chǎn)品的下一代半導體制造技術(shù)，此后AMD每一次制程進(jìn)步背后都有 IBM的影子;在A(yíng)MD陷入財務(wù)困境時(shí)，IBM的投資部門(mén)還為AMD尋求融資，有消息稱(chēng)在A(yíng)MD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剝離半導體制造業(yè)務(wù)是受困于財務(wù)壓力。然而，事實(shí)上，當時(shí)制造與設計分立的Fabless模式已經(jīng)開(kāi)始悄然席卷半導體領(lǐng)域。

　　Fabless與授權模式的興起

　　就在2008年上半年，AMD尚未分拆制造業(yè)務(wù)之前，筆者在和當時(shí)全球份額最高的圖形處理器廠(chǎng)商英偉達(NVIDIA)高層聊天時(shí)問(wèn)到，Fabless 模式的NVIDIA財務(wù)狀況遠好于制造設計一體化的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 )用充裕的現金流去購買(mǎi)工廠(chǎng)涉足制造，他當時(shí)答案是：“既然我們財務(wù)比他們好，我們?yōu)槭裁匆W(xué)他們?”

　　事實(shí)上，在此之前，制造與設計一體化還是被作為半導體企業(yè)的一項核心競爭力的。這主要是由于兩個(gè)原因：制程(半導體制造工藝，主要指晶體管尺寸)和產(chǎn)能。

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

　　在雙核之爭中，英特爾就利用了這兩項手段。

　　2005年，AMD提出了“雙核”的概念。而英特爾顯然無(wú)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(lái)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)格低于對手近65%，而AMD先是暴露出產(chǎn)能問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)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，英特爾將這種戰略加以總結，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。

　　然而，此后幾年中市場(chǎng)形勢發(fā)生了變化。經(jīng)濟危機使得半導體制造產(chǎn)能出現了過(guò)剩，這使得“擁有工廠(chǎng)”財務(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，當半導體制程達到23nm水平之后，進(jìn)一步提升變得越來(lái)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)內共識是，將制程提升到10nm以?xún)冗€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有的硅晶體管基礎結構。

　　在工廠(chǎng)對產(chǎn)品的意義越來(lái)越小的情況下，Fabless模式就占據了上風(fēng)。

　　更進(jìn)一步的，甚至連產(chǎn)品設計都舍棄掉，只保留核心架構設計的授權模式也因ARM的成功而受到廣泛關(guān)注。ARM只需關(guān)注處理器核心架構的設計，而獲得其授權的多家處理器設計企業(yè)會(huì )根據所面對的細分市場(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用領(lǐng)域。據ARM統計，去年，全球基于 ARM架構和設計方案的芯片產(chǎn)銷(xiāo)量超過(guò)了100億個(gè)，其中的一半用于智能手機和平板電腦，其余的用于數字電視機、洗衣機等各種非移動(dòng)設備和工業(yè)設備中。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(lài)著(zhù)金融等少數應用領(lǐng)域。

　　可以說(shuō)，Fabless與核心授權模式正在重構處理器產(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(lái)十年內，GLOBAL-FOUNDRIES還將成為IBM服務(wù)器處理器的獨家半導體技術(shù)供應商，為IBM提供22nm、14nm和10nm的半導體技術(shù)。”IBM為未來(lái)定下的期限是10年。

　　而為了10年后的未來(lái)，IBM宣布了一項30億美元的投資計劃，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)計算、量子計算等全新的基礎硬件架構上。

　　而在這些全新領(lǐng)域的探索中，中國落后的并不多。

　　以量子計算為例，據《科技日報》報道，2011年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室李傳鋒、黃運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目的世界紀錄;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)驗室教授潘建偉與同事陳宇翱、陸朝陽(yáng)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)制備的世界紀錄。這些都是通向量子計算道路上的重要技術(shù)。

　　另一方面，在處理器架構方面，此前，中國較為成功的市場(chǎng)化產(chǎn)品主要集中在A(yíng)RM架構方面，而今年，隨著(zhù)英特爾和清華紫光的戰略合作，以及IBM與工信部達成的合作，在x86和POWER兩大架構方面，中國也將獲取到成長(cháng)的機會(huì )。

　　每一次技術(shù)革新和模式革新，都會(huì )催生出新的巨人。而在處理器的下一個(gè)十年間，又會(huì )催生哪些激動(dòng)人心的故事?