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云端 CPU 開年之戰

2021/2/2 14:01:19 來源: 作者:心緣 責編:懶貓

在 21 世紀第二個十年的開端,云端 CPU 賽道已然火藥味十足。

國外,這廂英特爾 AMD 公布最新業績,全年營收雙雙見漲,那廂高通宣布 14 億美元收購一家 CPU 設計公司 NUVIA,大有在處理器賽道加碼之勢。

國內,國產 CPU 也迎來拐點,天津飛騰 2020 年交付 150 萬片芯片,營收實現 13 億元,兩大代表玩家中科龍芯、海光微電子紛紛啟動上市輔導。

云端 CPU 競賽正在加速較量,雖然洗牌尚需時日,但從近期各路主要玩家的一系列變動來看,接下來的數據中心處理器市場,將度過不平凡的一年。

一、7nm:垂直分工模式走向勝利

過去一年圍繞 CPU 的博弈中,“7nm”絕對是最受關注的關鍵詞之一

英特爾的雙手似乎被捆綁在 “7nm”上。去年自宣布 7nm 延遲消息后,英特爾股價一路下滑,直至今年釋放出 7nm 進展順利的新訊,股價漲勢又將此前的下滑幅度重新抹平。

▲英特爾從去年 7 月公布 7nm 延期到今年 1 月的股價變化(圖源:彭博社)

與此同時,從去年下半年開始,英特爾高管在選擇芯片生產方式上屢屢松口,透露出考慮將一部分芯片生產分包給第三方代工商的期望,而全球第一大晶圓代工廠臺積電被外界判斷是英特爾最有可能的選擇對象。

去年年中,有外媒報道稱英特爾向臺積電預定了 2021 年 18 萬片 6nm 芯片的產能來生產 GPU,也有外媒稱英特爾 GPU 不是采用臺積電 6nm 工藝,而是同時采用臺積電的 5nm 和 7nm 工藝制造。近期又有外媒爆料英特爾正在評估使用臺積電 7nm 工藝生產 Xe-HPG 架構 GPU 的可能性,還有傳言稱英特爾已與臺積電簽訂協議,將使用臺積電 3nm 工藝生產處理器,預計 2022 年下半年量產。

還有消息人士稱,臺積電正準備為英特爾提供 4nm 工藝,計劃 2021 年試產,2022 年量產,但預計最早要到 2023 年,英特爾才會推出由臺積電代工的產品。相對而言,英特爾與三星的談判處在更早期的階段。

目前關于英特爾外包計劃的消息多為傳言,英特爾官方并未對這些消息作出明確表態。

與英特爾仍堅持 IDM 模式相比,AMD 早早將晶圓代工業務剝離,主攻芯片設計,并將其 7nm 芯片訂單交予臺積電生產。隨著 2020 年蘋果、高通等移動芯片玩家轉戰 5nm 工藝,AMD 成為臺積電 7nm 工藝第一大客戶。

▲供應鏈給出的 2020 年 Q4 臺積電 5nm、7nm 訂單情況

受近期芯片短缺潮影響,蘇姿豐在財報會議中提到,因 2020 年總需求超預期,至 2020 年底面臨部分芯片供應限制,預計 2021 年上半年 CPU 將持續短缺。

封測廠日月光、通富微電也有人證實,目前 AMD 訂單能見度到 2021 年第一季度左右,CPU/GPU 主流封裝制程的 FC-BGA 稼動率處于 80~90% 的高檔,供需吃緊的關鍵更在于 IC 載板的交期。

另據外媒分析,AMD 從臺積電新獲得的 7nm 產能,極有可能優先向索尼、微軟等游戲機客戶傾斜。

英特爾也提到 2021 年第一季度的開局可能有些艱難,預測收入、營業利潤率和每股收益均將大幅下降。

▲英特爾 2021 年 Q1 業績預測

盡管英特爾仍在 PC 和服務器領域擁有絕對的話語權,但顯然服務器市場的版圖正在動蕩,來自 AMD、Arm 等廠商的壓力只會與日俱增。

二、財報:數據中心趨于周期性

2021 年的第一個月,x86 界的兩大代表玩家英特爾和 AMD 交出了 2020 年業界的答卷,二者營收均創下新高。

作為全球最大的 PC 和數據中心服務器 CPU 制造商,英特爾數據中心事業群(DCG)的 2020 年全年營收較上一年增長 11%,包括 IoT、NSG、PSG 等其他數據中心業務部門的營收亦增長 1%。

受疫情影響,2020 年上半年居家學習、在線辦公等需求暢旺,帶動英特爾 DCG 營收強勁增長,Q1 同比增長 42.7%,Q2 同比增長 43%。

而到下半年,隨著超大規模企業經歷了緊張的投資期,消化了新采購的服務器后,數據中心云業務正變得更加具有周期性,英特爾 DCG 營收 Q3 同比下降 7%,Q4 同比下降 16%。英特爾宣布將在 2021 年第一季度加大新款數據中心芯片的生產。

單就 2020 年 Q4 來看,英特爾 DCG 部門營收 61 億美元,同比下降 16%,營收利潤下降 40%,而出貨量下降 9%,由此可推測英特爾對其數據中心產品給出了更高折扣。

▲英特爾 2020 年 Q4 DCG 業績

盡管 PC 需求穩增,但近年 PC、移動技術的吸引力正變小,以數據為中心的云、邊緣等相關業務已成為越來越多芯片公司押注的未來。

相比英特爾的大落大起,AMD 去年發展地似乎更為風調雨順,不僅順利發售 7nm 處理器,在 PC、游戲和數據中心市場的業務均保持增長,2020 年全年凈收入較前一年翻倍。

根據財報,由于游戲機芯片等半定制產品和 EPYC 服務器處理器的銷量增長,AMD 企業、嵌入式和半定制事業群 Q4 營收同比增長 176%,達 12.8 億美元,不過并不清楚 EPYC 處理器具體貢獻多少。

AMD 首席執行官蘇姿豐提到,公司 2021 年的增長重點會放在云業務上,AMD 副總裁兼 CFO Devinder Kumar 稱 2021 年 AMD 營收保守估計將增長 37%。

當然,從體量上來看,AMD 服務器芯片銷售情況仍難以與英特爾抗衡。但隨著亞馬遜、谷歌、微軟、騰訊、IBM、甲骨文等更多廠商擴大采用 AMD 服務器處理器 EPYC 系列產品的范圍,芯片產品本身的性能和性價比將成為競爭的關鍵所在。

三、收購:高通或重返數據中心,多玩家劍指異構計算

2021 年 1 月 13 日,高通宣布將以約 14 億美元收購 CPU 創企 NUVIA。這一收購消息受到全球科技圈的關注,被認為可能影響到高通面向智能手機、PC、數據中心、自動駕駛等應用的產品線。

NUVIA 聯合創始人杰拉德 · 威廉姆斯(Gerard Williams)曾在蘋果芯片部門任架構總監將近 10 年,負責領銜蘋果所有 CPU 設計,直至 A13 芯片。他在蘋果任職期間,蘋果 A 系列智能手機芯片的性能超過高通驍龍系列。他與另外兩位曾在在谷歌、Arm、博通、AMD 等公司任職過的半導體資深專家,于 2019 年 2 月創立 NUVIA。

▲NUVIA 聯合創始人 Gerard Williams

NUVIA 起初聚焦高性能計算和企業市場,研發集成到新一代服務器 SoC 的 CPU 核心,聲稱在性能和能效方面能大大超過其他知名對手。

高通首席技術官 Jim Thompson 稱希望 “引入 NUVIA 對高性能產品設計的深刻理解,集成 CPU 與驍龍,再加上高通已有的業界領先的圖形處理和 AI 技術,我們將把計算性能提升至全新水平。”

谷歌、微軟、三星、榮耀、小米、OPPO、宏碁、華碩、博世、大陸集團、通用汽車、惠普、聯想、LG、松下、索尼等高通生態合作伙伴均公開表達了對這一收購的支持。比如,谷歌平臺與生態系統高級副總裁 Hiroshi Lockheimer 說,NUVIA 的加入擴展了高通在計算性能、連接性和能效方面的能力。

近年來,蘋果 A 系列芯片的 CPU 跑分始終壓高通驍龍系列芯片一頭,其中一大原因在于蘋果采用基于 Arm 指令集自主研發的 CPU 核,而高通驍龍芯片多年采用的是 Arm 公版 CPU 核。

如果 NUVIA 并入高通,不僅將引入一個成熟的硬件團隊,而且可能通過增強高通驍龍系列移動芯片的性能,來縮短其與蘋果 A 系列芯片之間的性能差距。

此外,高通曾在 2018 年退出服務器 CPU 市場。而如果 NUVIA 能帶來在數據中心領域的經驗,可能會使高通重拾進軍服務器市場的信心。

高通是否再度服務器 CPU 賽道尚未蓋棺定論,但早在去年下半年開始,多家知名芯片巨頭已展露通過收購迅速壯大數據中心芯片實力的雄心。

2020 年 9 月,全球第一大 GPU 廠商英偉達宣布擬以約 400 億美元收購英國芯片設計公司 Arm;10 月,AMD 宣布將以 350 億美元收購全球第一大 FPGA 廠商賽靈思。這兩起轟動業界的巨額收購案,都劍指以 CPU 為核心的數據中心異構計算布局。

同樣在 10 月,英特爾宣布將 NAND 閃存及存儲器業務以 90 億美元出售給 SK 海力士,將交易資金投入到具備長期成長潛力的重點業務中,而數據中心顯然是英特爾長期發展的重中之重。

英特爾恰恰在異構計算布局方面處于優勢地位。過去幾年,早早定下 “以數據為中心”轉型戰略的英特爾,并通過多起并購不斷豐富其 XPU 布局,成為目前唯一能提供跨 CPU、GPU、FPGA、ASIC 等這四大計算類型芯片的解決方案供應商。

無論是體量還是研發投入,英特爾均遠超其他芯片公司。盡管近年來英特爾陷入了產能不足、生產工藝延遲等困境,但短期來看,AMD 和以 Arm 為中心的生態,都無法真正對英特爾這樣的 “巨無霸”構成威脅。

四、上市:國產玩家闖關科創板

國外巨頭忙收購,國內玩家則迎來上市潮。

當前面向商用市場的國產服務器 CPU 玩家發展出三大指令集陣營,包括以龍芯中科為代表的 MIPS 陣營,以海光信息、兆芯為代表的 x86 陣營,以天津飛騰、華為鯤鵬為代表的 Arm 陣營。

其中有兩家已確定開始沖刺科創板。從去年 12 月到今年 1 月,龍芯中科、海光信息先后啟動上市輔導。這兩家公司的研發領域均覆蓋了高性能服務器處理器賽道。

其中,龍芯中科脫胎于中科院計算機所,2010 年在中科院和北京市政府的共同牽頭出資下成立,是最早從事國產 CPU 研發和產業化的代表玩家。

龍芯中科團隊在 2002 年研發和流片成功的首款 32 位通用 CPU 龍芯 1 號,結束了國內計算機產業沒有 CPU 的歷史,在 2009 年買斷了 MIPS 32 位和 MIPS 64 位的永久專利授權,并于 2020 年推出完全自主設計的指令集 Loongarch。

據公開訊息,2019 年龍芯中科 CPU 出貨量超 50 萬顆,2019 年收入達到前一年的 2.2 倍,凈利潤首次突破 1 億元,2020 年第一季度營收同比增長逾 30%。

相比龍芯中科拿到 MIPS 授權并具備自主研制指令集的能力,天津海光信息只拿到 x86 指令集架構授權,在自主化程度方面沒龍芯那么高,但 x86 生態要比 MIPS 更為主流。

天津海光信息成立于 2014 年 10 月,可獨立自主設計基于 x86 架構的高中低端 CPU,目前有 7000 系列、5000 系列和 3000 系列的處理器。根據其第一大股東中科曙光的半年報,海光信息 2020 年上半年營收為 2.68 億元,凈利潤 6078.25 萬元。

海光信息通過與 AMD 成立成都海光微電子、成都海光集成電路獲得 AMD 官方授權。其中,海光微電子由 AMD 主要控股 51%,擁有 AMD 的 IP 授權并負責芯片生產,海光集成電路由海光信息主要控股 70%,負責芯片設計與銷售。

Arm 陣營的國產 CPU 代表玩家天津飛騰同樣在近期曬出相當可期的成績單。天津飛騰產品包括高性能服務器 CPU、高效能桌面 CPU 和高端嵌入式 CPU 三個系列,計劃在 2021 年推出 7nm 高性能服務器 CPU,2022 年推出 5nm 服務器 CPU。

在去年 12 月底舉辦的 2020 飛騰生態伙伴大會,天津飛騰宣布其 2020 年營收從 2019 年的 2.1 億元增至 13 億元,芯片交付從 20 萬片增至 150 萬片,研發投入從 2.6 億元增至 4.0 億元,預計 2021 年收入或突破 20 億元,出貨超過 200 萬片芯片,研發投入大幅增至 7 億元。

根據 IDC 數據,2019 年國內 PC 出貨量約 5060 萬臺,其中商用 PC 出貨量約 3000 萬臺,服務器出貨量 318 萬臺。在疫情刺激上,2020 年出貨量應該會繼續增長。

當然,現階段國產 CPU 廠商還無法與國際 CPU 巨頭抗衡,考慮到自主研發和生態壁壘都是難越的關山,他們能堅持至今從零到有已相當不易。

隨著獲得更多融資和走向上市,國產 CPU 玩家們既將接受來自資本市場的審視,也將為接下來的研發和商用落地籌得更充沛的資金。

結語:數據中心芯片競賽持續升溫

從前文所述可以看到,國內外芯片代表玩家都在卯足了勁兒發力服務器 CPU 賽道。在全球范圍內,守著 CPU 霸主之位的英特爾,正面臨來自各路芯片英豪發起的挑戰。

在愈發激烈的數據中心芯片競賽中,異構計算已是被公認的未來方向,英特爾仍擁有難以匹敵的強大實力,AMD 和 Arm 生態的攻勢也不容小覷。

國內 CPU 玩家已經在技術方面取得許多進展,如今國產化替代已經成為共識,自主可控的需求成為推動國產 CPU 發展的主要動力之一,但其落地和生態依然面臨重重挑戰,到真正商用普及之日,方是國產 CPU 崛起之時。

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關鍵詞:CPU

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