• 科技大咖自行開發晶片成主流  降低成本、強調差異化、軟硬體容易整合
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作者:魏聖峰     文章出處:先探雜誌   2180期      出刊區間:2022/01/28~2022/02/10

蘋果、谷歌、亞馬遜、特斯拉和Meta平台最近紛紛自組IC設計團隊,研發各種晶片。面對這趨勢,英特爾、超微、Nvidia和高通積極轉型,搶攻5G商機。


蘋果和高通在二○一九年四月達成訴訟和解協議,改由蘋果與高通簽訂為期六年的授權協議,蘋果取得高通的全球授權協議和晶片授權協議。表面上蘋果仍脫離不了當時必須支付高額「高通稅」宿命,蘋果也向英特爾採購麥金塔電腦(Mac)晶片,從那時開始蘋果打定主意要自行研發微處理器和數據機晶片(Modem),並在去年發表首款M系列晶片。

蘋果執行長庫克在去年六月的產品發表會中宣布,未來蘋果在Mac中使用自己研發的晶片。接著在去年十一月推出全新MacBook Pro與Mac Mini。自己打造的M1晶片,比英特爾晶片更強大,還能提供更長效的電池、無風扇設計、靜音能力強等功能。去年底蘋果又發布兩台搭載M1的電腦,包括全新iMac和配備更強大M1晶片版本的MacBook Pro。這些動作,象徵著蘋果朝自家晶片移轉又邁進一大步。

蘋果家大業大,二○○七年六月推出第一代iPhone,將人類推進到智慧型手機的時代,同時開啟蘋果營運大成長的紀元,蘋果至今已推出十五代的iPhone。由於iPhone在全球手機市場的滲透率最高,因為iPhone使用高通的數據機晶片,必須給付高額的版權稅,前幾年才會出現蘋果與高通長年的版權訴訟官司。二○一九年蘋果給付六○億授權費用給高通,同一年向英特爾收購通訊晶片部門,打算自己研發通訊晶片,擺脫對高通長年的依賴。



蘋果推M系列晶片



蘋果能成功自行研發晶片,除了有資金能自組IC設計團隊外,ARM架構的普及化,讓蘋果容易取得晶片設計的IP,而台積電高階製程的晶圓代工,提供客戶客製化的晶片製造,且台積電沒有自家產品,僅做專業的晶圓代工製造,晶片客戶不怕設計晶片機密外流或遭台積電掌握。去年第四季蘋果成功推出M1、M1 Pro/Max兩款晶片後,預計今年下半年和明年上半年會推出M2、M2Pro/Max晶片。兩款M1系列晶片採用台積電五奈米製程,而M2晶片將採用台積電更高階的四奈米製程。

在數據機晶片部分,市場傳出蘋果和高通的授權合約將持續到二○二三年,由於高通在5G方面擁有很多專利,讓蘋果在與高通的談判中屈居劣勢,光是高通數據晶片成本就占整個iPhone成本的二二%,這是不爭的事實。以蘋果研發出比英特爾晶片更強大的M系列晶片,要研發出數據晶片只是時間上的問題。蘋果非常講究自家產品的品質,想要擺脫對高通的依賴,除了晶片成本的問題外,還有高通數據晶片訊號沒能達到蘋果嚴格的要求也是原因之一,因為高通數據機晶片使用在Android手機的表現普遍比蘋果的iOS平台要好。



微軟、谷歌打造SoC晶片



除蘋果自組IC設計團隊,微軟也對外徵才,要打造自家SoC晶片,擺脫對英特爾晶片的依賴。微軟最近從蘋果挖角資深晶片設計師加入陣容,研發自家伺服器晶片,未來將用在雲端Azure資料中心伺服器以及Surface系列機種。隨著ARM架構下晶片越來越多,微軟正和高通合作,積極打造ARM架構的Window作業系統,擴大Window作業系統的版圖。在AI和機器學習有強烈企圖心的谷歌,過去四年從蘋果和英特爾挖角資深晶片設計師擔綱主持人,組成自家IC設計團隊,耗時四年、首款自行設計SoC的Tensor晶片用在Pixel 6系列手機。谷歌在二○一八年以十一億美元買下宏達電(2498)的研發團隊,在這款Tensor晶片融入Pixel 6手機的軟硬體結合過程有很大的貢獻。長期以來晶片的研發進度都趕不上科技發展的速度,很多新科技技術好幾年前就存在,卻沒有更好的運算方式讓這些技術加到手機上。這次谷歌的Tensor晶片在耗能降低部分表現優異,才能把Pixel 6相機加入AI技術和動態肖像模式,強化光線調校功能,提高整體手機的賣相。



谷歌有意挑戰iPhone



產業分析師指出,谷歌有意利用這款首次自主晶片研發的Pixel 6系列手機,在市場上挑戰蘋果iPhone。Pixel 6的下單量已超過七百萬支,是前年谷歌所有智慧型手機總出貨量的兩倍,這款手機售價和前一代Pixel 5相同,還大幅提升軟硬體功能,期待獲得消費者青睞。除Pixel 6外,谷歌也推出Titan M2安全晶片和指紋感應器,將用於Pixel 6上,讓這款手機號稱是史上最安全的手機。

亞馬遜正在替自家網路交換器開發客製化網路晶片,來改善亞馬遜內部基礎建設和強化AWS服務。特斯拉宣布研發Dojo晶片,用於訓練資料中心內部的人工智慧網路。

未來這款Dojo晶片在AI和機器學習的技術發展能更精進的話,就可能直接用在特斯拉汽車的自動駕駛上。

為了強化跨入元宇宙領域,臉書去年改名Meta平台,宣布採用超微最新版本的EPYC伺服器晶片處理器,共同打造開放式雲端及單插槽伺服器,提升運作效能和改善功耗的效率。其實Meta平台也正在研究一種與大多數現有設計大不相同的新型半導體。

面對5G、雲端運算的需求,每家公司產品的內容與功能都不太相同,為了強調和其他市場競爭者產品內容的差異化,滿足自家產品在應用時的特別需求,若使用和競爭對手同樣的微處理器晶片,難以滿足上述條件。或者是由晶片公司設計出來的晶片,放在每家科技公司產品的功能表現上不盡相同,主要是在軟體和硬體的結合上出現問題。再來就是能降低晶片的成本,自行設計的晶片較能滿足自家產品的需求。基於上述多種因素,還有科技大咖本身擁有龐大的資源,容易找到需要的半導體人才,乾脆自組IC設計團隊研發所需要的晶片,擺脫對晶片公司的依賴。



傳統晶片廠要找新出路



傳統微處理器製造商的英特爾、超微、Nvidia和高通等面對科技大咖自己設計晶片的問題,也必須自行尋找出路。對他們來說,搶攻伺服器電腦微處理器市場是最快的捷徑,要不然就切入各種車用微處理器市場也是一個出路。

Nvidia的AI技術領先其他業者,資料中心晶片出貨量強勁成長。接下來,Nvidia要推出用在資料中心等級的CPU,提高TB等級資料吞吐量的加速AI運算功能。這款CPU有結合資料中心晶片、GPU功能在內的CPU,主要用於龐大資料的快速運算功能。除可用在雲端伺服器外,未來可望著眼於自駕車資料傳輸大量資料的運算商機。超微、Nvidia紛紛切入伺服器電腦的微處理,瓜分英特爾在這塊市場的優勢,造成這部分毛利率快速下滑。

高通面對客戶自行設計微處理器和數據機晶片壓力,跨入自駕車技術,並宣布已拿到BMW Neue Klasse系列電動車訂單,該車款將採用用高通Snapdragon Ride自動駕駛平台,這平台包括高通的單晶片等多個核心部件,前視、後視和環景攝像鏡頭、攝像頭感應共十枚攝像鏡頭,收集來的數據全部由高通的視覺運算晶片進行分析處理,暫不採用光達(LiDAR)設備,但整車配有六個毫米波雷達。

高通在未來的無線晶片設計上,強調要和邊緣運算等的功能融合在一起。研究顯示,到二○二五年,將有六四%的數據將在傳統數據中心以外產生,強調邊緣運算需要更強的運算處理和AI能力。高通展示車用晶片產品中,包括驍龍汽車數位座艙平台、Snapdragon Ride自動駕駛平台、Snapdragon汽車連結雲端服務平台以及Snapdragon車用聯網平台,高通看好這幾項軟硬體平台將有數十倍的成長機會。高通積極轉型晶片設計新領域,才能擴大在5G時代的新商機。

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