ARM介紹2：授權模式
上篇文章《ARM介紹1：發展史》中詳細介紹了ARM是如何從一個只有12名員工的小作坊，發展到如今科技界“教父”。那么屹立于科技浪潮之巔的ARM，是如何在殘酷的競爭中發展壯大的呢？本文將詳細介紹ARM的生存之道。生存之道：從授權開始在傳統PC領域，半導體廠商一般有兩種路子可選。首先是Intel那樣的，從頭到尾自己大包大攬，架構和芯片的設計、生產一律不依靠任何人。其實，Intel早期也對外提供過x86指令集的授權，但很快就收了回來。這樣做是需要極其雄厚、全方位的實力做保障的，得有錢、有人、有技術，特別是在半導體技術日益復雜的今天，能這么做的屈指可數。好處當然也是很明顯的，不但能完全自己把握自己的命脈，利潤也是極其可觀，Intel幾乎任何產品都可以享受非常高的利潤，想賣多少錢就可以賣多少錢。但是在移動領域內，這種“黑心”模式就行不通了，因為處理器在PC系統中的成本占比非常高，但是智能手機、平板機里往往不到10％，甚至不足5％，你再費勁也掙不到多少利潤。這同樣是Intel在移動領域推廣困難的關鍵原因之一。 另外一種是無工廠模式(Fabless)。NVIDIA就是這樣，AMD實在耗不過Intel就也變成了這樣。這類企業只是自己設計芯片，制造則交給代工廠，比如臺積電、聯電、GlobalFoundries、三星電子。好處很明顯了，負擔很輕，自己只管設計就行了，不用耗費巨資去興建晶圓廠、開發新工藝，但壞處同樣很突出：你設計出來了，能否造出來、即便造出來又是個什么樣子你就無法做主了，得看代工伙伴的能耐。這方面的教訓當然很多：臺積電40/28nm兩代工藝最初都很不成熟，產能也是遲遲上不來，讓整個行業為之拖累；GlobalFoundries 32nm工藝沒有達到AMD的預期水平，第一代FX/APU處理器的頻率和電壓就跟設計得差很多，28nm工藝吹了那么久直到現在才剛剛上路，迫使AMD一度放棄了整整一代的低功耗APU，不得不重新設計再去找臺積電。 ARM就跟他們完全不一樣了。它不制造、不銷售任何芯片，只是自己設計IP，包括指令集架構、微處理器、圖形核心、互連架構，然后誰喜歡就把授權賣給誰。客戶拿著ARM的IP可以自己想怎么干就怎么干。ARM的經營之道其實非常簡單，以三種不同的模式對外提供授權。處理器授權ARM設計好一顆CPU或者GPU，然后授權賣給伙伴。買下它們后，你只能照著圖紙實現，能發揮的地方不多，但是如何實現你就隨便了，比如配置哪些模塊、幾個核心、多少緩存、多高頻率、什么工藝、誰來代工等等。ARM也會給你提供指導輔助，但如何將方案變成芯片、設定在什么規格，就看你的了。處理器優化包/物理IP包授權(POP)： 如果你想做ARM處理器，但無奈實力有限，那怎么辦呢？ARM很貼心地準備了一系列的優化處理器設計方案，你可以根據自己的需要，挑選合適的直接拿過去用。這樣你可以快速搞出產品，代價也很低，當然能自由發揮的空間就小了，處理器類型、代工廠、工藝都是規定好的，比如Cortex-A12處理器，就要求你在臺積電使用28nmHPM工藝生產，或者在GlobalFoundries使用28-SLP工藝。架構/指令集授權如果你實力雄厚，可以僅購買ARM的架構/指令集(ARMv7、ARMv8)，然后自己研究設計芯片，高通Krait、蘋果Swift就是典型代表。這些自行設計的處理器和ARM的是指令集兼容的，但并沒有直接可比性，比如你不能說Krait 400、Cortex-A15誰更好更壞，它們是同一級別的不同實現方案而已。ARM目前在全球擁有大約1000個授權合作、320家伙伴，但是敢于購買架構授權的，不過區區15家。正是靠著如此眾多授權伙伴的支持，ARM處理器才獲得了25億顆的季度出貨量，歷史總量已經達到500億顆。 Intel、AMD、NVIDIA最終都是通過賣芯片賺錢，ARM的收入則完全來自于IP授權，能賺多少完全取決于授權人、伙伴、客戶能實際造出來芯片，并且賣出去。作為ARM的授權人，有兩部分錢是必須交的：前期授權費(up front license fee)、版稅(royalty)。其它收費項目還有不少，比如軟件工具、技術支持等等，但主要就是這兩個，分別占ARM總收入的大約33％、50％。前期授權費一般少則100萬美元，多則1000萬美元(也可能更少或者更多)，一次性付清。具體多少取決于所購授權技術的復雜程度，比如古老的ARM11就比最新的Cortex-A57便宜很多。版稅則是每賣出一顆芯片交一點，通常是售價的1-2％。如果芯片是賣給其它企業或者消費者的，很好計算；如果是內部消化，那就按照應有的市場價來定。這兩項費用都是可以談判商量的，特別是在單一設計中使用多個ARM核心的話還有優惠。另外，要掏錢的只有CPU、GPU，總線、接口什么的免費附送。ARM MaliGPU圖形核心的地位遠不如其CPU，所以在費用方面也相對便宜一些，它和POP授權的版稅都是在CPU的基礎上額外征收(也就是累加)。ARM版稅收取比例具體如下(每顆芯片售價比例)：[*]ARM7/9/11：1.0-1.5％
[*]Cortex-A系列：1.5-2.0％
[*]ARM v8 Cortex-A系列：2.0％或更高
[*]Mali GPU：另外加0.75-1.25％
[*]POP：另外加0.5％
需要指出的是，POP授權的版稅是代工廠支付的，而不是授權客戶，并且按照晶圓數量計算，換算到每顆芯片就是大約0.5％。購買ARM授權的談判一般會持續大概六個月，從買下授權到實際產品出貨并賺取手續得3-4年，而根據市場領域的不同，最長出貨時間為20年。ARM 320家授權伙伴中，目前有一般正在掏錢，其他的要么在談判，要么還在開發。每一年，ARM的授權伙伴就會增加30-40家。你應該也能想到了，不是每個買了授權的公司都能順利“下蛋”，約有20％的要么被收購，要么設計失敗，這時候ARM自然就收不到版稅了。盡管生態系統龐大，ARM的總收入依然處于很低的檔次，2012年才不過9.131億美元。作為對比，Intel同期收入533.41億美元，凈利潤110.05億美元，今年第一季度就收入125.8億美元、凈利潤20.45億美元。一個季度的利潤就比你兩年的收入還多。細談授權類型雖然之前說了三種ARM授權方式，但那是根據技術劃分的高級別類型，按照授權對象、用途來說有很多種方式。學術授權：事實上是免費的，當然只面向高校、科研機構。DesignStart(設計入門)：方便半導體企業低成本、低風險、快速了解ARM IP，非常便宜。基于以上兩項授權設計出來的芯片不能銷售，只能用于內部研究。單用途授權：如果你只想在某一個特定領域使用ARM技術，可以選擇這類。Cortex-A系列的單用途授權費前期約為100萬美元，每顆芯片版稅約2％。這種授權非常適合創業公司，或者目標明確的特定設計項目。多用途授權：適合大型企業，可用于多種產品。授權費當然要貴一些，但是在一定時間內(比如說3年)，你買來的授權技術可以盡可能地設計更多芯片，可以隨便用在任何產品中，但是期限過后，你就不能再做新的設計了，必須續費。終身多用途授權：買了這種就可以一直用下去，不過說是終身，其實一般也就10-20年，工業領域比消費領域更長一些。訂購授權：大企業可以據此購買ARM一整套產品的技術，而且可以延續很多年，內部就可以毫無顧忌地大膽研發。當然這種授權也是代價不菲，往往需要幾千萬美元。架構授權：這個不重復了。高通、蘋果、Marvell是典型代表，總共不過15家而已。此外，ARM每研發新一代處理器IP，都會挑選最多三家伙伴與其密切合作，以確保研發順利，并且能在第一時間得到應用。這些被選中的幸運公司能比其它授權者更早地了解ARM的新設計，因此可以在新產品研發上占據領先地位，不過他們也要幫助ARM進行調試、測試，甚至直接向ARM提供反饋。ARM的市場份額2012年，ARM授權處理器全球總出貨量高達87億顆。這么多芯片都用在了哪里？對于普通消費者來說，智能手機和平板機里是最顯眼的，ARM在這里的份額也的確非常高，超過了90％，但事實上，更大批量的ARM處理器來自企業、數字家庭、工業嵌入式等領域。而且需要注意的是，ARM處理器架構眾多，適用范圍也很廣，往往一臺設備里有不止一顆ARM芯片，比如智能手機中除了應用處理器，還有基帶等。具體如下表(橫向指標分別為2012年設備出貨量、平均每臺設備的芯片數量、總的芯片數量、ARM芯片數量、ARM份額)： 智能手機去年出貨7.3億部，吸收了22億顆ARM芯片，單一分類中是最多的。非智能的功能手機也很猛，4.6億部設備11億顆芯片，ARM的份額也高達95％。其它ARM芯片分布和份額：低端語音設備7億顆95％、便攜式多媒體播放器2.2億顆90％、移動計算設備(平板機/上網本/筆記本)1.6億顆40％、數碼相機1.8億顆80％、數字電視和機頂盒2.9億顆45％、網絡設備4.2億顆35％、打印機8500萬塊70％、硬盤和固態硬盤6.2億顆90％、汽車2.1億顆8％、智能卡7.1億顆13％、微控制器15億顆18％、其它3億顆15％。總體而言，ARM的份額為32％，而在過去幾年中每年都會提高3-4個百分點，2007年的時候還只有17％。 ARM認為，智能手機、移動計算、數字電視和機頂盒、網絡、微控制器是其未來發展的重點領域，年復合增長率最高可達25％，2017年的時候將分別增長到68億顆、8.5億顆、20億顆、17億顆、114億顆。而功能手機將在四年后基本消失，而在臺式機、服務器領域，ARM將從無到有，五年后達到2億顆。
頁:
[1]