2024年11月11日 星期一

看晶片設計巨人安謀的崛起(萬物藍圖)

填補晶片戰爭中缺少的一塊拼圖,萬物藍圖的設計師──安謀。從人工智慧、物聯網、電動車到AI運算商機,看他如何顛覆半導體業的商業模式,讓晶片設計無所不在!本篇只介紹「看晶片設計巨人安謀的崛起」。

1984年春季,英國艾康電腦已經在思考未來,他們面對許多競爭者,為了生存,需要一個性能更好的微處理器,目前公司的成功高度仰賴MOS 6502晶片,所以未來他們必須升級其性能。於是秘密進行A專案(Projcet A)計畫。

安迪.赫伯從加州大學柏克萊分校取得一項1981年研究計畫的細節,該計畫旨在生產單一晶片上的高性能中央處理器:精簡指令集電腦(reduced instruction set computer,簡稱RISC)。柏克萊大學教授大衛.帕特森和貝爾實驗室的大衛.迪佐,合寫了一篇研究報告「論精簡指令集電腦的益處」。

該報告指稱:「電腦複雜度不斷增加,對新型電腦的成本效益有正面的影響。行銷人員經常用複雜指令來證明電腦性能更佳,於是設計師必須不斷向內部管理階層提出新的、更好的設計,而不管晶片的實際使用情形或複雜指令集(CISC)的成本效益。」

帕特森和迪佐也批評「向上相容」的概念,亦即新版的設計必須大幅地注入新的、更複雜的特性,他們寫到:「新架構往往有個習慣,會加入競爭者的成功產品中所有的指令,這或許是因為設計師和顧客沒有真正了解何謂『好』的指令集。」

此時距離微處理器問世不到十年,但是日益增加的複雜度已經引起一些工程師的關切,指令愈來愈多、只增不減,意味著一款晶片系列的最新版本能跟舊版本相容,但是速度可能變慢又笨重。

RISC的擁護者指出,在80%的時間裡,晶片只使用20%的指令,因此最好把其餘的指令抽出來,讓晶片性能集中於最常用到的那些指令上。由於剩下少數簡單指令,RISC晶片速度明顯更快、功耗更低,反觀CISC晶片需要花更多時間去判讀和處理較多的指令。

於是艾康RISC機器(Acorn RISC Machine,簡稱ARM),代號「A專案」計畫正式展開,他們不只想關發出自己的16位元晶片,還想超越市面上所有晶片,設計出一款比BBC電腦高10倍,但價格相似的32位元處理器。

第一代ARM有25,000個電晶體,數量只有摩托羅拉新款晶片的1/10,但性能贏過摩托羅拉的晶片。ARM晶片設計相當簡單,參考模型只用808條BASIC程式指令寫成。更棒的是,晶片的耗電量非常低。實際上第一代ARM的性能不只比BBC電腦晶片高10倍,而是高出了25倍。

之後,ARM開始歷經一些實驗(稱為莫比烏斯專案),打造出一台能運行第二代蘋果電腦和麥金塔程式的裝置,非但如此,這裝置也能跑微軟視窗系統。其實,ARM很適合蘋果,而當時蘋果也沒有太多的選擇。ARM不是量產產品,而是正在實驗,尚未確立的產品類別。

曾任蘋果副總,領導先進技術團隊的泰勒斯說:「我們想要合作廠商為蘋果客製化產品,但是又找不到願意跟我們合作的大公司,因為他們不想開發蘋果的客製版本,我們成了市場的小眾。」

但ARM很便宜,花錢買下150萬英鎊的股權,就能讓晶片事業成為一家獨立公司,換算下來相當於250萬美元。泰勒斯承認:「這比我們必須付給AT&T的錢還少。」而艾康也願意把ARM劃分出,成為一家獨立的公司。

於是在蘋果的注資要求下,把「Acorn(艾康)RISC Machine」中的Acorn拿掉,改為Advanced(先進的),因為蘋果不想被外界認為跟艾康這家競爭對手走得太近。於是新成立的公司更名為Advanced RISC Machines,同樣簡稱ARM。直到後來ARM成功上市,蘋果才陸續出脫持股。

2020年6月蘋果公司執行長提姆.庫克宣布「麥金塔歷史性的一天」,麥金塔將不再使用英特爾的晶片,改用自家在ARM架構上研發出來的蘋果晶片。這改變促使蘋果對供應鏈有更高度的掌控,也讓為iPhone、iPad和iOS作業系統開發的應用程式更易於在麥金塔上執行,不需要修改,蘋果進入「客製化晶片」領域。

這對安謀(ARM)而言也是歷史性的一天,安謀與蘋果的長期關係再一次擴大。除了智慧型手機,現在ARM晶片還將用在筆記型電腦裡,從一個市場延伸至另一個市場,英特爾曾經反向地努力過,想從個人電腦市場延伸至行動裝置市場,只是不太順利。

安謀在2021年10月再度通過另一個重要里程碑:安謀設計的晶片賣出2,000億片,智慧型手機、筆記型電腦、工業感測器、汽車、資料中心……無所不在。這銷量相當於每秒有近900片基於ARM架構的晶片所生產出來。

ARM晶片的共同開發者蘇菲.威爾森在一次受訪時說:「人工智慧、超級電腦、機器人、物聯網,這些全都需要更多的晶片,將來離達到1兆出貨量並不遙遠。」該公司預測,過不了多久,全世界的分享資料都將使用ARM晶片處理,要不就是在透過裝置和感測器觀看收集、儲存或運算雲端的端點,要不就是連結的資料網路。

比較重要的是,每年新增不計其數的軟體程式被用來跑ARM架構的硬體。在開放原始碼的運算社群裡,有太多可以使用的東西了,開發者根本不須從零開始,不須要往別處尋找下一個機件設計。

安謀向世界傳達的理念是,通力合作優先於競爭,這理念似乎來自一個更單純的時代。藉由合作,安謀加快技術發展,驅動觸及每一個人的裝置和設備。每增加一個授權對象,安謀架構就變得更茁壯、用途更廣、軟體數量更多。

安謀的授權有兩種:其一是授權CPU設計,這是大多數公司取得的授權類型;其二是ARM架構授權,如蘋果取得的此種授權。Nuvia也取得ARM架構授權,但根據合約規定,Nuvia不得轉讓授權。高通收購Nuvia後,直接使用Nuvia的ARM架構授權來開發產品,爭議訴訟由此展開。

安謀的商業模式並不新穎,技術授權至少可追溯至七十年前。安謀的技巧在於把創立時的受限條件轉化成一種優勢,如果當年資金充沛,也許就不會採行這種簡單俐落的商業模式。首批經理人認知到公司無法一肩扛起所有事:設計整部的晶片,製造它們,把它們安裝在自家的裝置和設備上。

在數位巨人們對自家的產品晶片握有生殺大權之際,安謀仍然站在實用與划算的立場,仍然當個有效用的賦能者與夥伴。套用張忠謀對台積電的評論,市場原本預期這是一個薄弱的競爭者(如果安謀初創時,市場有任何預期的話),最終卻發現安謀其實能成為強而有力的供應商。

結語

因為這本書不僅僅只介紹安謀(ARM)的崛起,也提到一些過去科技產業的相關歷史脈絡,所以對於想投資科技股,但又對其不太瞭解的,可看一下此書。


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