正在閱讀:

Arm:芯片頂流是怎樣煉成的?

掃一掃下載界面新聞APP

Arm:芯片頂流是怎樣煉成的?

Arm是如何抓住了移動互聯(lián)網(wǎng)時代的機會的?

文|知產(chǎn)力 云柯

編輯|布魯斯

近日,芯片行業(yè)發(fā)生了一件大事!軟銀旗下的半導(dǎo)體IP巨頭——Arm向美國證券交易委員會提交了IPO文件,正式申請在美上市。

Arm處于芯片的上游,主要經(jīng)營模式是通過設(shè)計ip,包括指令集構(gòu)架、微處理器、圖形核心、互聯(lián)構(gòu)架,然后授權(quán)給芯片廠商,幫助后者更快捷的設(shè)計芯片。

從收入構(gòu)成來看,Arm的賺錢模式主要有兩種:一種是通過許可證賺錢(占比總收入為37%);另一個則是利用特許權(quán)使用費賺錢(占比總收入63%)。

Arm收入構(gòu)成(圖片來源:ARM招股說明書)

許可證模式指的是,其他公司在用Arm的架構(gòu)設(shè)計芯片時,需要給其一筆授權(quán)費,用一次給一次。而特許權(quán)使用費模式則是芯片廠商用了Arm的構(gòu)架,把生產(chǎn)的芯片賣出去以后,Arm再按照一定比例進行抽成。

目前,Arm讓全世界99%的智能手機都用上了自己設(shè)計的芯片架構(gòu)。蘋果、英偉達、高通、三星等科技巨頭,都是Arm的客戶。

但別看現(xiàn)在的Arm風(fēng)光無限。然而,在pc時代,Arm卻被英特爾完虐,直至進入移動互聯(lián)網(wǎng)時代,才開始鋒芒畢露。

時間回到1980年代初。艾康電腦經(jīng)過持續(xù)研發(fā)后,推出了Arm處理器;1985年,Arm1誕生(但從未被商用);1986年和1990年又分別推出了Arm2和Arm3。

在這個過程中,Arm的處理器在英國教育計算機市場獲得了短暫的成功,其銷量使艾康電腦的利潤大幅增長。1979年至1983年,艾康電腦的利潤從0.3萬英鎊大漲到了860萬英鎊。

之后,蘋果剛好正在為其即將上市的牛頓掌上電腦Newton MessagePad尋找一種合適的移動處理器。而Arm芯片具有低功耗和高效能,非常符合掌上電腦這種小型硬件設(shè)備。這時蘋果的芯片代工合作伙伴VLSI將艾康介紹給了蘋果。

但當(dāng)時艾康電腦的錢不夠用。于是1990年秋天,蘋果、VLSI和艾康花了六周時間就合資事宜進行談判,最終決定蘋果出錢、艾康出人、VLSI提供工具技術(shù),三家公司共同創(chuàng)立一家芯片合資公司,公司名為Advanced RISC Machine”,簡稱Arm。

成立之后,以Arm為代表的做精簡指令集架構(gòu)的芯片公司,遭到芯片巨無霸Intel的打擊。當(dāng)時英特爾的復(fù)雜指令集受益于先發(fā)優(yōu)勢,雖然與整個精簡指令集的反抗陣營為敵,但是建筑在Wintel聯(lián)盟(即兩家公司在PC產(chǎn)業(yè)內(nèi)密切合作,以推動windows操作系統(tǒng)在基于英特爾CPU的PC機上運行的打壓)基礎(chǔ)上的軟硬件生態(tài)已經(jīng)牢不可破,這讓精簡指令集在個人電腦領(lǐng)域無所作為。

復(fù)雜指令集打敗精簡指令集,兩者間第一次交鋒的成敗關(guān)鍵,不在于技術(shù),而是商業(yè)慣性。

在pc市場失敗,沉默了好幾年后的Arm抓住了移動互聯(lián)網(wǎng)時代的浪潮,成為該領(lǐng)域的芯片構(gòu)架王者,這一切快得讓Intel來不及反應(yīng)。擴展開來講,Arm的精簡指令之所以能抓住移動互聯(lián)網(wǎng)時代帶來的機會,主要有以下幾點原因:

01 搭上蘋果這個硬件王者的快車

1997年陷入低谷的蘋果迎回喬布斯,基于尋找現(xiàn)金的喬布斯,趁Arm在1998年上市的時機,將蘋果對Arm的持股降至14.8%,獲得11億美元的現(xiàn)金。

拿到這筆錢的喬布斯,于2001年推出iPod。這款劃時代的音樂播放器,吹響蘋果振興的號角,2007年蘋果又推出iPhone開始移動互聯(lián)網(wǎng)時代。這兩個超級爆款,都是使用的Arm架構(gòu)芯片。

連喬布斯這種對硬件性能極致要求的人都使用Arm的產(chǎn)品,你想想其他切入移動互聯(lián)網(wǎng)的玩家會怎么做?

毫無疑問,跟隨。安卓入局之后,Arm徹底無人能擋。

02 高強度的研發(fā)投入

在科技行業(yè),研發(fā)投入的強度與技術(shù)的先進性,具有正相關(guān)性。

以最新一期的年報數(shù)據(jù)為例,Arm研發(fā)投入強度在可比公司中,具有強大的競爭優(yōu)勢。

從Arm招股書來看,2022財年公司在北美、歐洲和亞洲擁有全職員工5963名,其中專注于研究、設(shè)計和技術(shù)創(chuàng)新的員工約占80%,研發(fā)費用占總收入比例為42%。而且Arm的研發(fā)投入強度在遞增,2021年、2020年,Arm研發(fā)費用占總收入比例分別為37%和40%。

來瞧瞧幾家生命力旺盛的芯片公司的研發(fā)投入,英偉達、AMD、英特爾同期研發(fā)費用占總收入比例分別為27.2%、21.2%和27.8%。

再看看過去幾年全球互聯(lián)網(wǎng)公司中研發(fā)投入強度最高的兩家公司Meta和百度。Meta研發(fā)費用占總收入比例為30.3%,百度的核心研發(fā)費用占總收入比例為22.4%。

華為的研發(fā)也是讓人津津樂道的,它有20萬人,一半是搞技術(shù)的(Arm 80%是搞技術(shù)的),研發(fā)費用占總收入比例為25.1%。

Arm、英特爾、百度等企業(yè)研發(fā)投入強度對比分析(數(shù)據(jù)來源:企業(yè)年報)

高強度的研發(fā)投入是Arm可以一直保持競爭優(yōu)勢的核心原因之一。

03 較低的產(chǎn)品定價

特許權(quán)使用費模式,作為Arm最賺錢的業(yè)務(wù),定價卻出奇的低。

具體定價為產(chǎn)品價格的1%-3%,也就是說一個100美元的芯片,按照1%-3%的比例,需要支付給Arm1-3美元。

1%-3%的收費比例看似并不低,但問題在于Arm的收費對象是芯片,而不是終端的手機。據(jù)火星數(shù)據(jù)研究所根據(jù)Arm2019年披露的數(shù)據(jù)測算,公司平均一個CPU的特許權(quán)使用費才16美分,折合成人民1.1元。我們出門買瓶可樂的錢,都可以買3個Arm的特許使用權(quán)!

對比其他類似高科技企業(yè),把自己的專利授權(quán)給硬件企業(yè)使用時,他們的產(chǎn)品定價都是針對終端產(chǎn)品收費,普遍收取的費用要遠遠高于Arm。

比如,高通提出的專利費率為:一部使用高通標(biāo)準(zhǔn)必要專利的3G、4G、5G多模手機,需要給高通專利費的比例為該手機原價的3.25%。也就是說,一款手機價格3000元/臺,高通就要向其收取97.5元的專利費。

再比如汽車專利池Avanci。早在2018年初,其許可費為每輛車15美元,并宣布不漲價。2022年,Avanci宣布4G許可費用調(diào)整為每輛車20美元。2023年8月,Avanci發(fā)布5G計劃(含4G/3G/2G),許可費為每輛車32美元。

從上述數(shù)據(jù)可以看出,占據(jù)市場支配地位的Arm,針對下游客戶的產(chǎn)品定價并不高,這也是其市場占有率高達99%,收入和利潤規(guī)模卻不是特別大的核心原因。

04 低耗能產(chǎn)品領(lǐng)域的“王者”

Arm的精簡指令構(gòu)架,在移動設(shè)備領(lǐng)域具有較高的技術(shù)優(yōu)勢。

移動互聯(lián)網(wǎng)開始時,Arm并不是一家獨大,英特爾X86是其主要競爭對手,但英特爾的X86最終卻敗給了Arm。

原因在于:

X86作為復(fù)雜指令集的處理器,經(jīng)常性調(diào)用的指令大約有20%,其他大部分指令集只不過是“待命狀態(tài)”,這就大幅增加了硬件功耗。Arm作為精簡指令集的處理器,以少、精為主要特點,尤其是常用的計算指令,更多的衍生指令則可以依靠這些基礎(chǔ)指令組合來執(zhí)行,這就有效降低了電池功耗。

對于手機而言,由于機身限制,可以裝載的電池容量有限,且需要隨身攜帶,計算指令設(shè)計的過于復(fù)雜,就會導(dǎo)致手機續(xù)航大幅縮短。而計算指令在滿足用戶需求的同時,設(shè)計的越精簡,則可以大幅提高手機續(xù)航能力。

正是因為作為手機處理器,X86“無效功能設(shè)計”太多,Arm才能擊敗X86成為手機芯片構(gòu)架領(lǐng)域的絕對霸主。

05 芯片構(gòu)架領(lǐng)域擁有大量專利

根據(jù)Arm披露的招股書顯示,公司擁有或共同擁有已發(fā)布的專利數(shù)量約為6800項。

比如,Arm的核心專利之一——使用可編程重要性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和方法,專利號為US9766857B2。該專利可以減少CPU的不必要計算能力,進而減少能量消耗、提高性能。

US9766857B2的摘要及附圖(來源:知產(chǎn)寶數(shù)據(jù)庫)

Arm在手機芯片構(gòu)架領(lǐng)域積累了大量專利技術(shù)。有了這些專利技術(shù)以后,其他公司想要進入手機芯片架構(gòu)領(lǐng)域,就得掂量掂量了。

有一個現(xiàn)成的例子,能反應(yīng)Arm專利護城河的強度。

8月28日,“中國RISC-V專利聯(lián)盟”正式成立,聯(lián)盟理事長、芯原股份創(chuàng)始人戴偉民表示:

“想要發(fā)展好RISC-V產(chǎn)業(yè),需要解決潛在的專利問題,雖然RISC-V指令集是開源的,但在微架構(gòu)實現(xiàn)上,IP行業(yè)領(lǐng)先者Arm等公司做了非常多的專利布局,RISC-V產(chǎn)品很可能會掉入專利陷阱。為保護RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟會員,可借鑒2005年微軟與Linux專利戰(zhàn)歷史,把RISC-V企業(yè)的專利整合起來,大家聯(lián)合應(yīng)對Arm等機構(gòu)的專利挑戰(zhàn)?!?/p>

潛在對手的肯定,是對Arm專利技術(shù)最大的肯定。

展 望

Arm抓住了移動互聯(lián)網(wǎng)的機會,并已成長為占據(jù)市場支配地位的企業(yè)。那么,Arm為何不提價賺取更多的商業(yè)回報呢?

其實Arm不是不想。

在Arm被孫正義收購以后,公司想切換收費對象,從對芯片廠商收取許可費,到轉(zhuǎn)向終端設(shè)備廠商收取。

簡單來講,就是過去根據(jù)芯片的價格按比例收取費用,現(xiàn)在根據(jù)手機的價格按比例收取費用。而芯片價格一般僅占到手機價格的10%至20%,這意味著如果許可費的比例不變——Arm這種轉(zhuǎn)變相當(dāng)于變相將售價提高5至10倍。

不過,移動芯片市場主要由蘋果、三星、高通、華為、聯(lián)發(fā)科等少數(shù)巨頭把持,Arm想要徹底改變定價方式,并不是一家容易的事。想要改變游戲規(guī)則,光靠談判可能性不大,只有像Avanci那樣直接“掀掉桌子”,大打?qū)@麘?zhàn)才有可能,只是Arm或者說孫正義有這個勇氣嗎?

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容,授權(quán)事宜請聯(lián)系原著作權(quán)人。

評論

暫無評論哦,快來評價一下吧!

下載界面新聞

微信公眾號

微博

Arm:芯片頂流是怎樣煉成的?

Arm是如何抓住了移動互聯(lián)網(wǎng)時代的機會的?

文|知產(chǎn)力 云柯

編輯|布魯斯

近日,芯片行業(yè)發(fā)生了一件大事!軟銀旗下的半導(dǎo)體IP巨頭——Arm向美國證券交易委員會提交了IPO文件,正式申請在美上市。

Arm處于芯片的上游,主要經(jīng)營模式是通過設(shè)計ip,包括指令集構(gòu)架、微處理器、圖形核心、互聯(lián)構(gòu)架,然后授權(quán)給芯片廠商,幫助后者更快捷的設(shè)計芯片。

從收入構(gòu)成來看,Arm的賺錢模式主要有兩種:一種是通過許可證賺錢(占比總收入為37%);另一個則是利用特許權(quán)使用費賺錢(占比總收入63%)。

Arm收入構(gòu)成(圖片來源:ARM招股說明書)

許可證模式指的是,其他公司在用Arm的架構(gòu)設(shè)計芯片時,需要給其一筆授權(quán)費,用一次給一次。而特許權(quán)使用費模式則是芯片廠商用了Arm的構(gòu)架,把生產(chǎn)的芯片賣出去以后,Arm再按照一定比例進行抽成。

目前,Arm讓全世界99%的智能手機都用上了自己設(shè)計的芯片架構(gòu)。蘋果、英偉達、高通、三星等科技巨頭,都是Arm的客戶。

但別看現(xiàn)在的Arm風(fēng)光無限。然而,在pc時代,Arm卻被英特爾完虐,直至進入移動互聯(lián)網(wǎng)時代,才開始鋒芒畢露。

時間回到1980年代初。艾康電腦經(jīng)過持續(xù)研發(fā)后,推出了Arm處理器;1985年,Arm1誕生(但從未被商用);1986年和1990年又分別推出了Arm2和Arm3。

在這個過程中,Arm的處理器在英國教育計算機市場獲得了短暫的成功,其銷量使艾康電腦的利潤大幅增長。1979年至1983年,艾康電腦的利潤從0.3萬英鎊大漲到了860萬英鎊。

之后,蘋果剛好正在為其即將上市的牛頓掌上電腦Newton MessagePad尋找一種合適的移動處理器。而Arm芯片具有低功耗和高效能,非常符合掌上電腦這種小型硬件設(shè)備。這時蘋果的芯片代工合作伙伴VLSI將艾康介紹給了蘋果。

但當(dāng)時艾康電腦的錢不夠用。于是1990年秋天,蘋果、VLSI和艾康花了六周時間就合資事宜進行談判,最終決定蘋果出錢、艾康出人、VLSI提供工具技術(shù),三家公司共同創(chuàng)立一家芯片合資公司,公司名為Advanced RISC Machine”,簡稱Arm。

成立之后,以Arm為代表的做精簡指令集架構(gòu)的芯片公司,遭到芯片巨無霸Intel的打擊。當(dāng)時英特爾的復(fù)雜指令集受益于先發(fā)優(yōu)勢,雖然與整個精簡指令集的反抗陣營為敵,但是建筑在Wintel聯(lián)盟(即兩家公司在PC產(chǎn)業(yè)內(nèi)密切合作,以推動windows操作系統(tǒng)在基于英特爾CPU的PC機上運行的打壓)基礎(chǔ)上的軟硬件生態(tài)已經(jīng)牢不可破,這讓精簡指令集在個人電腦領(lǐng)域無所作為。

復(fù)雜指令集打敗精簡指令集,兩者間第一次交鋒的成敗關(guān)鍵,不在于技術(shù),而是商業(yè)慣性。

在pc市場失敗,沉默了好幾年后的Arm抓住了移動互聯(lián)網(wǎng)時代的浪潮,成為該領(lǐng)域的芯片構(gòu)架王者,這一切快得讓Intel來不及反應(yīng)。擴展開來講,Arm的精簡指令之所以能抓住移動互聯(lián)網(wǎng)時代帶來的機會,主要有以下幾點原因:

01 搭上蘋果這個硬件王者的快車

1997年陷入低谷的蘋果迎回喬布斯,基于尋找現(xiàn)金的喬布斯,趁Arm在1998年上市的時機,將蘋果對Arm的持股降至14.8%,獲得11億美元的現(xiàn)金。

拿到這筆錢的喬布斯,于2001年推出iPod。這款劃時代的音樂播放器,吹響蘋果振興的號角,2007年蘋果又推出iPhone開始移動互聯(lián)網(wǎng)時代。這兩個超級爆款,都是使用的Arm架構(gòu)芯片。

連喬布斯這種對硬件性能極致要求的人都使用Arm的產(chǎn)品,你想想其他切入移動互聯(lián)網(wǎng)的玩家會怎么做?

毫無疑問,跟隨。安卓入局之后,Arm徹底無人能擋。

02 高強度的研發(fā)投入

在科技行業(yè),研發(fā)投入的強度與技術(shù)的先進性,具有正相關(guān)性。

以最新一期的年報數(shù)據(jù)為例,Arm研發(fā)投入強度在可比公司中,具有強大的競爭優(yōu)勢。

從Arm招股書來看,2022財年公司在北美、歐洲和亞洲擁有全職員工5963名,其中專注于研究、設(shè)計和技術(shù)創(chuàng)新的員工約占80%,研發(fā)費用占總收入比例為42%。而且Arm的研發(fā)投入強度在遞增,2021年、2020年,Arm研發(fā)費用占總收入比例分別為37%和40%。

來瞧瞧幾家生命力旺盛的芯片公司的研發(fā)投入,英偉達、AMD、英特爾同期研發(fā)費用占總收入比例分別為27.2%、21.2%和27.8%。

再看看過去幾年全球互聯(lián)網(wǎng)公司中研發(fā)投入強度最高的兩家公司Meta和百度。Meta研發(fā)費用占總收入比例為30.3%,百度的核心研發(fā)費用占總收入比例為22.4%。

華為的研發(fā)也是讓人津津樂道的,它有20萬人,一半是搞技術(shù)的(Arm 80%是搞技術(shù)的),研發(fā)費用占總收入比例為25.1%。

Arm、英特爾、百度等企業(yè)研發(fā)投入強度對比分析(數(shù)據(jù)來源:企業(yè)年報)

高強度的研發(fā)投入是Arm可以一直保持競爭優(yōu)勢的核心原因之一。

03 較低的產(chǎn)品定價

特許權(quán)使用費模式,作為Arm最賺錢的業(yè)務(wù),定價卻出奇的低。

具體定價為產(chǎn)品價格的1%-3%,也就是說一個100美元的芯片,按照1%-3%的比例,需要支付給Arm1-3美元。

1%-3%的收費比例看似并不低,但問題在于Arm的收費對象是芯片,而不是終端的手機。據(jù)火星數(shù)據(jù)研究所根據(jù)Arm2019年披露的數(shù)據(jù)測算,公司平均一個CPU的特許權(quán)使用費才16美分,折合成人民1.1元。我們出門買瓶可樂的錢,都可以買3個Arm的特許使用權(quán)!

對比其他類似高科技企業(yè),把自己的專利授權(quán)給硬件企業(yè)使用時,他們的產(chǎn)品定價都是針對終端產(chǎn)品收費,普遍收取的費用要遠遠高于Arm。

比如,高通提出的專利費率為:一部使用高通標(biāo)準(zhǔn)必要專利的3G、4G、5G多模手機,需要給高通專利費的比例為該手機原價的3.25%。也就是說,一款手機價格3000元/臺,高通就要向其收取97.5元的專利費。

再比如汽車專利池Avanci。早在2018年初,其許可費為每輛車15美元,并宣布不漲價。2022年,Avanci宣布4G許可費用調(diào)整為每輛車20美元。2023年8月,Avanci發(fā)布5G計劃(含4G/3G/2G),許可費為每輛車32美元。

從上述數(shù)據(jù)可以看出,占據(jù)市場支配地位的Arm,針對下游客戶的產(chǎn)品定價并不高,這也是其市場占有率高達99%,收入和利潤規(guī)模卻不是特別大的核心原因。

04 低耗能產(chǎn)品領(lǐng)域的“王者”

Arm的精簡指令構(gòu)架,在移動設(shè)備領(lǐng)域具有較高的技術(shù)優(yōu)勢。

移動互聯(lián)網(wǎng)開始時,Arm并不是一家獨大,英特爾X86是其主要競爭對手,但英特爾的X86最終卻敗給了Arm。

原因在于:

X86作為復(fù)雜指令集的處理器,經(jīng)常性調(diào)用的指令大約有20%,其他大部分指令集只不過是“待命狀態(tài)”,這就大幅增加了硬件功耗。Arm作為精簡指令集的處理器,以少、精為主要特點,尤其是常用的計算指令,更多的衍生指令則可以依靠這些基礎(chǔ)指令組合來執(zhí)行,這就有效降低了電池功耗。

對于手機而言,由于機身限制,可以裝載的電池容量有限,且需要隨身攜帶,計算指令設(shè)計的過于復(fù)雜,就會導(dǎo)致手機續(xù)航大幅縮短。而計算指令在滿足用戶需求的同時,設(shè)計的越精簡,則可以大幅提高手機續(xù)航能力。

正是因為作為手機處理器,X86“無效功能設(shè)計”太多,Arm才能擊敗X86成為手機芯片構(gòu)架領(lǐng)域的絕對霸主。

05 芯片構(gòu)架領(lǐng)域擁有大量專利

根據(jù)Arm披露的招股書顯示,公司擁有或共同擁有已發(fā)布的專利數(shù)量約為6800項。

比如,Arm的核心專利之一——使用可編程重要性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和方法,專利號為US9766857B2。該專利可以減少CPU的不必要計算能力,進而減少能量消耗、提高性能。

US9766857B2的摘要及附圖(來源:知產(chǎn)寶數(shù)據(jù)庫)

Arm在手機芯片構(gòu)架領(lǐng)域積累了大量專利技術(shù)。有了這些專利技術(shù)以后,其他公司想要進入手機芯片架構(gòu)領(lǐng)域,就得掂量掂量了。

有一個現(xiàn)成的例子,能反應(yīng)Arm專利護城河的強度。

8月28日,“中國RISC-V專利聯(lián)盟”正式成立,聯(lián)盟理事長、芯原股份創(chuàng)始人戴偉民表示:

“想要發(fā)展好RISC-V產(chǎn)業(yè),需要解決潛在的專利問題,雖然RISC-V指令集是開源的,但在微架構(gòu)實現(xiàn)上,IP行業(yè)領(lǐng)先者Arm等公司做了非常多的專利布局,RISC-V產(chǎn)品很可能會掉入專利陷阱。為保護RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟會員,可借鑒2005年微軟與Linux專利戰(zhàn)歷史,把RISC-V企業(yè)的專利整合起來,大家聯(lián)合應(yīng)對Arm等機構(gòu)的專利挑戰(zhàn)。”

潛在對手的肯定,是對Arm專利技術(shù)最大的肯定。

展 望

Arm抓住了移動互聯(lián)網(wǎng)的機會,并已成長為占據(jù)市場支配地位的企業(yè)。那么,Arm為何不提價賺取更多的商業(yè)回報呢?

其實Arm不是不想。

在Arm被孫正義收購以后,公司想切換收費對象,從對芯片廠商收取許可費,到轉(zhuǎn)向終端設(shè)備廠商收取。

簡單來講,就是過去根據(jù)芯片的價格按比例收取費用,現(xiàn)在根據(jù)手機的價格按比例收取費用。而芯片價格一般僅占到手機價格的10%至20%,這意味著如果許可費的比例不變——Arm這種轉(zhuǎn)變相當(dāng)于變相將售價提高5至10倍。

不過,移動芯片市場主要由蘋果、三星、高通、華為、聯(lián)發(fā)科等少數(shù)巨頭把持,Arm想要徹底改變定價方式,并不是一家容易的事。想要改變游戲規(guī)則,光靠談判可能性不大,只有像Avanci那樣直接“掀掉桌子”,大打?qū)@麘?zhàn)才有可能,只是Arm或者說孫正義有這個勇氣嗎?

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容,授權(quán)事宜請聯(lián)系原著作權(quán)人。