5 隻百億巨獸誕生,半導體產業徹底變天

作者:宇多田   |   2020 / 11 / 12

文章來源:虎嗅網   |   圖片來源:股感知識庫


1 年前我們或許怎麼也不會想到,新冠疫情為全球大大小小企業帶來的 “ 轉型思考 ” ,會從 1 月時的一小撮火苗,衍變為一場燒遍所有產業的數位化大火。“ 在疫情下,科技產業其實已經與整體經濟脫鉤了。特別是半導體產業,仍在蓬勃發展。 ” 台積電( 2330-TW )現任董事長劉德音在 2020 年 6 月股東大會證明,這場大火消耗 “ 底層燃料 ” ——晶片的速度與胃口,也變得前所未有。3 個月後,台積電第二次上調 2020 年收入預期。這家全球最大半導體製造廠的主要判斷,便來自於大眾對 5G 行動設備和數據中心高性能計算設備的強勁需求。

但另一邊,在中美貿易戰與經濟蕭條衝擊下,部分服務於汽車、工業等傳統製造的半導體巨頭卻在承受著收益急速縮減的巨大壓力。於是,在這個極為特殊的時間節點上,從來只有 “ 無情 ” ,沒有 “ 同情 ” 二字的半導體市場,在 2020 年迎來了它命中註定的大整合時代。

2020 年,在不到 5 個月的時間裡,半導體產業誕生了 5 筆強強聯手的併購案(下圖),每一家涉及的半導體公司都赫赫有名,每一筆金額都超過百億美元,每個合併後的企業都會變成半導體新巨獸。截至今年 11 月,全球已經在 2020 年達成了至少總額為 1,150 億美元的收購交易。無論是單筆最大數額還是總額,都打破了近 20 年來保持的半導體產業併購記錄。

當下不確定性,大夥抱團取暖

某種程度上, 2020 年巨額交易頻頻出現的併購潮更像是 2015 ~ 2016 年的一種延續。根據 IC Insight 的監測數據, 2015 年全球半導體併購金額高達 1033 億美元,而 2016 年則延續了這一趨勢,總交易額超過 985 億美元,幾乎是 2010 ~ 2014 年的 5 倍之多(平均年交易額僅有 186 億美元)。

業內人士在當時分析,隨著全球總體經濟成長減速,半導體產業成長也隨之放緩,但研發和資本密集度卻在持續增加,競爭也日趨激烈,半導體產業的併購將會是大勢所趨。

勝科奈米董事長李曉旻曾告訴虎嗅,海外半導體市場已高度成熟,特別是模擬晶片市場,甚至勝負已分。因此,每個細分領域都已經逐漸進入到併購整合,寡頭壟斷的階段。

企業合併,營收與市值規模增加

2020 年模擬晶片市場老二亞諾德與第七名美信的合併,以及SK海力士兼併英特爾(Intel, INTC-US)儲存業務變成僅次於三星的快閃記憶體巨頭,便有此種意圖。“ 先前有統計,十年前納斯達克可以找到過百家半導體公司的名字,到現在只剩下四十家左右。但在上市公司數量減少的同時,產業的整體營收和市值規模卻又大大提升了。 ”

另一方面,透過併購補齊短板,用多元化業務以分散企業經營風險,在輝達(NVIDIA, NVDA-US)和 AMD (Advanced Micro Devices, AMD -US)的這兩筆交易上體現得更為明顯。優勢長期只定格在 AI 加速器上的輝達,可以透過 ARM 獲得全球 80% 以上智慧型手機和成千上萬台家用電器的晶片設計授權。

賽靈思的財務數據(下圖)告訴我們,來自航空航天、國防、工業以及測繪部門的訂單為其貢獻了將近一半的收入,有線與無線設備部門的銷售額也佔比達 30% 。而 AMD 在這些市場上的佔有率很低,甚至根本不存在。


然而, 2020 年也出現了更多新變數。首先,美國用半導體供應鏈作為武器,試圖打亂這個高度全球化分工產業,也給半導體產業的未來走勢增加了不確定性。

雖然中國半導體綜合實力不強,遠落在美國、韓國和日本之後,但中國是世界最大的半導體銷售市場,買賣的晶片佔全球總銷量的 50% 以上。因此, 2019 年的 “ 華為禁令 ” 讓包括邁威爾、 Inphi 、美光等華為的美國晶片供應商陸續受到打擊,紛紛調低了季度收益和銷售預期。其次,正是半導體消費大國的身份,讓中國具備了對全球所有大型半導體併購案說 “ 不 ” 的權力。

2018 年,高通(Qualcomm, QCOM-US)就因中國的 “ 拒簽 ” 放棄了對恩智浦的收購。換句話說,中國的 “ 點頭 ” 將是 2020 年這五筆巨額併購能否走到最後一步的重要一環。兩國之間在半導體市場的博弈,拉扯著這條鏈上的所有公司,沒有一家可以置身事外。因此,為了度過這段極為不穩定,但又不知何時才能終結的暴雨夜, “ 抱團取暖 ” 實為上策。

大家都想成為 “ 下一個英特爾 ”

如果你只看到了以上的淺層原因,那麼你會錯過半導體產業接下來 10 年劇本中最精彩的一章。1 個月前,在輝達收購 ARM 的消息剛被曝光時,一位輝達工程師以 4 個字來概括這筆收購的技術層緣由: “ 架構創新 ” 。在半導體產業超過半個世紀的發展中,我們每次想讓處理器擁有更強的計算能力,基本就一個答案:那添加更多的 “ 矽 ” 就好了。但運算的複雜性,晶片那塊板子上晶體管排列結構的局限性以及成本早已開始侵蝕這一準則,而這也是摩爾定律消亡的關鍵原因之一。

一位曾在艾司摩爾(ASML Holding N.V., ASML-US)和半導體材料企業供職的資深專家告訴虎嗅, 2010 年,英特爾將晶片線寬縮到 20 奈米,就已到達當時光刻設備所能承受的極限。據其透露,英特爾嘗試了包括艾司摩爾、尼康(Nikon, 7731-JP )等多家頂級企業的光刻機,但仍然無法解決問題。

“ 現在,你所聽到的 14 奈米, 7 奈米,已經不再是嚴格按照摩爾定律計算的尺寸。為了延續摩爾定律,包括英特爾,所有企業就必須對晶片做架構上的創新。 ”

換言之,決定半導體產品創新週期的黃金定律——摩爾定律早已名存實亡。晶片絕對尺寸不斷縮小的速度趨緩,正逼近 “ 晶片製造設備的極限 ” ;而隱隱有燎原之勢的 IOT (物聯網)、人工智慧、自動駕駛應用領域,卻急需對症下藥的新彈藥。

英特爾早已意識到這一點,因此多年前就對自己的晶片架構發起挑戰。已經離職的晶片設計天才、英特爾矽工程部門前負責人兼高級副總裁吉姆.凱勒(Jim Keller)參與設計了英特爾的 3D 堆疊晶片產品 Lakefield,他極為推崇利用垂直構建的方式來重新設計晶片。簡單來說,這種方法能夠將不同功能的晶片疊加在一起,透過最底部的那塊垂直向上傳輸數據,讓晶片與晶片之間實現高速互聯。


當然,英特爾在 PC 市場最強勁的對手 AMD 也在嘗試同樣的事情——他們試圖將一組不同功能、不同工藝,甚至是不同品牌的小晶片(Chiplet)進行 “ 混搭 ” ,揉合為一個系統。譬如, AMD 第二代企業級 “ 驍龍 ” 處理器只有核心使用了台積電的 7 奈米先進工藝,而其他部分則使用了低成本的舊工藝,譬如 14 奈米或 20 奈米。因為有些功能,舊工藝足以勝任。

換句話說,一枚晶片全生命週期(材料生產、設計、製造、封裝測試)中的材料和封裝,將在改變晶片結構上發揮愈加關鍵的作用。因此,賽靈思聞名圈內的 2.5D 封裝技術,一定會為 AMD 設計更複雜的晶片系統(Soc)帶來幫助。

巨頭們為什麼要搞技術創新?

那麼從商業角度來看,一個更現實的問題是,究竟有什麼有利可圖的機會在驅使著巨頭們爭先恐後地搞晶片架構創新?

我們不妨來先回答這個問題——為何Google、微軟(Microsoft, MSFT-US)、亞馬遜(Amazon, AMZN-US)以及阿里也陸續自己參與和設計晶片,並使用最為先進的製造和封裝工藝?

兩個問題的答案都指向一個市場:數據中心。

雖然我們對人工智慧商業化的可行性不置可否,但短短 3 年時間,人工智慧在各個產業的應用滲透率,已經遠超過大眾的想像——小到新聞網站與購物網站的個人化推薦,大到特斯拉(Tesla, TSLA-US)的輔助駕駛功能和工廠產線的預測性維護。在金融(銀行)、零售以及工業等所有產業的數位化轉型過程中,都有人工智慧算法深藏其中。

因此,從整個應用規模來看,未來 5 年由人工智慧算法驅動的半導體購買量將不可小覷。而算法模型量級和複雜性都在呈爆炸性成長的當下,晶片的架構創新變得勢在必行。與此同時,伴隨著個人娛樂與辦公、消費級硬體和企業的雲端化浪潮,營運著超級數據中心的雲端運算巨頭與擁有數據中心的大大小小企業,都將成為新型高性能處理器的買家。

那麼接下來很多事情就都在意料之中了——英特爾,這個佔據數據中心 70% 市場佔有率的最大贏家一定會遭遇更猛烈的圍攻。雖然PC市場讓大眾知道了英特爾,但 “ 數據中心 ” 是其僅次於PC市場的收入來源,佔據總營收超過三分之一。僅 2019 年 Q4 這部分收入就高達 72 億美元,而 AMD 2019 全年的收入才只有 67 億美元。

數據中心市場成為下一塊大餅

針對 2020 年 5 筆巨額併購(第一張圖),有半導體專家告訴虎嗅,從商業競爭角度來看,輝達、 AMD 、邁威爾們都是衝著數據中心市場而來。

剛剛宣布收購 Inphi 的邁威爾一開始就明確表達了自己的意圖: “ Inphi 的技術是雲數據中心網路的核心,我們希望藉助 Inphi 特有的矽光子材料和DSP(數字訊號處理)技術來拓展數據中心基礎設施市場。 ”

此外,已經成為數據中心細分市場——AI加速器最大供應商的輝達,先是在 2020 年 4 月吞併了能夠為成千上萬伺服器做高效連接的Mellanox。後來CEO黃仁勳又在宣布收購 ARM 時公開向英特爾叫板:

“ 我非常興奮能集中大量資源,將 ARM 變成一個世界級的數據中心 CPU 供應商。 ”

然而,因晶片架構簡潔精煉在行動設備市場備受歡迎的 ARM 其實也曾努力衝擊過數據中心市場,但一直不太有存在感。一位工程師在 EE journal 上發文表示,英特爾的至強處理器等企業級產品之所以在數據中心的地位一直堅不可摧,是由三件事情來捍衛的:

  • 行銷辯護。在 2B 市場,企業的採購部門不願意冒著被解僱的風險選擇新產品,而是更傾向於選擇購買 “ 那種 90% 數據中心都在使用的系統 ” 。
  • X86 指令集架構建立的生態。它幾十年來既是產業標準,也是大多數軟體編譯器的預設目標。讓企業使用新 CPU ,你需要讓工程師們走出一個可執行文件都是 X86 的世界。
  • 品質硬。沒錯,英特爾曾經是最先進晶片製造工藝的引領者,所以伺服器處理器毫無疑問都是最先進且性能最好的。

撼動其中兩座高牆

首先是今年 6 月,蘋果(Apple, AAPL-US)被爆料 “ 將在自己的 Mac 電腦裡,將陸續用 ARM 處理器替代英特爾的 CPU ” 的消息引起了軒然大波,隨之而來的是各種英特爾個人電腦晶片唱衰論。當時,人們忽視了一個更深層次的變革——這也許標誌著英特爾在 X86 時代 40 年統治地位的結束。而 X86 的壟斷被打破,那麼便有可能讓其在數據中心的壟斷地位被打破。

Linux 之父 Linus torvalds 曾解釋過 ARM 伺服器一直沒有打開市場的重要原因——開發者希望在雲端運作與自己筆記本上相同的代碼。因為代碼都是在 X86 筆記本上編寫的,而不是在手機上。所以, ARM 筆記本電腦被認為很可能是數據中心市場發生重大變革的催化劑。因為蘋果即便在個人電腦市場的比例只有 8% ,但這家公司籠絡到的全球軟體開發者比例卻近 30% 。

而另一個 “ 掌握先進製造工藝 ” 的壁壘,也在今年 9 月隨著 “ 英特爾 7nm 晶片延遲 ” 的消息被打破。這意味著,使用台積電工藝的 AMD 們也同樣可以推出性能不輸英特爾的 CPU 。

當然,英特爾並非沒有在努力鞏固自己的優勢。他們收購了超過三家人工智慧晶片公司, 2015 年以 167 億美元收購了賽靈思的主要競爭對手、FPGA市場老二 Altera ,並在數據中心取得了成功。這在某種程度上,也是 AMD 決定收購 FPGA 老大賽靈思的重要原因之一。2019 年末,英特爾不僅推出了 oneAPI  計劃來推動數據中心異構計算的發展,也在為伺服器級處理器開發了剛才提到的 3D 晶片堆疊技術與 AI 加速器技術。此外,有意思的是,英特爾雖然毅然扔掉了 Nand 快閃記憶體業務,但卻悄悄保留了一種用於數據中心的先進儲存技術 Optane 。

但很顯然,數據中心從底層晶片、數據量再到伺服器結構每天都在發生的微妙動態變化,終於為權力挑戰者們打開了封閉幾十年的大門。無論是同樣具備強大技術與資金實力的 Super7 (亞馬遜、微軟、Google、Facebook、阿里、騰訊( 00700-HK )、百度(Baidu, BIDU-US)),還有兩年來拔地而起的數十家新型處理器創業公司,誰能具備和控制在異構計算架構上運作應用程式的軟硬體能力,打破舊技術定式的禁錮,誰就有了顛覆的機會。

但是,一位半導體工程師並不認為這是一個贏家通吃、未來仍然會被某一家企業壟斷的市場。

“ 由於營運在數據中心之上的任務非常複雜,數據量也非常龐大,有GPU擅長的,有 CPU 擅長的,也有FPGA(可寫程式處理器)擅長的,所以擴展數據中心的驅動因素也非常多,並不是只需要一種晶片架構,而是各種類型 CPU 、GPU、FPGA以及AI加速器組成的異構體系。 ”

簡言之,數據中心的未來贏家,既包括垂類晶片廠商,也包括那些能夠支持多種任務的異構設計者——不僅能夠將儲存數據的內處理器與 CPU 、GPU、FPGA 以及 AI 晶片盡可能近地靠在一起,還能用高頻寬把它們都 “ 拼接 ” 起來,讓數據在不同處理元素間高效流動。

“ 再去提 7 奈米、 5 奈米或者是 3 奈米的縮進,對半導體產業來說,已經變得逐漸沒有意義了。 ” 他認為,半導體技術的關鍵已經開始往晶片互聯、存算一體以及封裝技術上轉移,任何掌握新技術的公司都可以成為蛋糕的分享者。

“ 數據量在擴大,數字轉型的企業還在增加,這就意味著數據中心市場的規模還在擴大、沒有上限。英特爾也許依然是領導者,但這並不意味著挑戰者們沒有自己的一席之地。 ”

尾聲

如此來看,按照半導體產業興衰的 8 年一個 “ 輪迴 ” , 2020 年,只是半導體市場最巔峰時刻的開始。也就是說,全球絕大多數半導體企業都會在接下來的 5 年裡參與圍繞數據中心發起的一系列叢林戰爭,會在一個技術不按照摩爾定律來瘋狂更迭的環境中造出產品,或被產品打敗。毫無疑問,這個領域沒有弱者。

虎嗅網》授權轉載

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