AMD(AMD)-全球第二大微處理器廠商
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AMD(AMD)-全球第二大微處理器廠商

2020 年 12 月 9 日

 
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AMD(Advanced Micro Device)是研發與生產高效能處理器晶片的大廠,在電競品牌華碩( 2357-TW )玩家共和國ROG、微星( 2377-TW )MSI、宏碁( 2353-TW )Predator等皆可以看到AMD晶片的運作。此外,AMD是少數可以與Intel競爭的廠商。

Intel是具有晶圓研發製造技術的知名半導體大廠,然而AMD以小蝦米對抗大鯨魚之勢與Intel競爭,即使Intel市值為AMD的三倍。由於Intel的處理器出現瑕疵導致 7 奈米製程處理器延後半年推出,讓AMD有機會搶吃Intel的市場訂單。

本文重點:

  • AMD與Intel有相像的創立背景,卻被Intel的Tick-Tock模式打壓至 2015 年
  • AMD的技術競爭優勢:Zen架構GPU、RDNA架構CPU及Chiplet晶片技術
  • AMD的產業現況:跨足個人電腦、遊戲及資料中心三大市場
  • AMD重返榮耀的三大原因
  • 小結:AMD收購Xilinx來強化產品組合

AMD與Intel有相像的創立背景,卻被Intel的Tick-Tock模式打壓至 2015 年

AMD的創辦人Jerry Sanders與Intel的創辦人Gordon Moore皆來自同一家半導體公司:Fairchild Semiconductor(仙童半導體)。AMD一開始是擁有晶圓製造廠的中央處理器(CPU)供應商,為僅次於Intel以外的晶片供應商。

從 2006 年開始,Intel採用Tick-Tock策略,每一次「Tick」代表著更新一次CPU晶片製程,在CPU效能幾近相同的情況下,縮小晶片面積、減少耗能;而每一次「Tock」代表著在上一次「Tick」的晶片製程的基礎上,更新CPU架構,提升效能。一般一次「Tick-Tock」的週期為兩年,「Tick」佔一年,「Tock」佔一年。此策略常被戲稱「擠牙膏策略」,因為每一代CPU效能和前一代的效能相差不大。擁有大量資源的Intel是以此策略執行密集的更新頻率,一路打壓AMD直到 2015 年。

AMD的技術競爭優勢:Zen架構GPU、RDNA架構CPU及Chiplet晶片技術

AMD在GPU(Graphics Processing Unit)和CPU(Central Processing Unit)運算核心部分皆提出效能更好的架構,分別是Zen和RDNA架構。GPU是繪圖處理器,處理電腦顯示案繪圖相關的項目,Zen架構能讓電腦在執行網頁瀏覽、多工作業及串流視訊應用時,更快速處理顯示速度;CPU是中央處理器, 一切電腦中的運算都要靠CPU才能運作,RDNA架構有助於CPU更快速處理數據運算、執行指令。

另外最關鍵的是Chiplet晶片技術,可用來提升良率及降低開發成本,傳統的作法是把所有類型的功能都放在一塊晶晶片,功能越多就需要更大的晶片面積;Chiplet架構是根據功能的特性,將不同類型的功能分散在不同晶晶片,如此能節省一塊晶片的面積。使用Chiplet架構能增量率和降低開發成本。

  • 增加良率:從晶圓切割下來的一片片小方塊即是晶片,而近年來越來越多功能要集成在晶晶片,如果要將這麼多功能都做在單一晶晶片,那就會需要非常大規模的晶片。一旦晶片面積變大,晶片製造過程的良率會變低。因此發展出Chiplet架構讓晶片面積縮小,使良率提高,降低生產成本。
  • 降低開發成本:Chiplet具有彈性擴充的競爭優勢,如果需要推出不同市場區間的產品,不用完全重新設計新的運算核心給不同市場,可以大幅降低研發成本。

AMD的產業現況:跨足個人電腦、遊戲及資料中心三大市場

AMD跨足三大市場:個人電腦、遊戲機及資料中心,此三大市場估計是 790 億美元的市場。從遊戲機市場來看,目前遊戲機的兩大平台 PS5 及Xbox series X都採用AMD產品 Zen2 的CPU及RDNA的GPU做為運算核心,因此在遊戲機的市場上,AMD不會有太大的獲利風險。

在個人電腦方面,CPU三年來皆為成長,在 2018 年市佔率近 13% ,到了 2019 年市佔率成長至約 17% ,但GPU與NVIDIA競爭之下,近兩年市佔率持平在約 26 %,可見得個人電腦的營收成長大部分是靠CPU。

在資料中心方面,AMD的 X86 Server市場雖然 2017 年至 2019 年皆成長,但市佔率仍不到 10 %,因能源使用效率對於資料中心越來越重要,AMD持續改善能源使用效率。目前資料中心前三大供應商Amazon、Microsoft及Google平台都相繼導入AMD的EPYC平台。

AMD重返榮耀的三大原因

  • Intel的 7 奈米製程卡關,AMD趁機擴大市佔率

Intel因 7 奈米製程良率不佳,兩次延後CPU產品發表,較原先預期發表的計畫共晚了一年,讓AMD有機會搶下Intel釋出的訂單,可望市占率突破 20% 。過去AMD一直在Intel背後苦苦追趕, 2020 年終於能夠在 7 奈米晶晶片贏過Intel,關鍵在於AMD與Intel晶片生產模式的不同。

Intel以「垂直整合」來製造晶片,所有晶片從設計到生產,都由Intel自己一手包辦,Intel亦於美國設立晶圓製造廠;AMD過去曾以垂直整合模式生產晶片,擁有自己的晶圓廠,然而在「無廠純IC設計公司」興起後,AMD在 2009 年將半導體製造部門分出來拆成子公司 GlobalFoundries(格羅方德,簡稱GF,目前為全球第三大晶圓代工廠),並將部份晶片外包由台積電( 2330-TW )生產,AMD專注在研發技術,如:高性能運算與提升處理器效率。

然而近年來Intel在垂直整合模式下,晶片製程陷入卡關,從 2016 年開始Intel的 14 奈米開始延後推出,原因為晶片製程的微縮相當逼近物理極限。而當時晶片製程已達 10 奈米,Intel的產品推出速度明顯放緩,因而產生市場空窗期給AMD發展的機會。

  • AMD不再自己做晶片,借助台積電 7 奈米製程技術確保產品良率

從AMD創立開始,晶片從設計到製造都是AMD自己完成, 2009 年AMD改採無工廠純IC設計的營運模式,將原本的晶圓代工部門拆分成子公司GlobalFoundries,然而到了 2011 年,半導體技術門檻越來越高,GlobalFoundries生產製程備受考驗,無法再及時出貨給客戶,讓AMD不再持股GlobalFoundries,近年更將原先仰賴GlobalFoundries的訂單轉交給台積電。

  • 來自台灣的蘇姿丰(Lisa Su)帶領AMD逆轉勝

2014 年上任的蘇姿丰(暱稱蘇媽)臨危受命擔任CEO,當時AMD的晶片設計屢出錯、製程延宕且財務困窘,外界並不看好。蘇媽做了兩項重大的決定:一是在 2016 與代工廠GlobalFoundries解約,讓AMD多了其他選擇,與台積電合作,讓晶片能確保良率且及時出貨。二是蘇媽將當時AMD有限的研發資源投注在個人電腦、筆電、伺服器的處理器CPU及電腦繪圖晶片GPU,推出電腦、伺服器的兩大新產品線Ryzen、EPYC處理器。恰好這兩個關鍵決策,讓AMD得以受益於台積製程技術超越了Intel。 2019 年,超微從處理器及繪圖晶片中賺得全年營收 47 億美元,幾乎是 2015 年的 2 倍。

而新冠疫情帶動的遠距需求,也助長了筆電和伺服器的全球銷量,兩者都較前一年同期翻了一倍,AMD也跟著受惠。蘇媽認為AMD具有往高速公路運算發展的潛力,AMD 目前已推出第三代EPYC晶片,能容納近 400 億個電晶體,未來計劃與美國政府合作來建造全球最先進的超級電腦。

小結:AMD收購Xilinx來強化產品組合

AMD依客戶來分,可為兩大類:一是個人電腦的CPU和GPU,佔比約七成,二是以企業客戶為主的資訊中心Server市場及遊戲機台,佔比約三成。AMD在 2020 年收購Xilinx(賽靈思),希望成長資料中心的業務。Xilinx主要提供FPGA晶片,此晶片有助於根據實際應用場景來調整硬體運算。目前AMD資料中心雖有進展,但仍以CPU為主,高速公路AI運算方面仍不足;雖然AMD也有為資料中心設計的GPU,但相較於NVIDIA的 GPU,AMD的GPU表現持平。收購Xilinx,正好可填補AMD的不足,AMD能夠擁有CPU、GPU及FPGA產生的多種產品組合。

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週餘
 
 
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