ARM介紹2：授權(quán)模式
上篇文章《ARM介紹1：發(fā)展史》中詳細(xì)介紹了ARM是如何從一個(gè)只有12名員工的小作坊，發(fā)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(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展壯大的呢？本文將詳細(xì)介紹ARM的生存之道。生存之道：從授權(quán)開始在傳統(tǒng)PC領(lǐng)域，半導(dǎo)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(gòu)和芯片的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)一律不依靠任何人。其實(shí)，Intel早期也對(duì)外提供過x86指令集的授權(quán)，但很快就收了回來。這樣做是需要極其雄厚、全方位的實(shí)力做保障的，得有錢、有人、有技術(shù)，特別是在半導(dǎo)體技術(shù)日益復(fù)雜的今天，能這么做的屈指可數(shù)。好處當(dāng)然也是很明顯的，不但能完全自己把握自己的命脈，利潤(rùn)也是極其可觀，Intel幾乎任何產(chǎn)品都可以享受非常高的利潤(rùn)，想賣多少錢就可以賣多少錢。但是在移動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)，這種“黑心”模式就行不通了，因?yàn)樘幚砥髟赑C系統(tǒng)中的成本占比非常高，但是智能手機(jī)、平板機(jī)里往往不到10％，甚至不足5％，你再費(fèi)勁也掙不到多少利潤(rùn)。這同樣是Intel在移動(dòng)領(lǐng)域推廣困難的關(guān)鍵原因之一！ ×硗庖环N是無工廠模式(Fabless)。NVIDIA就是這樣，AMD實(shí)在耗不過Intel就也變成了這樣。這類企業(yè)只是自己設(shè)計(jì)芯片，制造則交給代工廠，比如臺(tái)積電、聯(lián)電、GlobalFoundries、三星電子。好處很明顯了，負(fù)擔(dān)很輕，自己只管設(shè)計(jì)就行了，不用耗費(fèi)巨資去興建晶圓廠、開發(fā)新工藝，但壞處同樣很突出：你設(shè)計(jì)出來了，能否造出來、即便造出來又是個(gè)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(xùn)當(dāng)然很多：臺(tái)積電40/28nm兩代工藝最初都很不成熟，產(chǎn)能也是遲遲上不來，讓整個(gè)行業(yè)為之拖累；GlobalFoundries 32nm工藝沒有達(dá)到AMD的預(yù)期水平，第一代FX/APU處理器的頻率和電壓就跟設(shè)計(jì)得差很多，28nm工藝吹了那么久直到現(xiàn)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(shè)計(jì)再去找臺(tái)積電！ RM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(shè)計(jì)IP，包括指令集架構(gòu)、微處理器、圖形核心、互連架構(gòu)，然后誰喜歡就把授權(quán)賣給誰？蛻裟弥鳤RM的IP可以自己想怎么干就怎么干。ARM的經(jīng)營(yíng)之道其實(shí)非常簡(jiǎn)單，以三種不同的模式對(duì)外提供授權(quán)。處理器授權(quán)ARM設(shè)計(jì)好一顆CPU或者GPU，然后授權(quán)賣給伙伴。買下它們后，你只能照著圖紙實(shí)現(xiàn)，能發(fā)揮的地方不多，但是如何實(shí)現(xiàn)你就隨便了，比如配置哪些模塊、幾個(gè)核心、多少緩存、多高頻率、什么工藝、誰來代工等等。ARM也會(huì)給你提供指導(dǎo)輔助，但如何將方案變成芯片、設(shè)定在什么規(guī)格，就看你的了。處理器優(yōu)化包/物理IP包授權(quán)(POP)： 如果你想做ARM處理器，但無奈實(shí)力有限，那怎么辦呢？ARM很貼心地準(zhǔn)備了一系列的優(yōu)化處理器設(shè)計(jì)方案，你可以根據(jù)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(chǎn)品，代價(jià)也很低，當(dāng)然能自由發(fā)揮的空間就小了，處理器類型、代工廠、工藝都是規(guī)定好的，比如Cortex-A12處理器，就要求你在臺(tái)積電使用28nmHPM工藝生產(chǎn)，或者在GlobalFoundries使用28-SLP工藝。架構(gòu)/指令集授權(quán)如果你實(shí)力雄厚，可以僅購(gòu)買ARM的架構(gòu)/指令集(ARMv7、ARMv8)，然后自己研究設(shè)計(jì)芯片，高通Krait、蘋果Swift就是典型代表。這些自行設(shè)計(jì)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(jí)別的不同實(shí)現(xiàn)方案而已。ARM目前在全球擁有大約1000個(gè)授權(quán)合作、320家伙伴，但是敢于購(gòu)買架構(gòu)授權(quán)的，不過區(qū)區(qū)15家。正是靠著如此眾多授權(quán)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(jīng)達(dá)到500億顆！ ntel、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(quán)，能賺多少完全取決于授權(quán)人、伙伴、客戶能實(shí)際造出來芯片，并且賣出去。作為ARM的授權(quán)人，有兩部分錢是必須交的：前期授權(quán)費(fèi)(up front license fee)、版稅(royalty)。其它收費(fèi)項(xiàng)目還有不少，比如軟件工具、技術(shù)支持等等，但主要就是這兩個(gè)，分別占ARM總收入的大約33％、50％。前期授權(quán)費(fèi)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(gòu)授權(quán)技術(shù)的復(fù)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(diǎn)，通常是售價(jià)的1-2％。如果芯片是賣給其它企業(yè)或者消費(fèi)者的，很好計(jì)算；如果是內(nèi)部消化，那就按照應(yīng)有的市場(chǎng)價(jià)來定。這兩項(xiàng)費(fèi)用都是可以談判商量的，特別是在單一設(shè)計(jì)中使用多個(gè)ARM核心的話還有優(yōu)惠。另外，要掏錢的只有CPU、GPU，總線、接口什么的免費(fèi)附送。ARM MaliGPU圖形核心的地位遠(yuǎn)不如其CPU，所以在費(fèi)用方面也相對(duì)便宜一些，它和POP授權(quán)的版稅都是在CPU的基礎(chǔ)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(jià)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(quán)的版稅是代工廠支付的，而不是授權(quán)客戶，并且按照晶圓數(shù)量計(jì)算，換算到每顆芯片就是大約0.5％。購(gòu)買ARM授權(quán)的談判一般會(huì)持續(xù)大概六個(gè)月，從買下授權(quán)到實(shí)際產(chǎn)品出貨并賺取手續(xù)得3-4年，而根據(jù)市場(chǎng)領(lǐng)域的不同，最長(zhǎng)出貨時(shí)間為20年。ARM 320家授權(quán)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(fā)。每一年，ARM的授權(quán)伙伴就會(huì)增加30-40家。你應(yīng)該也能想到了，不是每個(gè)買了授權(quán)的公司都能順利“下蛋”，約有20％的要么被收購(gòu)，要么設(shè)計(jì)失敗，這時(shí)候ARM自然就收不到版稅了。盡管生態(tài)系統(tǒng)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(duì)比，Intel同期收入533.41億美元，凈利潤(rùn)110.05億美元，今年第一季度就收入125.8億美元、凈利潤(rùn)20.45億美元。一個(gè)季度的利潤(rùn)就比你兩年的收入還多。細(xì)談授權(quán)類型雖然之前說了三種ARM授權(quán)方式，但那是根據(jù)技術(shù)劃分的高級(jí)別類型，按照授權(quán)對(duì)象、用途來說有很多種方式。學(xué)術(shù)授權(quán)：事實(shí)上是免費(fèi)的，當(dāng)然只面向高校、科研機(jī)構(gòu)。DesignStart(設(shè)計(jì)入門)：方便半導(dǎo)體企業(yè)低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、快速了解ARM IP，非常便宜；谝陨蟽身(xiàng)授權(quán)設(shè)計(jì)出來的芯片不能銷售，只能用于內(nèi)部研究。單用途授權(quán)：如果你只想在某一個(gè)特定領(lǐng)域使用ARM技術(shù)，可以選擇這類。Cortex-A系列的單用途授權(quán)費(fèi)前期約為100萬美元，每顆芯片版稅約2％。這種授權(quán)非常適合創(chuàng)業(yè)公司，或者目標(biāo)明確的特定設(shè)計(jì)項(xiàng)目。多用途授權(quán)：適合大型企業(yè)，可用于多種產(chǎn)品。授權(quán)費(fèi)當(dāng)然要貴一些，但是在一定時(shí)間內(nèi)(比如說3年)，你買來的授權(quán)技術(shù)可以盡可能地設(shè)計(jì)更多芯片，可以隨便用在任何產(chǎn)品中，但是期限過后，你就不能再做新的設(shè)計(jì)了，必須續(xù)費(fèi)。終身多用途授權(quán)：買了這種就可以一直用下去，不過說是終身，其實(shí)一般也就10-20年，工業(yè)領(lǐng)域比消費(fèi)領(lǐng)域更長(zhǎng)一些。訂購(gòu)授權(quán)：大企業(yè)可以據(jù)此購(gòu)買ARM一整套產(chǎn)品的技術(shù)，而且可以延續(xù)很多年，內(nèi)部就可以毫無顧忌地大膽研發(fā)。當(dāng)然這種授權(quán)也是代價(jià)不菲，往往需要幾千萬美元。架構(gòu)授權(quán)：這個(gè)不重復(fù)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(fā)新一代處理器IP，都會(huì)挑選最多三家伙伴與其密切合作，以確保研發(fā)順利，并且能在第一時(shí)間得到應(yīng)用。這些被選中的幸運(yùn)公司能比其它授權(quán)者更早地了解ARM的新設(shè)計(jì)，因此可以在新產(chǎn)品研發(fā)上占據(jù)領(lǐng)先地位，不過他們也要幫助ARM進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，甚至直接向ARM提供反饋。ARM的市場(chǎng)份額2012年，ARM授權(quán)處理器全球總出貨量高達(dá)87億顆。這么多芯片都用在了哪里？對(duì)于普通消費(fèi)者來說，智能手機(jī)和平板機(jī)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(shí)上，更大批量的ARM處理器來自企業(yè)、數(shù)字家庭、工業(yè)嵌入式等領(lǐng)域。而且需要注意的是，ARM處理器架構(gòu)眾多，適用范圍也很廣，往往一臺(tái)設(shè)備里有不止一顆ARM芯片，比如智能手機(jī)中除了應(yīng)用處理器，還有基帶等。具體如下表(橫向指標(biāo)分別為2012年設(shè)備出貨量、平均每臺(tái)設(shè)備的芯片數(shù)量、總的芯片數(shù)量、ARM芯片數(shù)量、ARM份額)： 智能手機(jī)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(jī)也很猛，4.6億部設(shè)備11億顆芯片，ARM的份額也高達(dá)95％。其它ARM芯片分布和份額：低端語音設(shè)備7億顆95％、便攜式多媒體播放器2.2億顆90％、移動(dòng)計(jì)算設(shè)備(平板機(jī)/上網(wǎng)本/筆記本)1.6億顆40％、數(shù)碼相機(jī)1.8億顆80％、數(shù)字電視和機(jī)頂盒2.9億顆45％、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備4.2億顆35％、打印機(jī)8500萬塊70％、硬盤和固態(tài)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(huì)提高3-4個(gè)百分點(diǎn)，2007年的時(shí)候還只有17％。 ARM認(rèn)為，智能手機(jī)、移動(dòng)計(jì)算、數(shù)字電視和機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)、微控制器是其未來發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，年復(fù)合增長(zhǎng)率最高可達(dá)25％，2017年的時(shí)候?qū)⒎謩e增長(zhǎng)到68億顆、8.5億顆、20億顆、17億顆、114億顆。而功能手機(jī)將在四年后基本消失，而在臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器領(lǐng)域，ARM將從無到有，五年后達(dá)到2億顆。
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