IBM与GF三十年未了缘：映射处理器产业模式变迁

易艺

　　1981年，IBM(163.6, 1.73, 1.07%)发布了首台IBMPC。为了保证处理器供应不会依赖于一家厂商，IBM要求英特尔(33.74, 0.54, 1.63%)将其架构技术授权给另一家公司——AMD(2.72, 0.06, 2.26%)。

　　33年后的2014年，IBM将其处理器制造业务“送”给了GLOBALFOUNDRIES。后者来自2008年从AMD中拆分出来的芯片制造部门。

　　三十多年间的分分合合，映射出的，其实是半导体产业模式的变迁——从产品设计与制造一体化IDM(整合设计与制造)模式到剥离制造的Fabless(无厂半导体)模式，从底层架构研发到产品研发的研发一体化模式到架构研发与产品研发分离的授权模式。

　　而当下一代处理器注定要跳出硅晶体管架构的藩篱时，未来又会蕴生出什么样的故事？

　　IBM的亲密“女友”

　　“我们需要另一个供应商。”

　　1981年，IBM推出的首台IBMPC采用了英特尔的8088处理器。在签约前，IBM提出了这样的要求。

　　当时，IBM已经是年营收超300亿美元的巨无霸，而英特尔只是初出茅庐的小伙儿。但IBM已经预料到未来处理器在PC行业的重要地位。按说，IBM当时的行事风格，是不会将这一核心部件假手于人的，但是，当时IBM已经和美国司法部打了12年的反垄断官司(这一官司最终于1982年以撤销诉讼告终)，因而不愿留下新的把柄。因而，IBM找到英特尔的同时，也要求英特尔将其处理器架构授权给另一家企业以保证PC处理器的供应不会把持在一家公司手里，这“另一家企业”就是AMD。

　　此后三十年间，AMD一直不断地冲击英特尔的领导地位，而IBM一直或明或暗地为AMD提供支持。IBM曾多次推出首批采用AMD最新处理器的PC产品；2003年，AMD宣布推出“首款真正为服务器设计的处理器”——Opteron64时，IBM到场为AMD站台，并迅速推出相应产品；同年，IBM与AMD达成协议，联合开发用于未来高性能产品的下一代半导体制造技术，此后AMD每一次制程进步背后都有IBM的影子；在AMD陷入财务困境时，IBM的投资部门还为AMD寻求融资，有消息称在AMD巨资并购ATi时IBM也提供了资金支持。

　　2008年，被巨额债务困扰的AMD剥离了制造业务，成立了GLOBALFOUNDRIES。

　　AMD剥离半导体制造业务是受困于财务压力。然而，事实上，当时制造与设计分立的Fabless模式已经开始悄然席卷半导体领域。

　　Fabless与授权模式的兴起

　　就在2008年上半年，AMD尚未分拆制造业务之前，笔者在和当时全球份额最高的图形处理器厂商英伟达(NVIDIA)高层聊天时问到，Fabless模式的NVIDIA财务状况远好于制造设计一体化的AMD，甚至在利润率上还高于处理器领域领头羊英特尔，那么会不会用充裕的现金流去购买工厂涉足制造，他当时答案是：“既然我们财务比他们好，我们为什么要去学他们？”

　　事实上，在此之前，制造与设计一体化还是被作为半导体企业的一项核心竞争力的。这主要是由于两个原因：制程(半导体制造工艺，主要指晶体管尺寸)和产能。

　　处理器制程提升对性能影响巨大。晶体管尺寸越小，电子在其中流转的距离就更短，速度更快，所需功耗更低，也能在相同面积内塞进更多的晶体管，而有自己工厂的企业可以通过制造工艺的投入在制程上领先于竞争对手；而产能的不足则直接制约着半导体厂商的出货能力，有自己的工厂能够避免有好的产品设计却因生产能力不足无法快速推向市场的尴尬。

　　在双核之争中，英特尔就利用了这两项手段。

　　2005年，AMD提出了“双核”的概念。而英特尔显然无法接受处理器市场被AMD领跑，因而快速推出了将两个处理器封装在一个芯片上的“双核”产品，发布时间比AMD早了一个月，此事后来还引起了“真假双核”之争。

　　两款产品中，与Athlon64X23800+相比，性能上PentiumD820不占优势，但其上市价格低于对手近65%，而AMD先是暴露出产能问题，无法满足订单需求而让出了市场空间给英特尔，随后英特尔将处理器制程从90nm提升到65nm，使其双核处理器性能大幅度提升，迅速抢回了市场领先地位。此后，英特尔将这种战略加以总结，提出了“Tick-Tock”钟摆模式，宣布今后将每一年交替更新处理器制程和处理器架构。

　　然而，此后几年中市场形势发生了变化。经济危机使得半导体制造产能出现了过剩，这使得“拥有工厂”财务上压力增大，而“产能可控”方面的优势变得不再明显；另一方面，当半导体制程达到23nm水平之后，进一步提升变得越来越困难，而其在提升性能方面的效果却因难以控制的漏电而受到一定影响。业内共识是，将制程提升到10nm以内还是可能的，但物理极限使得进一步提升必须根本性地改变现有的硅晶体管基础结构。

　　在工厂对产品的意义越来越小的情况下，Fabless模式就占据了上风。

　　更进一步的，甚至连产品设计都舍弃掉，只保留核心架构设计的授权模式也因ARM的成功而受到广泛关注。ARM只需关注处理器核心架构的设计，而获得其授权的多家处理器设计企业会根据所面对的细分市场需求，添加其他功能模块，推出各式各样的处理器，这极大地拓展了其应用领域。据ARM统计，去年，全球基于ARM架构和设计方案的芯片产销量超过了100亿个，其中的一半用于智能手机和平板电脑，其余的用于数字电视机、洗衣机等各种非移动设备和工业设备中。与之相比，英特尔正努力地将触角延伸到PC之外，而POWER还极大地依赖着金融等少数应用领域。

　　可以说，Fabless与核心授权模式正在重构处理器产业格局。而IBM和GLOBALFOUNDRIES的交易，以及其推进OpenPOWER联盟的动作，为这一趋势做了一个醒目的注脚。

　　下一个突破在哪里？

　　“未来十年内，GLOBAL-FOUNDRIES还将成为IBM服务器处理器的独家半导体技术供应商，为IBM提供22nm、14nm和10nm的半导体技术。”IBM为未来定下的期限是10年。

　　而为了10年后的未来，IBM宣布了一项30亿美元的投资计划，这笔投资的一部分将花在努力将硅晶体管的制程缩减到7nm以下，而更多的部分将花在探索碳纳米管、神经形态计算、量子计算等全新的基础硬件架构上。


　　而在这些全新领域的探索中，中国落后的并不多。

　　以量子计算为例，据《科技日报》报道，2011年，中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋、黄运锋研究组成功制备出八光子纠缠态，刷新了多光子纠缠制备与操作数目的世界纪录；2012年，中国科学院院士、中国科技大学微尺度物质科学国家实验室教授潘建伟与同事陈宇翱、陆朝阳等在国际上首次成功制备出世界上亮度和纯度最佳的八光子纠缠态，刷新光子纠缠态制备的世界纪录。这些都是通向量子计算道路上的重要技术。

　　另一方面，在处理器架构方面，此前，中国较为成功的市场化产品主要集中在ARM架构方面，而今年，随着英特尔和清华紫光的战略合作，以及IBM与工信部达成的合作，在x86和POWER两大架构方面，中国也将获取到成长的机会。

　　每一次技术革新和模式革新，都会催生出新的巨人。而在处理器的下一个十年间，又会催生哪些激动人心的故事？