來源：本文由半導體行業觀察（ID：icbank）原創

美國當地時間 2 月 1 日，Google 母公司 Alphabet 在財報會議上宣布，John Hennessy 將接任 Eric Schmidt，擔任 Alphabet 公司董事長。除了是 Alphabet 公司的董事會成員，Hennessy 還是 Cisco Systems、Atheros Communications 等科技公司的董事會成員，在2000 年至 2016 年間，他則一直任職斯坦福大學校長。

最值得一提的是，John Hennessy曾在1984成立了晶元架構供應商MIPS公司，這讓大家不僅對谷歌的未來多了更多興趣。有分析人士指出，谷歌新任董事長，體現了谷歌對晶元領域的高度重視。

MIPS處理器是八十年代中期RISC CPU設計的一大熱點，是當時賣得最好的RISC CPU。我們可以從Sony， Nintendo的遊戲機，Cisco的路由器和SGI超級計算機看見MIPS產品在銷售。

當時能取得這樣的成功，與MIPS的設計理念密切相關。據介紹，在設計理念上MIPS強調軟硬體協同提高性能，同時簡化硬體設計。其系統結構及設計理念比較先進，其指令系統經過通用處理器指令體系MIPS I、MIPS II、MIPS III、MIPS IV到MIPS V，嵌入式指令體系MIPS16、MIPS32到MIPS64的發展已經十分成熟。雖然在後來智能手機和嵌入式大潮中，被ARM打得幾乎沒有還手之力，但也不能掩蓋當年MIPS的戰績。

John Hennessy擔任董事長之後，谷歌或開啟一個晶元設計新篇章。

系統廠商做晶元成為主流

自集成電路發展以來，尤其是台積電在1987年成立以來，大部分情況下都是晶元廠和系統廠各司其職，前者開發好晶元，下游拓展應用，共同創造利益。但近年來，情況開始轉變。系統廠商開始逆流而上，涉足晶元設計領域，最具代表性的則是華為和蘋果。

先看華為；

百度百科顯示，華為現在聞名於外的海思半導體成立於2004年10月，但實際早在1991年，華為就已經涉足了集成電路，只不過當時他們是以公司旗下的華為集成電路設計中心來運營。

經過多年的發展，海思半導體拓展出了Kirin系列SoC、IPC SoC、NVR SoC、DVR SoC、移動設被相機解決方案、智能電視解決方案、MEMC協處理器、霸龍系列基帶、還有網路設備用的各種ASIC產品，公司也發展成為國內最領先，國際上也赫赫有名的半導體公司。

據調研機構IC Insights在1月初發布的2017年全球前十大Fabless排名數據顯示，華為海思以增長21%，營收47.15億美元的表現位居全球無晶圓廠營收第七位，排在其後面的不乏Xilinx和Marvell這種國際上知名的大牌公司。在中國市場上，華為海思是無疑的老大哥，遙遙領先於第二名。

2016年的數據顯示，華為海思以260億人民幣的營收，霸佔中國IC設計廠榜首的位置，排名第二的紫光展銳則連華為的一半都沒達到。

因為華為本身有很大的終端產品出貨量，在這些晶元的支持下，華為不但能做出更多更有價格優勢的產品，還能做出客制化的產品，拉開於競爭對手的差距。例如，正是由於有了Kirin和霸龍系列晶元，華為的智能手機才能在強手林立的情況下，締造了與眾不同的地位和領先，Kirin 970的NPU，更是讓華為在智能手機的AI競爭中取得先機。華為的成功也是小米這些年一直力爭進入手機SoC設計領域的主要原因。

來到蘋果，這更是一些晶元公司又愛又恨的角色。愛的是，蘋果的龐大訂單量，如果被採用了，能讓瞬間飛上枝頭變鳳凰，但一旦被其拋棄，下場也可想而知。Imagination的表現是最有代表性的範例。讓晶元公司不安的是，現在的蘋果做的晶元越來越多了。

最具代表性的是用在iPhone上的A系列晶元，這是除了iOS系統外，蘋果能夠在手機領域獨步全球的關鍵。猶記得當年安卓手機晶元供應商都在追逐四核、八核晶元的時候，蘋果依然在單核的情況下吊打競爭對手。

蘋果A系列晶元的發展之路

之後就是應用在Apple watch 2上的無線晶元W2，帶有Touch Bar 和 Touch ID 的 MacBook Pro 上搭載的T1 晶元，iMac Pro上的 T2 晶元，另外還有自主的 GPU、自主的 ISP，還有自主的解碼器，傳言的基帶晶元、電源管理晶元，蘋果也在構建其晶元帝國。

另外，微軟、Facebook、大疆、海康威視和大華，還有本文的主角谷歌也都在往上走，尋求更多的晶元突破。

谷歌將更重視晶元戰略？

其實在新任CEO上台之前，谷歌已經在按部就班地開展其晶元業務，最先在全球引起轟動的則是其TPU。

早在2016年5月，谷歌就在其I/O開發者大會上首次公布一這款名為Tensor Processing Units（簡稱TPU）的晶元。據當時的介紹，這是一顆專門為其TensorFlow機器學習框架度身定做的晶元，但更多的晶元細節並沒有曝光。但足以震撼了整個晶元屆。

到了2017年4月，關於該晶元的詳情終於面世。

Google表示，此款TPU採用28奈米製程，工作頻率為700MHz。原先設計目的在於加速自家的TensorFlow演算法，主要的邏輯單元內含65,536組八位的乘積累加(Multiply-accumulate)單元以及一組24MByte的快取，每秒可進行92兆次運算(Tera-operations/second)。

從架構上看，TPU 外掛的DDR3內存，左側是主機介面。指令序列從主機發送到隊列中（沒有循環）。這些激活控制邏輯可以基於指令多次反覆運行相同的指令。

從晶元布局上看，藍色的數據緩存佔37%；黃色的計算佔30%；綠色的I/O 佔10%；紅色的控制只有 2%。在傳統的CPU 或 GPU 中的控制部分則要大很多且不易設計。

平均而言，相較於使用IntelHaswellCPU與NVIDIAK80GPU的系統，Google的TPU大約快上15～30倍，每瓦效能比(Performance/watt)更可達到30～80倍以上。此外，如果在TPU中使用GPU的GDDR5內存，處理速度還能再翻三倍，速度/功率比(TOPS/Watt)能達到GPU的70倍以及CPU的200倍。

「為了減少延緩部署的概率，TPU晶元並沒有與CPU進行整合，而是被設計成PCIe I/O匯流排上的協處理器。這使得它能夠直接插入現有的伺服器中，就像GPU晶元一樣。而且，為了讓硬體設計和故障排除過程變得更為簡單，託管伺服器會發送指令給TPU晶元執行，而不是讓TPU晶元自己獲取指令。因此，從設計理念上來說，TPU晶元更接近於FPU協處理器，而不是GPU。」谷歌表示。

在移動晶元領域，谷歌也不遺餘力。

去年十月，在谷歌發布的Pixel 2中，採用了谷歌自主設計的首款移動晶元Pixel Visual Core，這款晶元的搭載可以加快HDR+拍照的處理速度，這也是為什麼Pixel 2系列拍照如此出色的原因。

Google的 Pixel Visual Core系統晶元，和高通Snapdragon、三星的Exynos、Apple的A系列處理晶元一樣，透過客制化晶元組來打造旗下手機與他牌不同的強項功能。谷歌則希望藉由Pixel Visual Core能夠快速、順暢，同時省電地處理HDR影像，讓Pixel 2的手機照相勝過其他市面上競爭對手。

「比起透過應用處理器（AP），Pixel Visual Core能夠以5倍快的速度、10分之1的耗能來處理HDR+影像。」Google官方這樣說道。

買下HTC的手機部分，推出Pixel Visual Core ，早前將蘋果和高通的晶元工程師納入麾下，都體現出了谷歌的硬體方面的野心。據報道，離開蘋果磚頭谷歌的晶元工程師包括馬努·古拉蒂（Manu Gulati）、崔旺澤（Wonjae Choi）和塔育·法德羅（Tayo Fadelu），離開高通轉投谷歌的工程師則包括伊邁拉克·比斯瓦斯（Mainak Biswas）、維諾德·可瑪蒂（Vinod Chamarty）和紹米克·甘古利（Shamik Ganguly）。

新消息也顯示，谷歌的移動SoC也將亮相了。

這次MIPS創始人擔任谷歌的董事長，從我們看來，一方面相中其豐富的從業經驗和深厚的人脈資源外，另外，John Hennessy在晶元方面的積累，也勢必會幫助谷歌晶元事業登上一個新階段。

做晶元要做好持久戰準備

其實系統廠商做晶元，歸根到底，都是為了錢的問題，但是做晶元這個產業，並不能隨隨便便成功。

據彭博社報道，惠普、摩托羅拉、IBM和皇家飛利浦公司都曾有過晶元部門。那些公司最終沒能在這方面取得成功，因為晶元製造行業門檻極高：資本投入極大，需要有巨大的規模。而蘋果明智地選擇專註於其硅晶元的設計（對於其「片上系統」，蘋果採用來自ARM的參考設計）。至於晶元製造工作，則交由包括台積電在內的其它廠商處理。

對於蘋果這樣的公司來說，只有每年能夠賣出3億台設備，發力複雜且成本高昂的晶元業務就是有意義的。但是，該行業的傳統大公司不會坐以待斃。例如，高通正在投資下一代5G網路，幾家公司正在製造AI晶元，英特爾也在著力發展移動處理器。與此同時，蘋果的主要競爭對手三星本身也是一家大型的晶元製造商。彭博社強調。

對於谷歌也是一樣。

在移動晶元方面，面臨著蘋果一樣的局面。在TPU方面，谷歌方便開發這個晶元一方面是考慮成本，一方面是考慮性能。但傳統的打工，同樣也會反擊。

例如在谷歌關於TPU的論文面世之後，英偉達CEO黃仁勛就強力回擊，他表示，TPU有很多好處，例如，其推斷性能達到K80的13倍。但卻並沒有將TPU與基於Pascal的P40進行對比。為了更新谷歌的對比數據，他們還製作了如下表格，對K80到P40的性能發展進行了量化，同時對比了TPU與英偉達當前的技術。老黃認為P40是吊打TPU的。

再者，現在英偉達基本壟斷了伺服器GPU市場，且底氣十足。對谷歌來說，未來的挑戰仍然很大。

但是，一旦手機市場、數據市場和人工智慧市場能夠按照一定的成長率發展，很多系統廠的決定就變得明智起來。對管理層來說，就需要仔細甄別，但我們要看到，晶元設計必然是一個持久戰。

據媒體報道，小米雷軍在投入資金做晶元的時候表達過，做這件事，一要不怕死，二要投入大量資金，還要做好持久戰的準備。他已規划了十億美金在澎湃晶元上。

作為讀者的你們，是怎麼看現在眾多系統廠商切入晶元市場？

文/半導體行業觀察 李壽鵬

今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1488期內容，歡迎關注。

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