起底ARM：留給中國隊的時間不多了
攪動全球的ARM，為中國晶元IP產業敲響警鐘。
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作者 | 海星
ARM併購案對於中國乃至全球半導體產業的擾動仍在發酵。
對於是否應放行這場世紀交易，中國產經業界存在不同聲音。根據媒體報道，9月27日，在「第四屆信息安全產業發展論壇」上，中國工程院院士倪光南在談及英偉達對ARM的併購時表示，「我相信我們商務部可能會否了這個併購」。
理解這場交易的意義，需要先從認知ARM公司開始——持此初衷，本篇報告將對ARM進行深度起底：
ARM通過精簡指令集的成功撼動了英特爾的霸主地位，後發制人成為移動互聯網的最大贏家，並極有可能繼續主導物聯網時代，其股權也成為科技大國爭奪的焦點。
更為值得警醒的是，IP核（Intellectual Property core，知識產權核）作為晶元領域卡脖子環節，我們還基本處於空白，行業和市場更對IP的重視程度，遠遠不夠。
ARM的全球風雲
英國ARM公司，全稱Advanced RISC Machines，中文翻譯成安謀，是一家蜚聲全球的半導體IP提供商。
就中國公眾而言，對於ARM公司的了解，可能不是因為晦澀堅深的晶元技術，而是由於各種「花邊新聞」。從2016年至今，ARM登上全球科技頭條的新聞就多達3個：
◆2016年7月，趁著英國鬧退歐的時間窗口，日本軟銀集團提出以243億英鎊（320億美元）現金收購ARM公司。收購完成後ARM退市，這筆交易也被認為是孫正義大手筆押注物聯網的代表作。
◇2019年，ARM再次登上頭條是因為緊張的貿易關係與華為。2019年5月，美國商務部工業和安全局把華為列入出口管制實體清單，緊接著ARM確認將中止與華為的業務合作。
如果華為不能使用ARM的晶元設計IP，那海思將就地休克，好在華為當時擁有最新的ARMv8的架構層級永久授權，可以保證華為在此基礎上研發新產品，短期的影響有限。
◆2020年9月，半導體AI第一股英偉達(NASDAQ:NVDA)宣布計劃以400億美元從日本軟銀集團手中收購ARM的全部股權。業界的解讀為軟銀將獲得急缺的現金，而英偉達將憑藉ARM的技術補強CPU的短板，從此在物聯網時代一騎絕塵；而以中國為代表的市場則可能遭遇被壟斷的命運。
站在人類科技樹頂端的ARM，最早由蘋果、諾基亞、Acorn、VLSI、Technology等公司合資創立，後來由於蘋果手機晶元使用ARM架構，而逐漸走向主流市場。
ARM成功地在移動互聯網時代戰勝不可一世的英特爾，完全壟斷了移動終端的晶元設計架構。
因此，ARM自然成為全球主要科技國家的關注焦點，每次圍繞ARM的股權紛爭都成為行業舉足輕重的事情，角逐方包括英國、美國、日本、中國和歐洲。
ARM的商業模式
起底ARM，必須要首先理解它的商業模式。
一句話來說，ARM做的是晶元設計領域的IP授權，可以簡單理解成靠賣知識產權為生。但為了深刻理解為什麼ARM能站在晶元行業之巔，我們繞不開對技術的討論。
一切從處理器出發。
處理器作為一個設備的大腦，賦予設備智能；我們深入處理器的內部，一般包括內核、調試系統、外設、存儲器等部件，而其中內核是處理器中最重要的部分。
進一步拆解，內核是由指令集與微架構構成的；指令集是所有指令的集合，而指令規定了處理器可以執行的操作，作為軟硬體的介面，指令集與上層操作系統、應用程序等緊密聯繫；微架構是用於完成指令操作的硬體電路設計，使得處理器在收到指令後可以儘可能高效地完成運算。
圖1：處理器的結構示意圖;資料來源：百度
而ARM做的就是賣IP核的生意，即指令集 微架構。
通過以上的介紹，我們知道IP核是晶元中最難的部分，只不過大家比較熟悉的英特爾賣的是整個晶元，而ARM只賣其中的核，還是以授權方式進行的，是一種更加靈活、輕資產的模式。
由於ARM 的IP核是基於精簡指令集（RISC），相對於英特爾X86 的複雜指令集（CISC），RISC可以讓整個處理器更為簡化，適合功耗小、成本敏感、任務相對固定的應用場景中。
而這正好是智能手機為代表的移動終端的痛點，因此ARM把握住機會成為移動互聯網最成功的半導體公司，而英特爾(NASDAQ:INTC)則遭遇的「失去的十年」。
提到ARM，繞不開的是其「技術 生態」的巨大優勢。由於指令集的設計十分複雜，再疊加架構設計這種高精尖環節，導致ARM始終保持對競爭對手的代際領先；而技術之外，ARM另一個優勢在於其從晶元設計、製造到銷售提供各類支持，以創新實力 深度合作打造客戶粘性。
ARM的厲害之處，除了技術絕對的領先和巨大的生態粘性外，錦緞研究員認為其商業模式的創新，更是值得關注的重點。這種只授權沒有實物商品的商業模式，對知識產權仍處於起步階段的中國公司來說，顯得稀奇又難以理解。
ARM公司本身不製造、不銷售任何實物晶元，只是自己設計IP，包括指令集架構、微處理器、圖形核心、互連架構，然後通過授權這些IP獲取收入。
收取的費用又包括兩部分：?針對IP授權的前期授權費，和根據每顆晶元售價按比例抽取版稅(royalty)。又通過三種不同層級許可權的授權模式，和客戶進行合作。
圖5：ARM獨創的商業模式 ;資料來源：ARM官網
而這種神奇商業模式的誕生，背後有著深刻行業發展規律：
隨著智能終端產品越來越複雜多樣，晶元設計難度快速提升，設計成本指數級上升，為降低設計風險和成本，晶元設計公司越來越多地尋求使用經過驗證的IP，因此晶元設計產業拆分出晶元IP產業。
這個就非常像晶元製造領域，以前都是垂直一體化的IDM模式，後來台積電創立只做晶元代工部分的商業模式。所以我們可以認為ARM就是「軟版」的台積電。
ARM的過去
ARM公司的前身成立於1978年，算是第一批成立的半導體公司；但公司成為今日的雛形，則是需要追溯到1990年ARM控股的成立，當時最為重要的股東就是蘋果，可謂含著金鑰匙出身。
1993年-2008年，為公司飛速成長的15年，在低功耗嵌入式處理器市場快所向披靡。
最被大家津津樂道的就是ARM成為移動互聯網時代的晶元IP霸主。在OS CPU體系中，ARM Android體系戰勝了PC時代Windows Intel體系。
ARM 架構依靠蘋果和三星打開市場後，逐漸形成壁壘，由於對開發者持開放態度，而非英特爾的封閉態度，因此幾乎壟斷了移動端晶元市場。毫不誇張的講，我們使用的每一台智能手機的智能都是ARM賦予的。
圖2：ARM歷史大事件;資料來源：ARM官網
不用列舉眼花繚亂的財務數據，我們可以用一張圖來說明ARM的牛x，根據ARM自己公布的其IP授權相關的晶元出貨數據，截止到2019年，基於ARM授權的晶元出貨量超過1660億顆，佔全球整個晶元市場出貨量的市場份額高達34%。
圖3：一張圖說明ARM的牛x;資料來源：ARM官網
ARM的未來
自然，大家容易想到的一個問題是，隨著智能手機每年出貨量達到14億部的瓶頸，ARM的增長是不是就到頭了？其實不然。
正如前文所說，ARM是精簡類類指令集（且指令集內容在持續升級更新），因此其天然適用于海量物聯網設備，手機只是其中的一種。這也是為什麼AI第一股英偉達管理層對收購ARM表現得如此激動的本質原因。
ARM的廣闊舞台，我們可以從伺服器晶元這個市場來見微知著：當前全球伺服器年出貨量超過1100萬台，但伺服器晶元基本被X86壟斷，憑藉接近100%的壟斷，伺服器成為英特爾的提款機，英特爾每年有接近50%的利潤來自伺服器。
我們看到大家都在試圖挑戰英特爾的壟斷地位：
華為在2019年1月發布首款基於ARM架構的伺服器晶元—鯤鵬920；蘋果近期發布基於ARM架構開發Mac晶元；
目前 ARM 已經明確了其針對數據中心的 Neoverse 架構迭代升級策略，每一代性能提升都在 30%以上，遠遠超過 X86 架構 CPU 每一代性能提升的幅度，未來ARM 在性能上與X86 之間的差距將不斷縮小。
伺服器僅僅是開胃菜。根據ARM自己的判斷，其未來面對的市場包括移動終端、ICT基礎設施、汽車、嵌入式等場景。
ARM 整體可參與的市場，預計到2029年，將達到2320億美元，而目前收入不到20億美元的ARM，離天花板還有著無盡的空間。
而這顯然不是痴人說夢，ARM 的精簡指令集功耗較小、價格便宜、並發處理效率高、升級速度快，出身就帶著物聯網基因，以目前在 5G 網路基礎設施市場為例，ARM的市佔率已經達到28%。
圖4：ARM未來的成長空間仍然廣闊;資料來源：ARM官網
IP是絕對的卡脖子環節
現在全球科技戰背景下，大家所有的關注點都在半導體的製造和設備領域，如台積電不能給華為海思生產。
但實際上，晶元設計製造一體兩面中的軟體部分，國內依然是接近空白，這個領域主要是指底層架構的IP和晶元設計領域的必須用到的EDA軟體，尤其隨著美國英偉達收購ARM後，這個環節被卡脖子的可能性將明顯上升。
我們知道，目前市場主流的指令集是以 x86 為代表的複雜指令集（CISC）和以 ARM 為代表的簡單指令集（RISC），基本處於完全的壟斷的賣方市場，國內 CPU企業大多選擇購買國外的架構授權，來設計晶元，哪怕最為領先的華為海思也是如此。
隨著國內晶元行業投資熱潮迸發，晶元設計公司大量成立，到2019年國內初創晶元設計公司數量多達1780家，是2015年的兩倍，若核心IP的缺失，將會導致這些企業輕則最終只能為別人做嫁衣，重則隨時被人斷供。
考慮到我國絕大部分晶元都建立在國外公司IP或架構授權的基礎上，推進IP 和晶元底層架構國產化是市場的選擇也是國家戰略的需求。
圖6：國內初創晶元設計公司數量 ;資料來源：芯原股份招股說明書
中國企業的破局方向
【1】方向1：重視並學習ARM的成功經驗
我們看到，國內大部分晶元設計公司，都是哪個下游應用領域比較熱就去湧向哪個市場，而不願意去碰難啃的底層核心東西。
以晶元領域目前不被大家重視的IP核行業為例，我們通過復盤ARM的成長曆程，知道ARM就是因為一門心思做精簡指令集，打破了英特爾複雜指令集的一家獨大，而不是去避重就輕選擇某個細分的晶元設計賽道。
回到國內，諸如華為海思、中芯國際(HK:00981)、中微公司(SH:688012)這樣啃硬骨頭的企業太少，市場也因為稀缺給予這些標的（華為海思未上市）貴到離譜的估值。
隨著晶元投資熱潮的冷卻，那些只講故事的公司將失去支撐。未來更值得期待的是類似ARM這種做底層突破的企業，不過可能的投資機會將集中在一級市場。
當然，由於指令集具有類似於操作系統一樣的自然壟斷性，想直接挑戰ARM的地位幾無可能，就像強如ARM，在發展的前30年，也根本無法撼動英特爾在伺服器市場的地位。
但隨著物聯網時代的到來，指令集的需求將更趨於碎片化，因此IP核行業的集中度應該會更加分散，這反倒給了國內企業的創業機會。目前國內僅有一家科創板上市公司芯原股份(SH:688521)從事IP授權相關業務，能否成功突圍還需跟蹤觀察。
【2】方向2：如何差異化競爭
正如前文所述，ARM憑藉技術代際領先，指令集的天然生態，加之未來可能攜手英偉達之後的強強聯手，國內初創公司在智能手機、伺服器IP核上實現替代基本沒有可能。
但隨著物聯網時代的晶元需求碎片化以及晶元設計環節分工深化，國內企業能做的仍然是差異化競爭。
差異化競爭體現在兩個市場：
在處理器晶元中，IP應用數量越來越多。以手機為例，現在的SoC都是基於多種不同IP組合進行設計的，隨著先進位程的演進，單顆SOC晶元上可集成的IP數量也大幅增加。
其他碎片化場景中，IP將不斷湧現。IP從晶元設計環節分離的趨勢仍在持續推進，未來存儲、GPU、模擬類IP需求也將逐漸體現出來。
從數據上直觀感受，根據IBS統計，晶元IP市場將從2018年的46億美元增長至2027年的101億美元，其中處理器IP市場仍為最大單一市場，預計在2027年達到63億美元；但其他細分市場也不容小覷，預計到2027年，數模混合IP市場預計達到13億美元，射頻IP市場預達到11億美元。
圖7：全球半導體IP市場（單位：10億美元） ;資料來源：IBS
這一小眾而又極其重要的市場，尚未看到太多中國企業的影子，這是因為目前國內大部分IP公司為初創型企業，尚未進入公眾視野。晶元設計IP的需求十分緊迫，套用國足比賽中常聽到的一句話：留給中國隊的時間不多了。
本文由錦緞授權億歐發布，申請文章授權請聯繫原出處。
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