首页科技快讯解读ARM帝国：芯片最上游的霸权

解读ARM帝国：芯片最上游的霸权

来源：晰数塔互联网快讯时间：2023年07月26日 08:56

本文来自微信公众号：知识自动化（ID：zhishipai），作者：缪其浩，原文标题：《缪其浩 | 〈万物蓝图〉解读ARM帝国》，题图来自：视觉中国

书名的源头

一般而言，英国人写的英文，往往没有美国人写的那么直白，比如《芯片战争》简单明了。而这本《万物蓝图》书名令人琢磨半天。

然而看了第一章Everything，everywhere，就容易明白了，它指的是ARM的设计为遍及万物（everything）的芯片提供了设计蓝图（指令集）。

媒体人写得很严肃。从外观上将此书与《芯片战》对比是有点意思的。《芯片战》由大学的副教授所著，却被形容为“非虚构惊悚作品”，开卷有个“演员表”，中间有多张照片，可读性较强。末尾不用学术著作的规范，而参考文献却是列了注释表（Notes）。

《万物蓝图》作者是彻头彻尾的媒体记者，既无相关专业背景也不从事学术工作。作者在前言中写道，他的目的是想要写本“最大的商业故事”（biggest business story），一下子就想到了芯片。

但这本书却很像学术著作，列出了32页参考文献（Reference）和16本背景专著（Bibliography）。

近年国内出版的芯片战内容的专著，大多作者强调自己的技术背景，仅有一本记者写的，但看上去像是“剪报”汇集，实在不敢恭维。感觉技术出身和媒体背景应该各有所长，调查记者有自己独特的视角和挖掘、访谈和分析梳理的技能，这是技术专家无法替代的。

ARM名誉董事长Robin Saxby在2006年所作的演讲稿，其标题“Chips with Everything”，可能是《万物蓝图》作者选取书名的依据。

本书前两章是背景，一篇讲芯片历史科普，一篇谈论两位性格完全针锋相对的“芯片之父”（Odd couple），Jack Kilby以及Robert Noyce。两位当时素不相识的工程师，几乎同时发明了集成电路。《芯片战》第三章说的就是他们俩人。

其余13章作者分成了三大部分。第一部分描述了ARM技术来源及商业化过程，以及其在移动通讯中的关键作用。第二部分则描述了ARM是如何从老式手机跃迁到智能手机。在此过程中既有与英特尔的激烈竞争，也有与软银的爱恨关系。第三部分则描述了它在低能耗传感器和高端数据中心市场的开拓，以及如何躲过因其市场泛化而带来的陷阱。在这三部分之外又有第四部分，讲的是2022年以后的故事。感觉初稿完成可能比较早，等到有出版商看中后又重新补上更新内容。

BBC哺育的传奇

说到芯片大佬的艰难起步，耳熟能详的是硅谷、车库创新、风险投资和国防订单，不过那是美国故事。ARM（Advanced RISC Machines），其前身是Acorn Computer。帮助起步时名不见经传的Acorn崛起的贵人，不是金融大亨，也不是国防部，而是国有电视台BBC。上世纪70年代末期BBC的继续教育部门看到了计算机正在引领未来，于是派记者遍访欧美日多国了解发展状况，制作多个电视系列片。BBC甚至还当起了智库，在1979年12月将一份标题为“微电子”的50页报告直接送到每位议员办公桌上。报告定义了多媒体教育需要面向的新兴领域，并认为这将对今后几十年产生影响。

这份报告产生了很好的说服效果，英国政府立项为中小学普遍配置计算机，而Acorn的低成本品牌有幸入选政府补贴50%的两种产品系列之一。它为此生产的一系列用于中小学普及的计算机，甚至用上了BBC Micro的品牌（为支持它还建立了BBC Software）。有人称Acorn是“英国的苹果公司”。其实，它们真难说有多少相似。这段独特的经历表明，没有BBC可能就不会有今天的ARM。

Acorn在BBC扶植下勉强站稳脚跟，但毕竟还不过是在电脑市场竞争的诸多公司之一，而且后来也遭遇波折，甚至被重要的IT媒体评为“十大僵尸IT公司”之一。

然而，ARM公司抓住了芯片发展的一个重要关键，即精简指令集计算（RISC）。芯片绝大多数时间只用了其20%的能力，如果有设计架构能减少指令集冗余将会大大提高芯片性能。这个概念很早就在IBM、加州伯克利和斯坦福等地进行研究。

Acorn在1981年启动高度保密的“项目A”，研究实现这个概念的设计实现，1983年10月Acorn RISC Machine诞生，三个字母的缩写ARM首次出现。基于ARM的第一批芯片在1985年4月由其合作伙伴VLSI制成，这种ARM1集成2.5万个晶体管，其性能却超过了晶体管数量10倍的摩托罗拉最新产品，这正是苹果手机处理器的前身。

然而，这个惊人消息居然在6个月后才被媒体报道，原因并非保密，是第一时间得到信息的记者根本不相信。不仅是记者，同在欧洲甚至与Acorn合作过的行业巨头如意法半导体ST和荷兰飞利浦，也错失商机，面对急需资金拓展的Acorn袖手旁观。公司只好将目光放到大洋彼岸，在硅谷找到了苹果和VLSI两家公司，成立了合资企业。苹果出资150万英镑、占股43%；Acorn出资25万英镑加上知识产权和人力也占股43%，其余属于制作方VLSI。在苹果要求下Acorn RISC Machine改名为Advanced RISC Machine，在1990年11月ARM得以成立。数百万英镑这点资金在IT行业根本说不上什么，恐怕没什么人会想到ARM会成就为芯片结构底层提供“蓝图”的全球霸主。

很多人会认为ARM是芯片设计界的老大，但在全球芯片设计公司排名上却看不到其名。还是《芯片战》（Chip Wars）一书的名词，解释得比较清楚。芯片设计里面还有细分，ARM是属于更加上游的指令集（这正是书名采用了蓝图（Blueprint）的原因。就像造房子，先有蓝图再具体设计）。ARM把构架设计卖给设计公司，后者再根据客户需求具体设计芯片。

奇特的模式

靠知识产权挣钱。一台阿斯麦尔光刻机要价1.2亿美元，而为什么不到300万英镑就可张罗起一家ARM？原因是后者“生产”的是知识产权（简称IP）。在跟苹果成立合资公司的时候，Acorn靠IP和人力资源就可抵125万英镑。IP看上去是笔好买卖，客户要拿其“蓝图”，先要付给ARM一笔入门版费用（百万至千万英镑）。如果芯片设计企业Fabless采用了ARM的底层架构，并制造出成品芯片，ARM还会有1-2%售价的抽成（royalty）。

根据软银2022年报，2021年ARM抽成收入高达26亿美元，增长率34.6%。而有些底层架构的生命力强，可以很长时间抽成。例如1997年卖给诺基亚和德州仪器的ARM7 TDMI，直到2020年仍然出片2亿片，似乎是20多年来一直躺着挣钱。可以说ARM进入了一个蓝海，但这样天上掉馅饼的好事，为什么别人不来抢一口呢？事实是，这个蓝海并不风平浪静，进入无人区必然面临巨大风险。

图：ARM芯片出货量

靠IP挣钱容易吗？ARM正式成立不久，1990年12月18日公司内部会议披露了一份优势劣势机会陷阱（SWOT）分析报告，在列出的种种劣势中间，最刺眼的是当时公司拥有的专利为零，所以ARM的起步并不轻松。

而早在1981年斯坦福教授John Hennessy领衔的团队，已在RISC技术上占了先机，它开发的MIPS已诸多被商业工作站采用，而且公司早已上市。ARM试图攻克的是低成本、应用更加广泛的RISC构架。在与苹果公司合作以前，研发资金非常短缺。三位主要设计师只能共用一台功能有限的Apollo电脑，检测还要跑到慕尼黑去做；团队最绝望时感觉随时可能解散，其中一位重要创始成员未能熬过黎明前的黑暗，才37岁便辞职去大学当教授。做出一个芯片通过测试批量生产就可卖钱，而申请发明专利一般要等18个月才会被批准，下游设计公司还要差不多同样的时间才定型，等到芯片批量生产出售可以抽成常常要4-5年。

很显然，ARM的商业模式是慢热型的（slow burn）。据《经济学人》2019年文章提到，设计CPU新架构需要300人/年。显然，这不是所有同行都能扛得住的。而能将42%的收入投入R&D的坚持，则更是大手笔。这是来自对研发方向的正确判断，必须有长远眼光才能确保4-5年后技术不落后。而且，要能对应用前景有很强的适应性，要容易扩展。需要看准未来，又要耐得住寂寞，这对很多企业是一种煎熬。

硅谷那些高技术企业给人的印象似乎就是有钱、烧钱。而ARM在很长时间里都缺钱，不仅仅是前面提到的研发缺资金，ARM是在一个旧谷仓里开张的。公司也曾打算搬到剑桥附近、高大上公司云集的工业园，以显示高技术新创公司“形象”，奈何财力不支。

被誉为“销售员”的CEO执意去便宜的地方安家，于是就找到那家养过火鸡的老建筑。为了省钱，ARM跟家具公司做了交换。ARM将这家公司的办公桌，排放在17世纪谷仓的照片，然后印在营销手册上。作为回报，ARM可以用塑料价，买到实木板材。困难时员工停止加薪，只能期望期权在将来某个时候带来些补偿。

然而，该花钱的时候，绝不打折扣。ARM曾不惜花费1万英镑雇人撰写才一页纸，总共600个词的申请文书。贫穷并没有限制想象力。财力有限，迫使ARM的商业模式高度聚焦，只盯着产业生态一个环节。也正是这个因素促使ARM设计的架构十分精简，降低成本提高能效，从而在竞争激烈的RISC架构中，艰难地开拓出独特的低价节能方案。事实证明，这对其将面对的巨大目标市场来说恰恰是致胜法宝，这正是“穷出来的”低成本高能效。

ARM与苹果相得益彰

ARM起步甚至其诞生得益于与苹果的慧眼，但合作不是单向的恩惠。还在Acorn时期，苹果就觉察到这家公司的不凡能力。ARM拥有独特的RISC架构，已超越当时最大芯片公司AT&T的水平。苹果和ARM第一个成功的合作产品，是一种以“牛顿”命名的个人数字助理（PDA）， ARM610架构的芯片成为牛顿PDA的王牌。

早在ARM成立之初做的SWOT分析，就将“可携带应用”确定为“商机”，预计其未来巨大市场需要大储量而又价廉节能的芯片架构。尽管ARM提前研制了600系列，然而这个产品却生不逢时。它被认为是iPhone构想的雏形，但作为太超前而相关配套技术并没有跟不上。

然而，苹果和ARM合作达成之日，就是牛顿PDA的末日，押宝牛顿PDA的苹果因此折戟沉沙（这也正是乔布斯回归的重要因素之一）。幸运的是，ARM股权收益还不至于让苹果公司关门。因此，苹果也承认牛顿项目的最大成果，就是找到了ARM。恰好此后移动通讯领域迎来了爆发期，这次合作也开启了双方在此领域的胜利大进军。苹果因iPhone一举成为IT业界翘首，而幕后的ARM也成为芯片架构的霸主。

低调高管与高调资本

但凡世上名气大的技术公司，好像都有名声显赫的领军人物。ARM没有明星人物。跟ARM信息最多的名字，自然就是日本投资家孙正义。而他根本不能算ARM的人，只不过2016年斥资240亿英镑收购了ARM。这位资本家既不在董事会，也不插手具体业务。ARM渴望独立又有前景良好的设计，但就是没领导人。它总是先做事再去找领导，这看上去有点奇怪。

书中当然也描述了不少ARM的高层和技术骨干，其中之一是第一任CEO Robin Saxby。他具备技术背景，但在书中却数次被描写为“战略销售员”，为ARM立足知识产权的商业模式做出重大贡献。他颇具先见地认识到，“必须确立具有广泛吸引力的标准，而且能在不同行业不同地域找到用户”。ARM的成功战略几乎就是遵循这个思路。ARM的芯片架构广泛应用在物联网上，由于高性能又价廉，据说韩国渔民在养鱼场安装了ARM架构的芯片来监测水质和养分。另一个位则是Simon Segars，畅销二十几年的ARM7 TDMI架构就出自他之手。他在2013年至2022年担任ARM的CEO，也正是这段时间真正确立了芯片架构全球霸主地位。

相比而言，软银则高调得多。软银与ARM的故事在媒体上可以读到很多。孙正义曾称ARM是其业务“宇宙的中心”。在2017年报里，他更是说“将来某日当我回顾自己作为企业家的一生所做过的收购和投资，我相信ARM是其中最重要的一例”。

然而，软银对ARM的收购，却被演绎成一场过山车般的颠簸大戏。2016年收购，同时退市。计划2019年再上市，2020年初又改变主意。最后想转手英伟达（Nvidia），又受到反垄断法的阻拦。连美国芯片大鳄高通，也表示反对。目前盛传2023年秋季，ARM仍将上市。

尽管剧情不断反转，但资本大鳄谋取巨额利润的雄心，客观上对技术发展也可能成为一种异乎寻常的动力。软银看准了物联网兴起的大潮，敏锐察觉ARM将在其中扮演的关键角色。软银收购ARM后，立即要求加大研发甚至将ARM利润率降低为零，用本书的话说就是“甚至只求达到盈亏平衡点”。

如果是上市公司，无疑将遭遇股价暴跌的严惩，而软银就敢将绝大部分利润用来招聘人才投入研发，就是为了抢占技术高地。但是也不能说ARM就是资本的玩物，它更像软银手里一个烫手山芋，知道是好东西但不敢轻易去折腾。孙正义原本有一个5年上市计划，但认识到ARM的业务周期长达10年，就选择放弃上市，找到一个同样目光远大吃心够重的收购者英伟达，ARM的某种特质起到了关键作用。

建立在精准定位上的宏图大志

ARM坚持立足设计前端，却也雄心勃勃。在英特尔垄断的PC市场情况下，ARM决心另辟蹊径，在嵌入式设备中将其低功耗芯片架构树立为全世界的标准。“在英国太多同行企业都畏畏缩缩（preached modesty）的情况下，ARM确立一个胆大包天的目标”。在这一已经细化的环节里，ARM会通过创建或控股一些子公司，分头应对精细化的下游用户。针对某种具体器件（如存储器），ARM会将一系列版权打包（blocks）出售。这被称之为物化的知识产权（“physical” intellectual property）。这样做，不仅更好满足用户需求，而且一旦某项技术进步导致产品变化，生态系统也容易消化局部的损失。在制造技术日新月异的情况下，及时产生新构想和新工艺，非常重要。

ARM与台积电有某些相似之处，二者都把自己的角色定位在上游。而起点，就是在IT大生态系统中，找准并牢固构筑自己的小生态，通过服务大生态做大做强，成为大生态系统中不可或缺的存在。某种程度上，做光刻机的阿斯麦尔也属于这类。当人们对互联网巨头如FAANG，（Facebook、Apple、Amazon、Netflix和Google）之类的传奇津津乐道的时候，ARM这种另类的科技巨头，其实也很值得关注。

小结：该读、难读

阅读原版书不容易，而这本读起来觉得更累，恐怕其中有我的水平问题，也有作者的写作问题。我感觉本书文字比较艰涩，全书谋篇布局似乎有点乱。迄今为止除了出版社发的一些推销文字，重要媒体只有英国老家的《金融时报》发了书评，还评它为2023年度技术类Best Summer Books。而美国纽时、华尔街日报等大媒体，甚至麦肯锡最近几十本夏季推荐图书，都没有提及该书。比较知名的评论者，好像只有《芯片战争》作者米勒（应该是应出版社邀请）。

芯片热高潮已经好几年，当初有些急，就大作看来，为时过早，而新出的《芯片战》和《万物蓝图》还是值得读一读。最后用两个词概括本书：该读、难读。

作者简介：缪其浩，原上海科学技术情报研究所研究员，个人微信号为“Laoshugen2023”

编审：林雪萍，北京联讯动力咨询公司总经理

本文来自微信公众号：知识自动化（ID：zhishipai），作者：缪其浩