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美国芯片内战

尽管人人都能用上手机,但 PC 处理器依然是现代生活的计算中心:近 20 亿人每天打开个人电脑工作、学习。这些电脑里的处理器再加上被装在数据中心和超级计算机里的数亿颗 PC 处理器在无形的数据世界里计算着一切,从推荐视频、记录股市交易,到分析战场情报,找到下一个轰炸目标。

过去 20 年里,这个重要的基础设施的竞争格局长久地维持静态。

上一场芯片大战后,几家头部公司牢牢控制着自己的位置。大多数时候,英特尔控制着超过 2/3 的市场,决定着明年 CPU 计算能力提升 8% 还是 10%;英伟达是在虚拟世界里描绘画面的首选,高通决定信号如何在空气里传播。三年前,苹果 M1 芯片推出,一度以超出想象的性能打破平静。但它的成功更多被外界归因于资本实力 —— 果然只有钱最多的公司才可能造好芯片。

这一局面在过去一周几乎被彻底改写。并且向世界重复了一个朴素真理:纯粹的商业世界里,技术终会前进、垄断不可能永远持续,此前芯片市场的平静不过是在等待技术积累。

七天以来,一场围绕个人电脑的芯片战争在美国市场逐渐成型。至少六家市值数千亿美元的公司参与其中,向本来没有竞争关系的公司、甚至是合作伙伴发起进攻。

10 月 25 日,高通发布笔记本电脑芯片 Snapdragon X Elite,宣称其性能超过苹果的 M2 Max 和英特尔的同级别处理器,还说要为世界上其他笔记本电脑制造商提供 " 与苹果竞争的领先解决方案 "。

同一天,苹果预热了新的发布会,并在本周二推出新的 M3 系列处理器。以别无二家的 3 纳米技术,刷新了笔记本电脑的性能基准。

与此同时,多家美国媒体报道了英伟达和 AMD 的新计划:研发高性能、低功耗的笔记本电脑芯片方案,在两年内上市与苹果、高通竞争。

新的竞争正在向同级别市场扩散。英伟达要用最新的车用芯片 DRIVE Thor 解决从车内娱乐到自动驾驶的一切需求。特斯拉则像苹果一样,一颗一颗地将自家产品里的芯片换成自己的。

一场决定未来计算形态的芯片战争正在爆发,而战场又回到了硅谷。

共同的方向:手机芯片反攻电脑、汽车、服务器

不论苹果的 M3 系列、还是高通的 Snapdragon X Elite,它们的结构看上去都不像是传统电脑的芯片,而更像是手机芯片 —— 虽然尺寸会大一些。

传统的电脑中,不同公司生产的 CPU、显卡、内存条等零件被送去工厂,焊接在电路板上。苹果和高通的处理器都是 SoC(System On a Chip,片上系统)—— CPU、GPU、内存、控制器等处理器内核都被集成在一个芯片封装里。台积电的工厂里就可以完成大部分生产工作。

类似的,英伟达下一代汽车芯片 Thor 也转向 SoC 设计。对性能要求更高的服务器芯片则是下一个突破目标。

转折点发生在 2020 年底,苹果发布采用 SoC 设计的 M1 芯片。一开始苹果只在入门级的电脑里用了新处理器,但性能已经追上前一年的顶级配置英特尔处理器电脑,续航还多出几个小时。

此前 14 年,苹果一直在 Mac 电脑上使用英特尔的 CPU。从 2015 年起,英特尔处理器的性能提升跌入个位数的百分比。这一度被视为摩尔定律行将就木的必然结果。

"SoC 里,CPU、GPU、内存等计算单元距离最多不过 1 厘米,可以通过晶圆直接互通,相比传统通过外部的 PCB 板的电路的方式,信息传输效率会大幅提升,也能降低功耗。"《芯片简史》作者汪波博士说。

如果把电脑完成一项任务看做做菜,传统的电脑中调度芯片就像是去不同的超市、摊位买食材,再做菜。SoC 相当于从一个冰箱里拿食材做菜。而 M1 芯片的 " 食材 " 更丰富,苹果针对人工智能、音视频编码、加密存储等一系列特定用途订制了专用的计算单元,以更快解决常见问题。这些功能都需要和 CPU 协作,缩短信息传输距离颇为必要。

第二年,苹果陆续发布性能更好的 M1 Pro、M1 Max、M1 Ultra。《连线》杂志称这些产品 " 让摩尔定律保持了活力 "。

英特尔也早早意识到了行业向 SoC 转移的趋势,并在 2012 年推出了适用于智能手机和上网电脑的 SoC 平台 Atom,但它对英特尔 x86 架构、自身芯片代工厂的依赖,都让它与苹果、高通等公司支持的 Arm 架构 + 台积电竞争中捉襟见肘,最终在 2016 年放弃尝试。

"x86 属于复杂指令集,基于它的 CPU 性能强但功耗也大。GPU 同样是高功耗的处理器,把它们放一起做 SoC,散热会是一个极大麻烦。" 汪波说。

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