ARM介绍2：授权模式
上篇文章《ARM介绍1：发展史》中详细介绍了ARM是如何从一个只有12名员工的小作坊，发展到如今科技界“教父”。那么屹立于科技浪潮之巅的ARM，是如何在残酷的竞争中发展壮大的呢？本文将详细介绍ARM的生存之道。生存之道：从授权开始在传统PC领域，半导体厂商一般有两种路子可选。首先是Intel那样的，从头到尾自己大包大揽，架构和芯片的设计、生产一律不依靠任何人。其实，Intel早期也对外提供过x86指令集的授权，但很快就收了回来。这样做是需要极其雄厚、全方位的实力做保障的，得有钱、有人、有技术，特别是在半导体技术日益复杂的今天，能这么做的屈指可数。好处当然也是很明显的，不但能完全自己把握自己的命脉，利润也是极其可观，Intel几乎任何产品都可以享受非常高的利润，想卖多少钱就可以卖多少钱。但是在移动领域内，这种“黑心”模式就行不通了，因为处理器在PC系统中的成本占比非常高，但是智能手机、平板机里往往不到10％，甚至不足5％，你再费劲也挣不到多少利润。这同样是Intel在移动领域推广困难的关键原因之一。 另外一种是无工厂模式(Fabless)。NVIDIA就是这样，AMD实在耗不过Intel就也变成了这样。这类企业只是自己设计芯片，制造则交给代工厂，比如台积电、联电、GlobalFoundries、三星电子。好处很明显了，负担很轻，自己只管设计就行了，不用耗费巨资去兴建晶圆厂、开发新工艺，但坏处同样很突出：你设计出来了，能否造出来、即便造出来又是个什么样子你就无法做主了，得看代工伙伴的能耐。这方面的教训当然很多：台积电40/28nm两代工艺最初都很不成熟，产能也是迟迟上不来，让整个行业为之拖累；GlobalFoundries 32nm工艺没有达到AMD的预期水平，第一代FX/APU处理器的频率和电压就跟设计得差很多，28nm工艺吹了那么久直到现在才刚刚上路，迫使AMD一度放弃了整整一代的低功耗APU，不得不重新设计再去找台积电。 ARM就跟他们完全不一样了。它不制造、不销售任何芯片，只是自己设计IP，包括指令集架构、微处理器、图形核心、互连架构，然后谁喜欢就把授权卖给谁。客户拿着ARM的IP可以自己想怎么干就怎么干。ARM的经营之道其实非常简单，以三种不同的模式对外提供授权。处理器授权ARM设计好一颗CPU或者GPU，然后授权卖给伙伴。买下它们后，你只能照着图纸实现，能发挥的地方不多，但是如何实现你就随便了，比如配置哪些模块、几个核心、多少缓存、多高频率、什么工艺、谁来代工等等。ARM也会给你提供指导辅助，但如何将方案变成芯片、设定在什么规格，就看你的了。处理器优化包/物理IP包授权(POP)： 如果你想做ARM处理器，但无奈实力有限，那怎么办呢？ARM很贴心地准备了一系列的优化处理器设计方案，你可以根据自己的需要，挑选合适的直接拿过去用。这样你可以快速搞出产品，代价也很低，当然能自由发挥的空间就小了，处理器类型、代工厂、工艺都是规定好的，比如Cortex-A12处理器，就要求你在台积电使用28nmHPM工艺生产，或者在GlobalFoundries使用28-SLP工艺。架构/指令集授权如果你实力雄厚，可以仅购买ARM的架构/指令集(ARMv7、ARMv8)，然后自己研究设计芯片，高通Krait、苹果Swift就是典型代表。这些自行设计的处理器和ARM的是指令集兼容的，但并没有直接可比性，比如你不能说Krait 400、Cortex-A15谁更好更坏，它们是同一级别的不同实现方案而已。ARM目前在全球拥有大约1000个授权合作、320家伙伴，但是敢于购买架构授权的，不过区区15家。正是靠着如此众多授权伙伴的支持，ARM处理器才获得了25亿颗的季度出货量，历史总量已经达到500亿颗。 Intel、AMD、NVIDIA最终都是通过卖芯片赚钱，ARM的收入则完全来自于IP授权，能赚多少完全取决于授权人、伙伴、客户能实际造出来芯片，并且卖出去。作为ARM的授权人，有两部分钱是必须交的：前期授权费(up front license fee)、版税(royalty)。其它收费项目还有不少，比如软件工具、技术支持等等，但主要就是这两个，分别占ARM总收入的大约33％、50％。前期授权费一般少则100万美元，多则1000万美元(也可能更少或者更多)，一次性付清。具体多少取决于所购授权技术的复杂程度，比如古老的ARM11就比最新的Cortex-A57便宜很多。版税则是每卖出一颗芯片交一点，通常是售价的1-2％。如果芯片是卖给其它企业或者消费者的，很好计算；如果是内部消化，那就按照应有的市场价来定。这两项费用都是可以谈判商量的，特别是在单一设计中使用多个ARM核心的话还有优惠。另外，要掏钱的只有CPU、GPU，总线、接口什么的免费附送。ARM MaliGPU图形核心的地位远不如其CPU，所以在费用方面也相对便宜一些，它和POP授权的版税都是在CPU的基础上额外征收(也就是累加)。ARM版税收取比例具体如下(每颗芯片售价比例)：[*]ARM7/9/11：1.0-1.5％
[*]Cortex-A系列：1.5-2.0％
[*]ARM v8 Cortex-A系列：2.0％或更高
[*]Mali GPU：另外加0.75-1.25％
[*]POP：另外加0.5％
需要指出的是，POP授权的版税是代工厂支付的，而不是授权客户，并且按照晶圆数量计算，换算到每颗芯片就是大约0.5％。购买ARM授权的谈判一般会持续大概六个月，从买下授权到实际产品出货并赚取手续得3-4年，而根据市场领域的不同，最长出货时间为20年。ARM 320家授权伙伴中，目前有一般正在掏钱，其他的要么在谈判，要么还在开发。每一年，ARM的授权伙伴就会增加30-40家。你应该也能想到了，不是每个买了授权的公司都能顺利“下蛋”，约有20％的要么被收购，要么设计失败，这时候ARM自然就收不到版税了。尽管生态系统庞大，ARM的总收入依然处于很低的档次，2012年才不过9.131亿美元。作为对比，Intel同期收入533.41亿美元，净利润110.05亿美元，今年第一季度就收入125.8亿美元、净利润20.45亿美元。一个季度的利润就比你两年的收入还多。细谈授权类型虽然之前说了三种ARM授权方式，但那是根据技术划分的高级别类型，按照授权对象、用途来说有很多种方式。学术授权：事实上是免费的，当然只面向高校、科研机构。DesignStart(设计入门)：方便半导体企业低成本、低风险、快速了解ARM IP，非常便宜。基于以上两项授权设计出来的芯片不能销售，只能用于内部研究。单用途授权：如果你只想在某一个特定领域使用ARM技术，可以选择这类。Cortex-A系列的单用途授权费前期约为100万美元，每颗芯片版税约2％。这种授权非常适合创业公司，或者目标明确的特定设计项目。多用途授权：适合大型企业，可用于多种产品。授权费当然要贵一些，但是在一定时间内(比如说3年)，你买来的授权技术可以尽可能地设计更多芯片，可以随便用在任何产品中，但是期限过后，你就不能再做新的设计了，必须续费。终身多用途授权：买了这种就可以一直用下去，不过说是终身，其实一般也就10-20年，工业领域比消费领域更长一些。订购授权：大企业可以据此购买ARM一整套产品的技术，而且可以延续很多年，内部就可以毫无顾忌地大胆研发。当然这种授权也是代价不菲，往往需要几千万美元。架构授权：这个不重复了。高通、苹果、Marvell是典型代表，总共不过15家而已。此外，ARM每研发新一代处理器IP，都会挑选最多三家伙伴与其密切合作，以确保研发顺利，并且能在第一时间得到应用。这些被选中的幸运公司能比其它授权者更早地了解ARM的新设计，因此可以在新产品研发上占据领先地位，不过他们也要帮助ARM进行调试、测试，甚至直接向ARM提供反馈。ARM的市场份额2012年，ARM授权处理器全球总出货量高达87亿颗。这么多芯片都用在了哪里？对于普通消费者来说，智能手机和平板机里是最显眼的，ARM在这里的份额也的确非常高，超过了90％，但事实上，更大批量的ARM处理器来自企业、数字家庭、工业嵌入式等领域。而且需要注意的是，ARM处理器架构众多，适用范围也很广，往往一台设备里有不止一颗ARM芯片，比如智能手机中除了应用处理器，还有基带等。具体如下表(横向指标分别为2012年设备出货量、平均每台设备的芯片数量、总的芯片数量、ARM芯片数量、ARM份额)： 智能手机去年出货7.3亿部，吸收了22亿颗ARM芯片，单一分类中是最多的。非智能的功能手机也很猛，4.6亿部设备11亿颗芯片，ARM的份额也高达95％。其它ARM芯片分布和份额：低端语音设备7亿颗95％、便携式多媒体播放器2.2亿颗90％、移动计算设备(平板机/上网本/笔记本)1.6亿颗40％、数码相机1.8亿颗80％、数字电视和机顶盒2.9亿颗45％、网络设备4.2亿颗35％、打印机8500万块70％、硬盘和固态硬盘6.2亿颗90％、汽车2.1亿颗8％、智能卡7.1亿颗13％、微控制器15亿颗18％、其它3亿颗15％。总体而言，ARM的份额为32％，而在过去几年中每年都会提高3-4个百分点，2007年的时候还只有17％。 ARM认为，智能手机、移动计算、数字电视和机顶盒、网络、微控制器是其未来发展的重点领域，年复合增长率最高可达25％，2017年的时候将分别增长到68亿颗、8.5亿颗、20亿颗、17亿颗、114亿颗。而功能手机将在四年后基本消失，而在台式机、服务器领域，ARM将从无到有，五年后达到2亿颗。
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