ARM介紹2：授權(quán)模式

上篇文章《ARM介紹1：發(fā)展史》中詳細(xì)介紹了ARM是如何從一個只有12名員工的小作坊，發(fā)展到如今科技界“教父”。那么屹立于科技浪潮之巔的ARM，是如何在殘酷的競爭中發(fā)展壯大的呢？本文將詳細(xì)介紹ARM的生存之道。

生存之道：從授權(quán)開始

在傳統(tǒng)PC領(lǐng)域，半導(dǎo)體廠商一般有兩種路子可選。首先是Intel那樣的，從頭到尾自己大包大攬，架構(gòu)和芯片的設(shè)計、生產(chǎn)一律不依靠任何人。其實，Intel早期也對外提供過x86指令集的授權(quán)，但很快就收了回來。

這樣做是需要極其雄厚、全方位的實力做保障的，得有錢、有人、有技術(shù)，特別是在半導(dǎo)體技術(shù)日益復(fù)雜的今天，能這么做的屈指可數(shù)。

好處當(dāng)然也是很明顯的，不但能完全自己把握自己的命脈，利潤也是極其可觀，Intel幾乎任何產(chǎn)品都可以享受非常高的利潤，想賣多少錢就可以賣多少錢。

但是在移動領(lǐng)域內(nèi)，這種“黑心”模式就行不通了，因為處理器在PC系統(tǒng)中的成本占比非常高，但是智能手機、平板機里往往不到10％，甚至不足5％，你再費勁也掙不到多少利潤。這同樣是Intel在移動領(lǐng)域推廣困難的關(guān)鍵原因之一。

　　另外一種是無工廠模式(Fabless)。NVIDIA就是這樣，AMD實在耗不過Intel就也變成了這樣。這類企業(yè)只是自己設(shè)計芯片，制造則交給代工廠，比如臺積電、聯(lián)電、GlobalFoundries、三星電子。

好處很明顯了，負(fù)擔(dān)很輕，自己只管設(shè)計就行了，不用耗費巨資去興建晶圓廠、開發(fā)新工藝，但壞處同樣很突出：你設(shè)計出來了，能否造出來、即便造出來又是個什么樣子你就無法做主了，得看代工伙伴的能耐。

這方面的教訓(xùn)當(dāng)然很多：臺積電40/28nm兩代工藝最初都很不成熟，產(chǎn)能也是遲遲上不來，讓整個行業(yè)為之拖累；GlobalFoundries 32nm工藝沒有達到AMD的預(yù)期水平，第一代FX/APU處理器的頻率和電壓就跟設(shè)計得差很多，28nm工藝吹了那么久直到現(xiàn)在才剛剛上路，迫使AMD一度放棄了整整一代的低功耗APU，不得不重新設(shè)計再去找臺積電。

　　ARM就跟他們完全不一樣了。它不制造、不銷售任何芯片，只是自己設(shè)計IP，包括指令集架構(gòu)、微處理器、圖形核心、互連架構(gòu)，然后誰喜歡就把授權(quán)賣給誰。客戶拿著ARM的IP可以自己想怎么干就怎么干。

ARM的經(jīng)營之道其實非常簡單，以三種不同的模式對外提供授權(quán)。

處理器授權(quán)

ARM設(shè)計好一顆CPU或者GPU，然后授權(quán)賣給伙伴。買下它們后，你只能照著圖紙實現(xiàn)，能發(fā)揮的地方不多，但是如何實現(xiàn)你就隨便了，比如配置哪些模塊、幾個核心、多少緩存、多高頻率、什么工藝、誰來代工等等。

ARM也會給你提供指導(dǎo)輔助，但如何將方案變成芯片、設(shè)定在什么規(guī)格，就看你的了。

處理器優(yōu)化包/物理IP包授權(quán)(POP)：

　　如果你想做ARM處理器，但無奈實力有限，那怎么辦呢？ARM很貼心地準(zhǔn)備了一系列的優(yōu)化處理器設(shè)計方案，你可以根據(jù)自己的需要，挑選合適的直接拿過去用。

這樣你可以快速搞出產(chǎn)品，代價也很低，當(dāng)然能自由發(fā)揮的空間就小了，處理器類型、代工廠、工藝都是規(guī)定好的，比如Cortex-A12處理器，就要求你在臺積電使用28nmHPM工藝生產(chǎn)，或者在GlobalFoundries使用28-SLP工藝。

架構(gòu)/指令集授權(quán)

如果你實力雄厚，可以僅購買ARM的架構(gòu)/指令集(ARMv7、ARMv8)，然后自己研究設(shè)計芯片，高通Krait、蘋果Swift就是典型代表。

這些自行設(shè)計的處理器和ARM的是指令集兼容的，但并沒有直接可比性，比如你不能說Krait 400、Cortex-A15誰更好更壞，它們是同一級別的不同實現(xiàn)方案而已。

ARM目前在全球擁有大約1000個授權(quán)合作、320家伙伴，但是敢于購買架構(gòu)授權(quán)的，不過區(qū)區(qū)15家。

正是靠著如此眾多授權(quán)伙伴的支持，ARM處理器才獲得了25億顆的季度出貨量，歷史總量已經(jīng)達到500億顆。

　　Intel、AMD、NVIDIA最終都是通過賣芯片賺錢，ARM的收入則完全來自于IP授權(quán)，能賺多少完全取決于授權(quán)人、伙伴、客戶能實際造出來芯片，并且賣出去。

作為ARM的授權(quán)人，有兩部分錢是必須交的：前期授權(quán)費(up front license fee)、版稅(royalty)。其它收費項目還有不少，比如軟件工具、技術(shù)支持等等，但主要就是這兩個，分別占ARM總收入的大約33％、50％。

前期授權(quán)費一般少則100萬美元，多則1000萬美元(也可能更少或者更多)，一次性付清。具體多少取決于所購授權(quán)技術(shù)的復(fù)雜程度，比如古老的ARM11就比最新的Cortex-A57便宜很多。

版稅則是每賣出一顆芯片交一點，通常是售價的1-2％。如果芯片是賣給其它企業(yè)或者消費者的，很好計算；如果是內(nèi)部消化，那就按照應(yīng)有的市場價來定。

這兩項費用都是可以談判商量的，特別是在單一設(shè)計中使用多個ARM核心的話還有優(yōu)惠。

另外，要掏錢的只有CPU、GPU，總線、接口什么的免費附送。ARM MaliGPU圖形核心的地位遠(yuǎn)不如其CPU，所以在費用方面也相對便宜一些，它和POP授權(quán)的版稅都是在CPU的基礎(chǔ)上額外征收(也就是累加)。

ARM版稅收取比例具體如下(每顆芯片售價比例)：

• 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授權(quán)的版稅是代工廠支付的，而不是授權(quán)客戶，并且按照晶圓數(shù)量計算，換算到每顆芯片就是大約0.5％。

購買ARM授權(quán)的談判一般會持續(xù)大概六個月，從買下授權(quán)到實際產(chǎn)品出貨并賺取手續(xù)得3-4年，而根據(jù)市場領(lǐng)域的不同，最長出貨時間為20年。

ARM 320家授權(quán)伙伴中，目前有一般正在掏錢，其他的要么在談判，要么還在開發(fā)。每一年，ARM的授權(quán)伙伴就會增加30-40家。

你應(yīng)該也能想到了，不是每個買了授權(quán)的公司都能順利“下蛋”，約有20％的要么被收購，要么設(shè)計失敗，這時候ARM自然就收不到版稅了。

盡管生態(tài)系統(tǒng)龐大，ARM的總收入依然處于很低的檔次，2012年才不過9.131億美元。作為對比，Intel同期收入533.41億美元，凈利潤110.05億美元，今年第一季度就收入125.8億美元、凈利潤20.45億美元。一個季度的利潤就比你兩年的收入還多。

細(xì)談授權(quán)類型

雖然之前說了三種ARM授權(quán)方式，但那是根據(jù)技術(shù)劃分的高級別類型，按照授權(quán)對象、用途來說有很多種方式。

學(xué)術(shù)授權(quán)：事實上是免費的，當(dāng)然只面向高校、科研機構(gòu)。

DesignStart(設(shè)計入門)：方便半導(dǎo)體企業(yè)低成本、低風(fēng)險、快速了解ARM IP，非常便宜�；�于以上兩項授權(quán)設(shè)計出來的芯片不能銷售，只能用于內(nèi)部研究。

單用途授權(quán)：如果你只想在某一個特定領(lǐng)域使用ARM技術(shù)，可以選擇這類。Cortex-A系列的單用途授權(quán)費前期約為100萬美元，每顆芯片版稅約2％。這種授權(quán)非常適合創(chuàng)業(yè)公司，或者目標(biāo)明確的特定設(shè)計項目。

多用途授權(quán)：適合大型企業(yè)，可用于多種產(chǎn)品。授權(quán)費當(dāng)然要貴一些，但是在一定時間內(nèi)(比如說3年)，你買來的授權(quán)技術(shù)可以盡可能地設(shè)計更多芯片，可以隨便用在任何產(chǎn)品中，但是期限過后，你就不能再做新的設(shè)計了，必須續(xù)費。

終身多用途授權(quán)：買了這種就可以一直用下去，不過說是終身，其實一般也就10-20年，工業(yè)領(lǐng)域比消費領(lǐng)域更長一些。

訂購授權(quán)：大企業(yè)可以據(jù)此購買ARM一整套產(chǎn)品的技術(shù)，而且可以延續(xù)很多年，內(nèi)部就可以毫無顧忌地大膽研發(fā)。當(dāng)然這種授權(quán)也是代價不菲，往往需要幾千萬美元。

架構(gòu)授權(quán)：這個不重復(fù)了。高通、蘋果、Marvell是典型代表，總共不過15家而已。

此外，ARM每研發(fā)新一代處理器IP，都會挑選最多三家伙伴與其密切合作，以確保研發(fā)順利，并且能在第一時間得到應(yīng)用。

這些被選中的幸運公司能比其它授權(quán)者更早地了解ARM的新設(shè)計，因此可以在新產(chǎn)品研發(fā)上占據(jù)領(lǐng)先地位，不過他們也要幫助ARM進行調(diào)試、測試，甚至直接向ARM提供反饋。

ARM的市場份額

2012年，ARM授權(quán)處理器全球總出貨量高達87億顆。這么多芯片都用在了哪里？對于普通消費者來說，智能手機和平板機里是最顯眼的，ARM在這里的份額也的確非常高，超過了90％，但事實上，更大批量的ARM處理器來自企業(yè)、數(shù)字家庭、工業(yè)嵌入式等領(lǐng)域。

而且需要注意的是，ARM處理器架構(gòu)眾多，適用范圍也很廣，往往一臺設(shè)備里有不止一顆ARM芯片，比如智能手機中除了應(yīng)用處理器，還有基帶等。

具體如下表(橫向指標(biāo)分別為2012年設(shè)備出貨量、平均每臺設(shè)備的芯片數(shù)量、總的芯片數(shù)量、ARM芯片數(shù)量、ARM份額)：

　　智能手機去年出貨7.3億部，吸收了22億顆ARM芯片，單一分類中是最多的。非智能的功能手機也很猛，4.6億部設(shè)備11億顆芯片，ARM的份額也高達95％。

其它ARM芯片分布和份額：低端語音設(shè)備7億顆95％、便攜式多媒體播放器2.2億顆90％、移動計算設(shè)備(平板機/上網(wǎng)本/筆記本)1.6億顆40％、數(shù)碼相機1.8億顆80％、數(shù)字電視和機頂盒2.9億顆45％、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備4.2億顆35％、打印機8500萬塊70％、硬盤和固態(tài)硬盤6.2億顆90％、汽車2.1億顆8％、智能卡7.1億顆13％、微控制器15億顆18％、其它3億顆15％。

總體而言，ARM的份額為32％，而在過去幾年中每年都會提高3-4個百分點，2007年的時候還只有17％。

　　ARM認(rèn)為，智能手機、移動計算、數(shù)字電視和機頂盒、網(wǎng)絡(luò)、微控制器是其未來發(fā)展的重點領(lǐng)域，年復(fù)合增長率最高可達25％，2017年的時候?qū)⒎謩e增長到68億顆、8.5億顆、20億顆、17億顆、114億顆。而功能手機將在四年后基本消失，而在臺式機、服務(wù)器領(lǐng)域，ARM將從無到有，五年后達到2億顆。