起底ARM:中国半导体市场迫切需要芯片设计IP

发布时间：2020-09-29 发布者：亚时财经

ARM并购案对于中国乃至全球半导体产业的扰动仍在发酵。

对于是否应放行这场世纪交易，中国产经业界存在不同声音。根据媒体报道，9月27日，在“第四届信息安全产业发展论坛”上，中国工程院院士倪光南在谈及英伟达对ARM的并购时表示，“我相信我们商务部可能会否了这个并购”。

理解这场交易的意义，需要先从认知ARM公司开始——持此初衷，本篇报告将对ARM进行深度起底：

ARM通过精简指令集的成功撼动了英特尔的霸主地位，后发制人成为移动互联网的最大赢家，并极有可能继续主导物联网时代，其股权也成为科技大国争夺的焦点。

更为值得警醒的是，IP核（Intellectual Property core，知识产权核）作为芯片领域卡脖子环节，我们还基本处于空白，行业和市场更对IP的重视程度，远远不够。

ARM的全球风云

英国ARM公司，全称Advanced RISC Machines，中文翻译成安谋，是一家蜚声全球的半导体IP提供商。

就中国公众而言，对于ARM公司的了解，可能不是因为晦涩坚深的芯片技术，而是由于各种“花边新闻”。从2016年至今，ARM登上全球科技头条的新闻就多达3个：

2016年7月，趁着英国闹退欧的时间窗口，日本软银集团提出以243亿英镑（320亿美元）现金收购ARM公司。收购完成后ARM退市，这笔交易也被认为是孙正义大手笔押注物联网的代表作。

2019年，ARM再次登上头条是因为紧张的贸易关系与华为。2019年5月，美国商务部工业和安全局把华为列入出口管制实体清单，紧接着ARM确认将中止与华为的业务合作。

如果华为不能使用ARM的芯片设计IP，那海思将就地休克，好在华为当时拥有最新的ARMv8的架构层级永久授权，可以保证华为在此基础上研发新产品，短期的影响有限。

2020年9月，半导体AI第一股英伟达(NASDAQ:NVDA)宣布计划以400亿美元从日本软银集团手中收购ARM的全部股权。业界的解读为软银将获得急缺的现金，而英伟达将凭借ARM的技术补强CPU的短板，从此在物联网时代一骑绝尘；而以中国为代表的市场则可能遭遇被垄断的命运。

站在人类科技树顶端的ARM，最早由苹果、诺基亚、Acorn、VLSI、Technology等公司合资创立，后来由于苹果手机芯片使用ARM架构，而逐渐走向主流市场。

ARM成功地在移动互联网时代战胜不可一世的英特尔，完全垄断了移动终端的芯片设计架构。

因此，ARM自然成为全球主要科技国家的关注焦点，每次围绕ARM的股权纷争都成为行业举足轻重的事情，角逐方包括英国、美国、日本、中国和欧洲。

ARM的商业模式

起底ARM，必须要首先理解它的商业模式。

一句话来说，ARM做的是芯片设计领域的IP授权，可以简单理解成靠卖知识产权为生。但为了深刻理解为什么ARM能站在芯片行业之巅，我们绕不开对技术的讨论。

一切从处理器出发。

处理器作为一个设备的大脑，赋予设备智能；我们深入处理器的内部，一般包括内核、调试系统、外设、存储器等部件，而其中内核是处理器中最重要的部分。

进一步拆解，内核是由指令集与微架构构成的；指令集是所有指令的集合，而指令规定了处理器可以执行的操作，作为软硬件的接口，指令集与上层操作系统、应用程序等紧密联系；微架构是用于完成指令操作的硬件电路设计，使得处理器在收到指令后可以尽可能高效地完成运算。

处理器的结构示意图

而ARM做的就是卖IP核的生意，即指令集+微架构。

通过以上的介绍，我们知道IP核是芯片中最难的部分，只不过大家比较熟悉的英特尔卖的是整个芯片，而ARM只卖其中的核，还是以授权方式进行的，是一种更加灵活、轻资产的模式。

由于ARM 的IP核是基于精简指令集（RISC），相对于英特尔X86 的复杂指令集（CISC），RISC可以让整个处理器更为简化，适合功耗小、成本敏感、任务相对固定的应用场景中。

而这正好是智能手机为代表的移动终端的痛点，因此ARM把握住机会成为移动互联网最成功的半导体公司，而英特尔(NASDAQ:INTC)则遭遇的“失去的十年”。

提到ARM，绕不开的是其“技术+生态”的巨大优势。由于指令集的设计十分复杂，再叠加架构设计这种高精尖环节，导致ARM始终保持对竞争对手的代际领先；而技术之外，ARM另一个优势在于其从芯片设计、制造到销售提供各类支持，以创新实力+深度合作打造客户粘性。

ARM的厉害之处，除了技术绝对的领先和巨大的生态粘性外，锦缎研究员认为其商业模式的创新，更是值得关注的重点。这种只授权没有实物商品的商业模式，对知识产权仍处于起步阶段的中国公司来说，显得稀奇又难以理解。

ARM公司本身不制造、不销售任何实物芯片，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，然后通过授权这些IP获取收入。

收取的费用又包括两部分：针对IP授权的前期授权费，和根据每颗芯片售价按比例抽取版税(royalty)。又通过三种不同层级权限的授权模式，和客户进行合作。

ARM独创的商业模式

而这种神奇商业模式的诞生，背后有着深刻行业发展规律：

随着智能终端产品越来越复杂多样，芯片设计难度快速提升，设计成本指数级上升，为降低设计风险和成本，芯片设计公司越来越多地寻求使用经过验证的IP，因此芯片设计产业拆分出芯片IP产业。

这个就非常像芯片制造领域，以前都是垂直一体化的IDM模式，后来台积电创立只做芯片代工部分的商业模式。所以我们可以认为ARM就是“软版”的台积电。

ARM的过去

ARM公司的前身成立于1978年，算是第一批成立的半导体公司；但公司成为今日的雏形，则是需要追溯到1990年ARM控股的成立，当时最为重要的股东就是苹果，可谓含着金钥匙出身。

1993年-2008年，为公司飞速成长的15年，在低功耗嵌入式处理器市场快所向披靡。

最被大家津津乐道的就是ARM成为移动互联网时代的芯片IP霸主。在OS+CPU体系中，ARM+Android体系战胜了PC时代Windows+Intel体系。

ARM 架构依靠苹果和三星打开市场后，逐渐形成壁垒，由于对开发者持开放态度，而非英特尔的封闭态度，因此几乎垄断了移动端芯片市场。毫不夸张的讲，我们使用的每一台智能手机的智能都是ARM赋予的。

ARM历史大事件

不用列举眼花缭乱的财务数据，我们可以用一张图来说明ARM的厉害，根据ARM自己公布的其IP授权相关的芯片出货数据，截止到2019年，基于ARM授权的芯片出货量超过1660亿颗，占全球整个芯片市场出货量的市场份额高达34%。

ARM的市场份额

ARM的未来

自然，大家容易想到的一个问题是，随着智能手机每年出货量达到14亿部的瓶颈，ARM的增长是不是就到头了？其实不然。

正如前文所说，ARM是精简类类指令集（且指令集内容在持续升级更新），因此其天然适用于海量物联网设备，手机只是其中的一种。这也是为什么AI第一股英伟达管理层对收购ARM表现得如此激动的本质原因。

ARM的广阔舞台，我们可以从服务器芯片这个市场来见微知著：当前全球服务器年出货量超过1100万台，但服务器芯片基本被X86垄断，凭借接近100%的垄断，服务器成为英特尔的提款机，英特尔每年有接近50%的利润来自服务器。

我们看到大家都在试图挑战英特尔的垄断地位：

华为在2019年1月发布首款基于ARM架构的服务器芯片—鲲鹏920；苹果近期发布基于ARM架构开发Mac芯片；

目前 ARM 已经明确了其针对数据中心的 Neoverse 架构迭代升级策略，每一代性能提升都在 30%以上，远远超过 X86 架构 CPU 每一代性能提升的幅度，未来ARM 在性能上与X86 之间的差距将不断缩小。

服务器仅仅是开胃菜。根据ARM自己的判断，其未来面对的市场包括移动终端、ICT基础设施、汽车、嵌入式等场景。

ARM 整体可参与的市场，预计到2029年，将达到2320亿美元，而目前收入不到20亿美元的ARM，离天花板还有着无尽的空间。

而这显然不是痴人说梦，ARM 的精简指令集功耗较小、价格便宜、并发处理效率高、升级速度快，出身就带着物联网基因，以目前在 5G 网络基础设施市场为例，ARM的市占率已经达到28%。

ARM未来的成长空间

IP是绝对的卡脖子环节

现在全球科技战背景下，大家所有的关注点都在半导体的制造和设备领域，如台积电不能给华为海思生产。

但实际上，芯片设计制造一体两面中的软件部分，国内依然是接近空白，这个领域主要是指底层架构的IP和芯片设计领域的必须用到的EDA软件，尤其随着美国英伟达收购ARM后，这个环节被卡脖子的可能性将明显上升。

我们知道，目前市场主流的指令集是以 x86 为代表的复杂指令集（CISC）和以 ARM 为代表的简单指令集（RISC），基本处于完全的垄断的卖方市场，国内 CPU企业大多选择购买国外的架构授权，来设计芯片，哪怕最为领先的华为海思也是如此。

随着国内芯片行业投资热潮迸发，芯片设计公司大量成立，到2019年国内初创芯片设计公司数量多达1780家，是2015年的两倍，若核心IP的缺失，将会导致这些企业轻则最终只能为别人做嫁衣，重则随时被人断供。

考虑到我国绝大部分芯片都建立在国外公司IP或架构授权的基础上，推进IP 和芯片底层架构国产化是市场的选择也是国家战略的需求。

国内初创芯片设计公司数量

中国企业的破局方向

方向1：重视并学习ARM的成功经验

我们看到，国内大部分芯片设计公司，都是哪个下游应用领域比较热就去涌向哪个市场，而不愿意去碰难啃的底层核心东西。

以芯片领域目前不被大家重视的IP核行业为例，我们通过复盘ARM的成长历程，知道ARM就是因为一门心思做精简指令集，打破了英特尔复杂指令集的一家独大，而不是去避重就轻选择某个细分的芯片设计赛道。

回到国内，诸如华为海思、中芯国际(HK:00981)、中微公司(SH:688012)这样啃硬骨头的企业太少，市场也因为稀缺给予这些标的（华为海思未上市）贵到离谱的估值。

随着芯片投资热潮的冷却，那些只讲故事的公司将失去支撑。未来更值得期待的是类似ARM这种做底层突破的企业，不过可能的投资机会将集中在一级市场。

当然，由于指令集具有类似于操作系统一样的自然垄断性，想直接挑战ARM的地位几无可能，就像强如ARM，在发展的前30年，也根本无法撼动英特尔在服务器市场的地位。

但随着物联网时代的到来，指令集的需求将更趋于碎片化，因此IP核行业的集中度应该会更加分散，这反倒给了国内企业的创业机会。目前国内仅有一家科创板上市公司芯原股份(SH:688521)从事IP授权相关业务，能否成功突围还需跟踪观察。

方向2：如何差异化竞争

正如前文所述，ARM凭借技术代际领先，指令集的天然生态，加之未来可能携手英伟达之后的强强联手，国内初创公司在智能手机、服务器IP核上实现替代基本没有可能。

但随着物联网时代的芯片需求碎片化以及芯片设计环节分工深化，国内企业能做的仍然是差异化竞争。

差异化竞争体现在两个市场：在处理器芯片中，IP应用数量越来越多。以手机为例，现在的SoC都是基于多种不同IP组合进行设计的，随着先进制程的演进，单颗SOC芯片上可集成的IP数量也大幅增加。其他碎片化场景中，IP将不断涌现。IP从芯片设计环节分离的趋势仍在持续推进，未来存储、GPU、模拟类IP需求也将逐渐体现出来。

从数据上直观感受，根据IBS统计，芯片IP市场将从2018年的46亿美元增长至2027年的101亿美元，其中处理器IP市场仍为最大单一市场，预计在2027年达到63亿美元；但其他细分市场也不容小觑，预计到2027年，数模混合IP市场预计达到13亿美元，射频IP市场预达到11亿美元。