Intel vs. ARM

2012/1/07 經濟學人一篇「Space Invaders」,我認為是值得一讀的報導。

文中詳述Intel 與 ARM近來分別在smartphone、tablet以及server市場上的對決。

首先我們來看看雙方的營業狀況:

(圖片引自:The Economist)

很明顯,ARM無論在營業額或獲利上,不過是Intel的零頭。

這邊我要說說Intel和ARM的經營模式根本不同:

Intel大家都知道他是個賣晶片的公司,主要收入也是以賣晶片為主(當然也有授權收費項目,但對於它整體收入而言無足輕重),而其主要競爭優勢除了在晶片設計本身上,製程的進步所帶來的cost down以及單一晶片運算力的推升,是它獲利的根基。

ARM則是極為單純地將自身設計出來的電路、IP授權其他廠商使用,例如Samsung、Qualcomm、nVidia甚至Intel。依經濟學人報導,除了授權費用(license fee)之外,尚有每晶片1~2%的權利金(royalty)。以我本身從事IP授權這一行的經驗,1%~2%算是相當高的價格。

此外在smartphone與tablet這類熱門產品(9成以上使用ARM方案),license fee可以提高是無庸待言,權利金更是可以再拉高8~11倍,亦即最高可達22%!以晶片製造銷售大約50%左右的毛利率來看,等於Samsung之類的生產者要先貢獻出將近一半的毛利給ARM。

ARM是真真正正的腦袋財、無煙囪工業。可惜台灣在這一塊始終表現得差強人意。

ARM走的是RISC架構,打從一開始就以節能為其主要目標。相對地,Intel 採用x86架構,長久以來經營方針也一直以催高運算力為首要目標,近年才把低耗能也納入考量。

會有這樣的差異很自然,因為ARM一開始就以嵌入式裝置為其主要目標市場,而這類裝置多半以電池供電,強調的非強大、通用的運算力,而是省電、單一目標任務的穩定運算。Intel從desktop出發,在GUI與各式PC game推出後,運算力的提升是比節能還要重要的考量(這發展後來也普及了GPU來彌補CPU本身之不足)。

在過去二者是井水不犯河水,但隨著可攜裝置的增加,Intel架構過渡耗能造成電池使用時間短、散熱不易的缺點慢慢浮現,而ARM同時期內晶片運算力慢慢提升,反是倒吃甘蔗,漸入佳境,近來甚至欲進入server市場。隨著雲端運算服務的興起,資料中心越蓋越大,耗能量也隨之成長顯然無可避免。

以Google為例,據某些分析師推估,Google全球80萬台伺服器,一年光電費支出可能高達數千萬美元。依據該報導採用ARM方案Moonshot架構宣稱可以只用1/10的電力,達到一樣的運算力,換言之Google若能順利移轉,則一年節省下來的電費就非常可觀。當然,現有x86架構下的系統、軟體等要順利移轉到ARM架構上,成本肯定不低,這部分ARM還有一段很長的路要走。

這邊我想談的是:從經濟學成本的觀念,怎樣看Intel與ARM未來的商業行為?

前面簡單敘述過雙方的商業模式,從經濟學角度上來看,雙方的商業模式也決定了雙方所面對的成本侷限條件。

經濟學中的成本都是機會成本,已經發生的不是成本。為了開公司而購買的機器、廠房、土地,如果都是一筆現金交易買下的,那這些就不算成本。成本永遠是指未來的,且某個角度看,成本是全部的收入。

ARM走的單純IP授權,說穿了不過是「license fees + running royalty」,與下游廠商合起來看,是一種很接近分成契約的結構。

我打算分成兩部分來看Intel 與 ARM的不同:

投資前:
Intel部分 — Intel在進入一個產品市場前,面對的是極大的「直接成本」投資。既有的廠房、土地這些已經投資的是要排除的,因為這些不是成本。Intel所面對的直接成本是:調整生產線、開發新產品、調度人員、放棄舊產品收入…等。此外既有的上頭成本肯定也是不低的。

ARM部分 — 相較於有生產單位的Intel,ARM要面對的直接成本多半只是人員調度,甚至毋須面對放棄既有產品收入這項成本(因為既有產品不過是IP license,資源的調度不影響既有license的收入)。"

因為Intel比ARM要進入新產品市場前有更高的直接成本,故Intel對於是否要進入某市場會比ARM更謹慎小心;對於變動過快的市場(常見於客製化的嵌入式SoC市場)Intel會傾向不參與,因為事前來看Intel的位置獲利機會相對較低。

這也表示Intel會傾向走標準化、大量生產的產品,特別因為其本身在製程上長期的領先,製造晶片的規模經濟比起對手更容易顯現。這部分也解釋了為什麼Intel屢屢要跳出來制訂標準。

反觀ARM,因為人腦是最彈性的生產工具,在轉進新領域的成本遠低於Intel的前提下,ARM要走客製化服務也會較Intel來得更容易,亦即「更靈活有彈性」。因此ARM應該較傾向針對不同需求設計不同晶片核心來配合客戶需求,這點卻也恰恰符合RISC晶片與現今mobile devices的特性。

投資後:

一旦下了注,Intel的退出成本會很高!

如前面說過,ARM沒有「放棄既有產品收入」之問題,但Intel有,且轉換生產線成本也是Intel有而ARM無的。因此除非Intel舊產品收入降低到無法cover 直接成本,同時新產品潛在獲利也高過現有收入,否則Intel會傾向繼續在舊產品上發展。從Intel WiDi與更早的Itanium晶片來看,Intel的確有這樣的行為模式。

反過來因為分成合約結構的設計,ARM這部分的成本通通在客戶身上,ARM其實沒有多少上頭成本(overhead cost),面對的幾乎都是直接成本(Intel則是近乎完全相反,面對一堆上頭成本,直接成本相對比例上小很多),讓ARM的退出成本降得很低。而從ARM的客戶端來說,其實退出成本也是很低的–已經支付的license fee不是成本,未來要支付的running royalty卻受晶片產量決定,若該技術不受市場青睞,則大可減少晶片生產,進而減少running royalty的支出,上頭成本因分成合約設計帶有轉變為直接成本的特性。

這樣的合約結構好處是ARM與其客戶都處在一個更機動、靈活的位置,面對後Wintel世代多變的電子產品環境,應該有很好的適應力,但壞處也在於因為退出成本較低,ARM體系出現樹倒猢猻散的機率也較高。

另外一個值得思考的點是:Intel藉由實體產品,很容易將patents與trade secrets內含在實體晶片上保護,但ARM卻是完全得靠健全的司法制度才能保護其產權得當。可預期的未來,隨著ARM資本的累積,在patent與trade secret這一塊ARM可能會採取比Intel更積極的訴訟態度。

以上是我針對該篇報導的一些隨想。

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Intel vs. ARM 有 “ 8 則迴響 ”

  1. 1.這幾年來x86架構已經在一些產品上展現了極佳的功耗表現, 如上半年所推出的32nm手機用Z25X0系列(Clover Trail +), 年底推出的22nm平板用Z37X0系列(Bay Trail)更是有極佳的功耗效能比,ARM在這方面的優勢已經不再.
    2. ARM架構本來追求的是低功耗, 效能表現不是重點, 現在各家廠商所做的只是盡量拉高時脈, 無法對架構大改, 這跟當年intel在P4時代所面對的是相同的狀況, 結局終究會造成耗電及溫度的無法控制. 大陸有網友對Snapdragon S4 S600, S800, nvidia Tegra 4, MTK MT6589, Intel Z2580做滿載下穩定性測試, ARM陣營除了MT6589因為低功耗低效能在溫度上ˋ沒有失控外, 其他全部都很慘, 反觀Z2580則可以維持相對低很多的溫度.
    3. 不要再有x86是CISC架構的錯覺了, 正確來說, 現在不管是AMD或是Intel的x86架構都是CISC皮, RISC骨, 雖然對PG來說, 指令還是很複雜, 但是內部指令decode時會把複雜指令decode成精簡指令.
    4. ARM陣營在手機上明年第一季會直接面對intel 22nm手機版ATOM的競爭, 從目前Bay Trail的表現來看, 功耗效能上會十分令人期待. 年底更會面對14nm 下代架構的競爭, 如果各家代工廠商無法在那時準備好14/16nm FinFET製程, ARM陣營在先天架構不利高效能表現+製程輸一個世代的情況下會很難跟intel競爭.

  2. 請教KerKer,
    iOS平台裝置由ARM向Intel x86架構的轉移,較可能在什麼時間點突然爆發?

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