芯片，國之命脈。

這一枚小小的方塊，竟卡住了我國無數(shù)尖端行業(yè)的咽喉，成了科技巨頭們的阿喀琉斯之踵。

2021年，重磅推出《芯征程》系列產(chǎn)業(yè)觀察。本系列將對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上下游進行一次全方位的深度研究，包括不斷突破摩爾定律極限的制造巨頭、設(shè)備供應(yīng)商、材料供應(yīng)商、以及芯片設(shè)計企業(yè)。希望我們的內(nèi)容能夠為飽受“缺芯”困擾的中國產(chǎn)業(yè)界提供一些借鑒與參考。

這是《芯征程》系列的第二篇，Enjoy。

有這么一家公司，在過去短短5年間，其股價實現(xiàn)了20倍的爆炸式增長，它的營收在近兩年才剛剛突破百億美元，可市值卻一路沖到了3500億美元以上，一夜間竟成了全球市值最高的芯片設(shè)計企業(yè)、世界第三大半導(dǎo)體公司（前兩名為臺積電和三星）。

它就是英偉達（Nvidia），人工智能最傳奇的市場玩家。

就在今天早上，英偉達剛剛公布了其2021財年（2020年度）財務(wù)數(shù)據(jù)，公司年度營收與凈利潤都創(chuàng)下歷史新高——營收166.75億美元，同比增長53%，凈利潤為43.32億美元，同比增長55%。

截止至發(fā)稿，英偉達總市值依舊保持在3500億美元以上的高位，穩(wěn)坐芯片設(shè)計公司全球市值第一的寶座。

跟這家公司打過交道的人常常會覺得，這是一家年輕、迅捷、依然保有創(chuàng)業(yè)心態(tài)的公司，尚未被“大公司病”所完全腐蝕。

靠著對人工智能技術(shù)的百億美元精準押注，這家不到30歲的年輕企業(yè)，在半導(dǎo)體巨頭林立的硅谷上演了一出“拳打AMD、劍指英特爾”的精彩戲碼，贏得了滿堂喝彩。

然而，隨著谷歌、微軟、亞馬遜、阿里等云服務(wù)廠商相繼下海造芯，英偉達突然面臨著“客戶變對手”的窘境；再加AI芯片創(chuàng)企步步緊逼，加密貨幣市場劇烈震蕩，在光鮮亮麗的市值勝利背后，英偉達迫切需要找到新的增長曲線。

一、“我們離倒閉只有30天”

英偉達在1993年成立之初，瞄準爆發(fā)前夜的顯卡（GPU）細分市場，2002年后靠拳頭產(chǎn)品站穩(wěn)行業(yè)龍頭，2006年提前布局高性能計算業(yè)務(wù)，2012年押注中人工智能浪潮，乘勢爆發(fā)。

表面上，英偉達的成功源自于它準確押中了兩大浪潮：圖形圖像、人工智能。

實際上，英偉達成功的秘訣，在于一個“快”字。

重金研發(fā)，快速迭代，用產(chǎn)品性能說話。這是芯片業(yè)顛不破的真理。

芯片新品的滾動式研發(fā)節(jié)奏非常緊湊，一代都不能延后、一代都不能掉隊，否則，辛苦打下的陣地將會被步步緊逼的對手們輕易占領(lǐng)。

英特爾的“摩爾定律”指出，處理器性能每18-24個月將翻一倍。如今半導(dǎo)體的龍頭玩家，無論是英特爾還是臺積電，都曾靠這一法則從二線陣營迅速崛起，逆襲成為半導(dǎo)體行業(yè)的全球老大。

如果說芯片研發(fā)本已是“困難”模式，那么英偉達則率先將游戲推向了“地獄”級別。

2000年，英偉達創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛宣布了他的的“黃氏定律”，顯卡性能每6個月就將翻一倍。

黃仁勛是業(yè)內(nèi)出了名的工作狂，也是英特爾、AMD等當代芯片龍頭企業(yè)CEO中唯一一位白手起家的創(chuàng)始人。

——“記住，英偉達離倒閉只有30天。”這是黃仁勛時常掛在嘴邊的話。

在這種緊迫感的驅(qū)使下，英偉達每年投入巨量的資金進行研發(fā)投入，在2014~2020年期間，英偉達每年的研發(fā)投入幾乎都超過了營收總額的20%，甚至一度接近30%，遠高于14.5%的行業(yè)前十平均水平（ICinisght 2020年數(shù)據(jù)）。

創(chuàng)業(yè)與守業(yè)的區(qū)別，大抵如此。

迄今為止，在每一代芯片的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點上，英偉達都不曾缺席。

反觀曾經(jīng)的龍頭大哥英特爾，雖然其營收利潤總額依然傲視群雄，可近年來在先進制程領(lǐng)域一再受挫，每年上百億美元的研發(fā)資金砸進去，最終卻又再14nm后添了一個“+”。

二、百億美金大賭局：人工智能

在半導(dǎo)體大佬林立的硅谷，英偉達這家成立尚不足30年的芯片公司，是個實打?qū)嵉摹澳贻p小弟”。

它的創(chuàng)始人黃仁勛有著濃烈而鮮明的個人色彩，永遠穿著一身黑色皮衣，走路風風火火，性格熱情、偏執(zhí)，甚至有些獨斷專行。

正是這種性格，讓黃仁勛能夠力排眾議，在當年公司年度營收僅有30億美元時，每年拿出5億美元作為“賭注”，豪賭一個人工智能的輝煌明天。

這局他賭贏了。

2000年，GPU顯卡市場激烈動蕩，九十年代末70家顯卡公司終極大亂斗的盛況快速收攏，曾經(jīng)的市場王者3Dfx被英偉達并購后取而代之，只剩下ATI與英偉達爭奪市場第一的寶座。

這本應(yīng)是兩大強者生死決戰(zhàn)的關(guān)鍵時刻，可這時，斯坦福大學(xué)里某個名為“Brook”的編程項目吸引了英偉達的注意。

Brook項目由斯坦福大學(xué)里一個年輕的博士在讀生——Ian Buck——創(chuàng)立，他們致力于打造一個新型編程系統(tǒng)，讓GPU可以被用于除了圖形計算外的其他領(lǐng)域。

在此之前，英偉達的顯卡只開放了少數(shù)圖形接口，靈活度很低。但是，由于GPU使用的是并行計算，有多個處理核心，可以同時處理大量數(shù)據(jù)，非常適合高性能計算領(lǐng)域。

與之相對應(yīng)的，CPU（中央處理器）使用的是串行計算，其特點是速度快、靈活性高、但是很難同時處理大量數(shù)據(jù)。

在英偉達的支持下，Brook項目比預(yù)想中開展得更為順利。2004年，英偉達更是主動邀請Ian Buck作為實習生加入英偉達，負責研發(fā)一個新項目——CUDA（Compute Unified Device Architecture）。

通過CUDA平臺，開發(fā)者們可以輕松地將英偉達GPU計算性能使用到任何領(lǐng)域，并且完全不用學(xué)習新語言，因為CUDA從一開始就支持C語言編程。

這個由實習生帶領(lǐng)的小項目也吸引了黃仁勛的注意，2006年，CUDA平臺被作為官方產(chǎn)品正式發(fā)布，2009年，黃仁勛更是在采訪中將CUDA譽為計算機的未來。

事實上，在2006年以后的很長一段時間里，CUDA所帶來的非圖像業(yè)務(wù)對于英偉達的營收貢獻始終微乎其微。

圖像之外的計算需求讓英偉達不得不在芯片中增加邏輯電路，從而導(dǎo)致芯片面積增大、散熱量提高、故障率飆升。僅僅為了解決GPU產(chǎn)品過熱而導(dǎo)致花屏的“顯卡門”事件，就一次性花掉了英偉達2億美元的支出。

可是，黃仁勛看準了高性能計算的市場前景，這是一個處在爆發(fā)前夜的巨大市場——正如1993年英偉達成立之處，尚處沉寂的顯卡市場一樣。

在公司營收還不足30億美元時，英偉達至少每年拿出了5億美元投入CUDA的技術(shù)研發(fā)與生態(tài)扶持。據(jù)黃仁勛回憶，在2006~2016這十年里，英偉達幾乎投入了100億美元。

這些付出都是值得的。

2012年，隨著深度學(xué)習+GPU的組合在ImageNet大賽上一炮打響，人工智能一夜之間火遍全球，全球科技界都將目光轉(zhuǎn)向了這一領(lǐng)域。

而此時人們翻遍市場所有芯片，竟找不到另一個比英偉達GPU更適合的人工智能計算平臺。

于是，英偉達的股價爆發(fā)了。而CUDA，這個曾經(jīng)不被人看好的實習生項目，竟成了這一人工智能帝國的最強根基。

三、向著數(shù)據(jù)中心進發(fā)

根據(jù)中信證券數(shù)據(jù)，過去10年，全球數(shù)據(jù)量CAGR接近50%，過去5年仍保持26%的復(fù)合增速；2020年，全球數(shù)據(jù)量將達到51ZB之巨——并且持續(xù)爆發(fā)增長。

在消費互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等多重需求強勢推動之下，全球數(shù)據(jù)中心需求維持在15%~20%的高速增長，中國市場則更是超過了30%。

隨著個人電腦市場逐漸飽和，爆發(fā)式增長的數(shù)據(jù)中心需求也成為了全球半導(dǎo)體市場的主要增長來源。

早年間，憑借著x86架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心CPU中的壓倒性地位，英特爾幾乎壟斷了數(shù)據(jù)中心CPU市場，市場份額高達90%。

然而，人工智能的爆發(fā)把英特爾打了個猝不及防，僅靠CPU已經(jīng)不足以滿足飆升的高性能計算需求，看似鐵板一塊的x86市場被撕開一道口子，以英偉達為首的GPU、AI芯片企業(yè)瘋狂涌入。

2016年，英特爾的泛數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)漲幅為34.64%，2017年下降為15.77%、2018年為20.43%、2019年更是跌到了2.91%，2020年反彈回8.06%。

英偉達的股價“起飛”，也是源自于2015年前后深度學(xué)習在產(chǎn)業(yè)界的爆發(fā)。從2016年開始，英偉達數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)季度增速幾乎沒有低過50%（2019年受上游采購周期影響，數(shù)據(jù)中心全行業(yè)整體處于低位），甚至一度接近200%。

2020年8月，英偉達宣布其第二季度數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)收入17.5億美元，飆升167%，并且首次超越了圖形顯卡業(yè)務(wù)，成為英偉達的最大主營業(yè)務(wù)來源。

自CUDA推出以來，深耕15年后，數(shù)據(jù)中心終于扛起了英偉達第二增長曲線的大旗。

四、危局：客戶變對手

肥肉太香了，總是有人搶的。

震驚于數(shù)據(jù)中心所帶來的海量人工智能計算需求，在英偉達股價暴漲的誘惑下，國內(nèi)外大大小小的人工智能芯片公司如雨后春筍般瘋長出來。

僅就國內(nèi)市場而言，在四五年間，數(shù)十家創(chuàng)業(yè)公司扎堆涌入了人工智能芯片領(lǐng)域，一筆又一筆天價融資震驚了一貫低調(diào)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

貿(mào)易摩擦與芯片“卡脖子”事件更是將國內(nèi)的芯片熱度推向了最高點。

一時間，AI芯片發(fā)布會層出不窮，而每一家公司的每一代新品發(fā)布時，PPT上用來對標的競品一定是英偉達。

與此同時，英偉達也是創(chuàng)業(yè)公司“挖角”的重災(zāi)區(qū)。除了AI芯片外，從2020年下半年開始，國內(nèi)還掀起了一股GPU芯片投資熱，這些GPU創(chuàng)企的核心團隊大多具備英偉達背景，瞄準通用GPU圖形圖像渲染市場，力求改變國產(chǎn)GPU市場長期受制于人的局面。

然而，英偉達最大的威脅卻并非來自于它們中的任何一個。

英偉達最大的威脅，是那些采購數(shù)據(jù)中心AI加速芯片的云服務(wù)廠商，正在親自下場研發(fā)芯片，取代英偉達的地位。

2015年6月，谷歌——這家全球第三大云服務(wù)廠商——率先敲響了英偉達的警鐘。

在2015年的谷歌I/O開發(fā)者大會上，谷歌首次推出了自研人工智能專用芯片TPU。

與英偉達的GPU標準化產(chǎn)品不同，TPU是谷歌完全針對其自身TensorFlow機器學(xué)習框架而打造的，針對谷歌云、搜索、地圖、翻譯等業(yè)務(wù)進行了全方位的優(yōu)化。

與復(fù)雜的CPU/GPU相比，純AI加速器芯片設(shè)計難度沒有那么大，再加上云服務(wù)廠商可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)需求進行設(shè)計調(diào)整，沒有多久，亞馬遜、微軟、阿里、百度、華為都紛紛拿出了自家的云服務(wù)器AI芯片產(chǎn)品。

客戶變對手，這可能是英偉達最不愿意見到的局面。

再加上近年來，受限于摩爾定律的失效，英偉達的產(chǎn)品創(chuàng)新速度開始減慢，黃氏定律提出的“GPU半年性能翻倍”難以重現(xiàn)。

英偉達的最新數(shù)據(jù)中心芯片A100——雖然號稱峰值性能提高了20倍，但距離上一代產(chǎn)品V100的發(fā)布已經(jīng)過去了三年時間。

此時此刻的英偉達，迫切需要找到第三條增長曲線。

五、全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)版圖重塑

2020年末，英偉達突然宣布，將以400億美元收購全球最大半導(dǎo)體IP供應(yīng)商Arm，一時震驚了全產(chǎn)業(yè)。

事實上，英偉達看上Arm已經(jīng)不是這一兩天的事情了。早在2018年３月的全球GTC大會上，英偉達就宣布將聯(lián)合Arm打造AI芯片專用IP，并集成到Arm的Project Trillium平臺上。

有趣的是，這個消息在GTC大會前一晚以保密新聞稿的形式發(fā)給了在場媒體，第二天的正式會議上卻刪掉了這一環(huán)節(jié)。

400億美元收購Arm，這是一筆實打?qū)嵉暮蕾€。英偉達過去十年間的凈利潤加起來都還不到交易額的一半。

當前，英偉達主宰著高性能計算市場，Arm壟斷著低功耗計算市場，全球手機芯片與IoT芯片超過90%使用了Arm的架構(gòu)。

如果這筆交易成功通過，那么英偉達就能將自身AI技術(shù)以IP授權(quán)的形式融入Arm生態(tài)，讓英偉達的AI技術(shù)進入上億、甚至數(shù)十億臺終端設(shè)備，真正一統(tǒng)高低功耗兩界，達成其“AI無處不在”的夙愿。

不過，由于反壟斷法的存在，英偉達收購Arm的這筆交易還需要包括中國在內(nèi)的多個國家的批準，存在著巨大的不確定性。

中國工程院院士倪光南在去年9月的第四屆信息安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上直言，中國商務(wù)部可能會否決該英偉達對于Arm的并購計劃。

事實上，從2019年開始，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)步入了一個全新的發(fā)展周期，英偉達只是這股時代巨浪中的一朵小浪花。

2019年以來，全球半導(dǎo)體重大并購項目總金額已經(jīng)接近了1000億美元，是此前的幾倍。

一方面，摩爾定律的失效讓整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)陷入了增長焦慮。正如賽靈思CTO Ivo Bolsens所言，“如果承認摩爾定律不再有效，那也就意味著整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)都失去了明確的增長方向，不知道投入哪方面研究才能確保賺錢。”

因此，為了找到下一個“摩爾定律”，芯片巨頭們迫切地在新架構(gòu)、新材料、新封裝技術(shù)上不斷嘗試。代表案例如英特爾4億美元收購神經(jīng)擬態(tài)芯片創(chuàng)企Nervana、賽靈思花10億美元打造ACAP新架構(gòu)等。

另一方面，電動汽車、智能物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興行業(yè)不斷涌現(xiàn)出對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新需求。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研發(fā)落地門檻越來越高，產(chǎn)業(yè)巨頭為了業(yè)務(wù)拓展或生態(tài)補足，越來越傾向于重金收購。

結(jié)語

無論是顯卡年代的競爭激烈，還是伴隨著人工智能的一路走紅，回顧英偉達的成長史，最為重要的節(jié)點都是黃仁勛對于新一代增長曲線的精準押注與持續(xù)投入。

相較于其他產(chǎn)業(yè)巨頭而言，第一代創(chuàng)業(yè)者這種“我們離倒閉只有30天”的緊迫感，以及力排眾議、堅持己見的“偏執(zhí)”，是很多職業(yè)經(jīng)理人CEO所難以具備的。

當前，摩爾定律青黃不接、新興行業(yè)尚未爆發(fā)，再加上全球貿(mào)易摩擦加劇、日韓歐盟各懷心思，多重因素催化之下，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷著一場前所未有的巨大變局，行業(yè)版圖被迅速重塑，風高浪急，水大魚大。

2021，動蕩仍將繼續(xù)。
責任編輯:tzh