英特尔“崎岖”的移动芯片之路

芯片
半导体行业观察
杜芹
2019-07-24 · 20:45
[ 亿欧导读 ] 这家由集成电路之父、摩尔定律提出者、数字时代最具远见的先知戈登·摩尔(Gordon Moore)一手创办,凭着x86架构在PC处理器领域“纵横捭阖”的英特尔,为何始终铺不平移动之路?
英特尔,移动芯片,英特尔,基带业务,智能手机,苹果,Xscale 图片来自“东方IC”

据外媒知情人士透露,英特尔欲将其基带业务打包卖给苹果,实际上该谈判已经持续一年左右。英特尔计划出售的基带业务包含价值10亿美元的8500项专利组合和员工,其中有6000项与3G、4G、5G移动通信标准相关的专利,以及1700项关于无线配置技术的专利。这组打包组合对苹果来说将非常有利,还记得2018年底,多款iPhone在中国被判禁售一事,苹果多年来“受制于人”,高额的专利费压的苹果喘不过来气,虽后来与高通握手言和,但苹果自研基带芯片的计划一直没有放弃。

据悉,英特尔智能手机相关业务每年大约带来10亿美元的亏损,对英特尔来说,这笔交易或许将使其摆脱沉重的负担。这家由集成电路之父、摩尔定律提出者、数字时代最具远见的先知戈登·摩尔(Gordon Moore)一手创办,凭着x86架构在PC处理器领域“纵横捭阖”的英特尔,为何始终铺不平移动之路?

Xscale的出师不利

事情追溯到1997年,彼时Intel刚刚从DEC公司收购了StrongARM架构——这是一种基于ARM V4指令集,该指令集是由DEC自主开发的低功耗处理器技术。在当时来说,StrongARM正如它的名字那样,比公版的ARM架构性能要强得多。

2000年左右,英特尔基于ARM 技术推出了StongARM系列处理器,也就是Xscale系列处理器的前世。这是Intel公司最早开发的移动嵌入式芯片,型号主要有StrongARM SA110、SA100等。但这一系列的致命伤是CPU功耗过大,终于,在2002年它被新一代Xscale架构CPU所取代。

Xscale Intel的XScale处理器是Intel公司始于ARM v5TE处理器发展的产品,在架构扩展的基础上同时也保留了对于以往产品的向下兼容,因此获得了广泛的应用。相比于ARM处理器,XScale功耗更低,系统伸缩性更好,同时核心频率也得到提高,达到了400Mhz甚至更高。而且早在2004年左右就具备了对视频解码、3D渲染的硬件加速能力,而公版的ARM Cortex-A8架构直到六七年以后,才具备类似的浮点加速单元(而且还是可选的),Intel XScale的性能之强在当时可见一斑。

Xscale系列处理器有四大分支领域:PXA、IXP、IOP、IXC。XScale处理器中用于PDA和智能手机上的是PXA系列。其他三个分支与移动业务不是很相关,暂不做赘述。回到PXA系列,PXA210是Intel的入门级准XScale,在2002年就迅速被PXA250取代,PXA250是 Intel正式第一代XScale处理器,2003年PXA26x面世,同年Intel发布首款集成计算、通信和存储功能的手机处理器PXA800F,PXA800F采用业内领先的0.13微米的制造工艺在一个流程内把所有的主要部件集成在一个芯片上,自此,Intel XScale处理器再上一个台阶。

然而一个很不幸的消息,Xscale于2006年被英特尔遗弃。其原因大致有这么几个,一个是移动领域芯片研发需要耗费大量的人力物力财力,卖掉XScale很大一部分原因在于他们认为高销量低利润的产品是毫无意义的。第二个是AMD的紧追慢赶,随着ARM阵营的实力不断增强,ARM阵营开始进入PC处理器市场,Intel希望能够精兵简政,将精力更多的放在其PC端芯片业务。

所以,英特尔在2006年6月把其通信和应用处理器业务出售给Marvell公司,作价6亿美元。Linley集团分析师里恩莱·温纳普(Linley Gwennap)表示:“英特尔过高地估计了自己进军其它市场的能力,因此‘一头撞在墙上’。”

XScale处理器,这个曾代表英特尔从传统半导体向移动领域进军的第一次尝试,宣告失败。

ATOM的铩羽而归

在XScale被卖掉的第二年,随着第一部iPhone的发布,智能手机市场逐渐被引爆,此时的英特尔欲第二次发起移动处理器市场攻势。时间来到2012年,这一年手机处理器市场还是一个群雄争霸的时代,除了高通骁龙、联发科MTK、三星猎户座之外还有德州仪器和英伟达等厂商,英特尔自然不甘落后也加入这个行列。

2012年1月,美国拉斯维加斯CES展会,英特尔发布应用于智能手机的ATOMZ2460处理器,正式宣布X86架构的处理器产品进入智能手机领域。而一同发布的三款使用Z2460芯片的手机包括联想K800、英国Organge的Santa Clara和印度LAVA的Xolo X900。2012年3月,巴塞罗那MWC2012展会,Intel又追加发布了两款应用于智能手机的凌动处理器。分别比Z2460更低端的Z2000和更高端的Z2580。自此,Intel一共推出分别面对不同的智能手机市场三款处理器。

其实ATOM最早不是为了手机处理器诞生的,说到Atom的诞生,就不得不提到上网本,说到上网本,就不得不说一嘴UMPC,当初奔腾4和D的轰然崩溃,让蓝色巨人开始转型,当时小于6寸,运行完整系统的UMPC一时间成了江湖新的传说,但UMPC昂贵的价格,注定其是小众玩法;上网本的突然流行是ATOM诞生的一个因素,当时传统笔记本价格还普遍昂贵,由于上网本打低价牌,市场反应超出预期,各大厂都开始对上网本摩拳擦掌。第三是来自于英特尔2007年推出了一个MID的概念。于是在3种因素的推动下,2008年2月英特尔正式发布了ATOM系列,中文凌动。

Atom处理器是英特尔面向移动市场推出了的历史上体积最小和功耗最小的处理器,不得不说其具有一定的历史意义。据悉,Z2460处理器整个芯片由CPU、GPU以及二级缓存和视频编解码模块组成,基于32nm工艺设计为单核心双线程处理器,采用POP封装,处理器的封装尺寸仅为12mm×12mm,比市面上不少处理器芯片面积小很多,比14mm×14mm的高通MSM8260还要小,所以更加适合手机等移动终端设备。

这样看来,英特尔凭借技术优势取得了一个不错的开端,然而ATOM最后为何还是走向了失败,其失败的原因主要分析如下:

(1)功耗居高不下:作为全球最大的处理器厂商,英特尔的x86架构在PC时代一直叱咤风云,但对于限制更多的类似智能手机等移动设备,X86上的热设计功耗想要降低到智能手机限定的5瓦以下可谓困难重重。

(2)兼容性问题:我们都知道安卓手机是ARM架构,而英特尔ATOM是X86架构的,虽然安卓系统通过适配可以运行在X86的处理器上,但是大多数软件是不能直接运行的,当时很多应用商店还出现了英特尔专版的应用专区。

(3)过度的市场补贴战略失策:由于(1)(2)的问题导致英特尔在移动市场败下阵来,不甘于在手机市场的失利,英特尔转而利用平板电脑作为迂回,2014年对平板厂商进行巨额补贴,据美国贝尔斯登研究公司的报告曾估计,英特尔在每一部Atom平板上的补贴额高达51美元(超过300元人民币),根据当时的市场情况,英特尔的补贴额相当于Android平板电脑价格的1/4,几乎是在毛利率为零的水平上销售,因此配有英特尔处理器的平板电脑在出货量方面也达到了4600万台。虽出货量喜人,但并没有给英特尔带来附加的品牌效应,以致于在没了补贴的ATOM芯片出货量更是大幅下滑。

正是这样的市场策略,导致英特尔移动部门的运营在2013年亏损31亿美元,2014年亏损达到42亿美元。为了掩盖财报中的这些数字,2015年英特尔将移动部门和PC部门合并,不再单独对外公布移动部门的财务状况。

而在这一历史节点中,ARM、高通俨然成为了这一市场绝对的赢家。

移动ATOM芯片可以说是英特尔第二次进军移动领域失败,这也是英特尔半导体史上最大的败笔之一,首先英特尔花费数十亿美元设计和生产这些芯片,然后又花费数十亿美元鼓励硬件制造商使用它们,但最后并没有得到市场的青睐。

在经历了长达七八年的苦苦挣扎后,英特尔最终选择了放弃,2016年英特尔宣布停止对Broxton(主要面向高端)和SoFIA(主要面向低端)两款的ATOM系列处理器产品线的开发。放弃移动芯片市场并不代表英特尔放弃对整个移动市场的“野心”,做不好移动处理器,遂而转战基带芯片。

基带业务的折戟

经历了XScale处理器和ATOM处理器的两次进军移动领域失败之后,英特尔将基带芯片业务作为其下一个突破口。时间拨回到2010年,也就是ATOM处理器推出后一年多,此时英特尔早已做了两手准备,第二手就是基带芯片。

2010年英特尔宣布以14亿美元收购英飞凌的无线业务,该项收购于2011年完成。此时的英飞凌正是苹果的基带芯片供应商,前3代iPhone均采用的是英飞凌的基带芯片,自iPhone 4开始,高通才加入了苹果的供应商行列(当然英飞凌还是主要提供商)。通过此次收购,英特尔也搭上了英飞凌2G/3G的直通车,在2013年发布的机型中,诺基亚502使用的基带是Intel XMM 2230,而诺基亚503使用的是Intel XMM 6140的处理器;而三星也在国际版的 Galaxy S4 手机中也采用了Intel的XMM 6260/6360 3G 基带。更令人欣喜的是,英飞凌的这趟直通车的下一站即为4G。

2013年,英特尔发布了自己的首款4G基带产品XMM 7160,该产品支持4G LTE,采用台积电40nm CMOS工艺制造,最高支持LTE 150Mbps,得到了三星Galaxy Tab 3 10.1等平板的使用,但手机一直是零。但英特尔在4G的布局明显落后于高通,因为早在一年前,高通就已经推出了基于28nm工艺的MDM9615芯片,并被iPhone 5所采用。结果显而易见,高通的28nm工艺显然优于英特尔的40nm工艺,且彼时高通的手中握有苹果、三星、小米、OV等大订单,而英特尔的4G才刚刚起步。

这之后的2014年,英特尔发布了28nm的XMM 7260,首次支持LTE Cat.6、载波聚合(最高40MHz),理论下行速率可达300Mbps。但此时高通的同类产品Gobi 9x35系列已经率先走向20nm,还获得了三星的部分订单。又因为高通对CDMA的垄断,英特尔的基带芯片只能止步于前,与全球通无缘。

可以看出,在4G基带芯片市场,不管是技术研发还是市场应用,英特尔一直落后于高通。尽管如此,Intel依然没有气馁,2015年春天英特尔发布了28nm的XMM 7360基带芯片,功夫不负苦心人,这款XMM 7360芯片终于让 Intel 搭上了苹果的快车。当然这也得益于苹果希望减轻对高通的基带依赖,采用双供应商策略,所以给Intel制造了机会。

2016年9月,iPhone 7系列发布,它在基带上有两个版本,分别是高通的MDM9645(手机型号为 A1660和A1661)和Intel的XMM 7360(手机型号为 A1778 和 A1784)。然而,根据相关的信号测试,高通基带版iPhone 7比英特尔基带版的表现30%。而且在信号比较弱的情况下,高通基带版更是比英特尔基带版好75%。尽管如此,苹果还是坚持选用Intel的产品,不仅如此,苹果还故意限制高通基带的网速来避免用户的使用差异。业界普遍认为苹果对英特尔可以说是“真爱”了。

到了iPhone 8时代,苹果依然采用了双基带供应商策略,分别是高通的骁龙X16和 Intel 的 XMM 7480;不过从 Cellular Insights 的测试来看,高通的 X16依然比Intel的 XMM 7480快(当然,在中国市场,国行的 iPhone依然采用高通基带)。

2017年2月,Intel终于推出了一款支持全网通的XMM 7560基带,这是首个基于Intel 14nm 制程工艺制造的LTE 制解调器;正值苹果与高通之间的矛盾彻底爆发,英特尔一跃上升为iPhone的唯一基带芯片供应商,XMM 7560基带被搭载于三款 iPhone(iPhone XS/XR/XS Max)上,包括中国市场。这可以说是英特尔基带芯片的巅峰时刻。

虽然在4G上落后高通,对于5G,英特尔“欲与天公试比高”。

2017年11月17日,Intel发布了XMM 8000系列基带芯片,将用于今后的5G。其中,首个5G基带型号敲定为XMM 8060,支持最新的5G NR新空口协议,向下兼容2G/3G/4G,包括CDMA。随后在一年后,Intel 又公布了旗下第二款 5G 基带芯片 XMM 8160,从技术上来说,它完整支持5G网络中的NR、SA、NSA组网方式,同时还集成了2G、3G、4G多种制式在同一块基带芯片上。

然而好景不长,2019年4月17日,苹果个和高通双方除达成了和解协议,还发布声明称,昔日两家在全球范围内的法律纠纷也一笔勾销。和解之后,英特尔宣布公司将退出5G智能手机调制解调器业务,专注于5G网络基础设施及其他数据中心业务。

英特尔首席执行官司睿博(Bob Swan)表示,苹果和高通的和解意味着,高通将再次向苹果提供5G基带芯片,英特尔没有足够的资金进入这块业务。在接受《华尔街日报》采访时,他说道:“在苹果和高通签署和解协议后,我们评估了为智能手机提供5G技术的前景,显然没有明确的盈利和正回报之路。”

亡羊补牢,为时未晚。此次英特尔宣布退出5G基带业务实是明智之举,英特尔放弃5G基带业务,放眼于市场更大、更具备先天优势的基础设施市场,也是“及时止损”的表现。在基带业务这条路上,英特尔走的并不顺畅,对于英特尔这样的“芯片巨头”都有“失手”的时候,这也告诉大家,进入基带芯片市场没有那么好走。

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