NVIDIA 正式收購了 Arm ,可能對全球晶片產業造成哪些影響

2020.09.14 06:19PM
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NVIDIA 在歷經好一陣子的傳聞後,在美國時間周日正式宣布自軟銀手中以股票加上現金 400 億美金收購 Arm (不包含 IoT ),這樁原本外界不看好的收購案雖然離正式完成還預計需要 18 個月的時間, NVIDIA 在新聞稿也允諾將遵循 2016 年 SoftBank 收購 Arm 的公平公正原則,但外界仍關心 Arm 的 IP 授權模式在收購案後的影響。

筆者以個人對兩家廠商的現況、產業的關係,推測在雙方若能正式合併後,對於業界的可能影響。

傳聞 10 年終究成真的破天荒併購

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▲約十年前電子時報就曾報導 NVIDIA 可能收購 Arm ,但當時是指出借此進軍手機等行動運算市場

差不多 10 年前, Arm 剛跨足智慧手機領域, NVIDIA 則因為 GPU 架構設計原因陷入低潮,當時財經產業(電子時報)就傳聞 NVIDIA 可能藉由收購 Arm 補足缺失的 CPU 拼圖,但當時 NVIDIA 正逢公司人心惶惶,也明示當時沒有餘裕吃下前景看好的 Arm ,後來這件事情也就不再有傳聞。

不過對當時亟欲將版圖跨出 PC GPU 領域的 NVIDIA ,仍與 Arm 積極合作,打造針對車載、嵌入式、手機、平板的 Tegra 系列,但手機通訊領域在歷經幾年後的嘗試,最後決定壯士斷腕退出通訊領域,不過及早進軍數位座艙、娛樂系統、而後轉向自動駕駛,確實使 NVIDIA 加深與 Arm 的關係。

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▲ Arm 在 2016 賣給 SoftBank 已經跌破業界眼鏡一次

但被視為明日之星的 Arm ,卻由於市場對新架構的需求加速,大幅增加新架構技術開發成本,在 2016 年宣布賣給 SoftBank ,自英國之光成為日本大企業旗下的子公司;不過值得關注的是,在這十年之間, Arm 架構也終於自嵌入式、行動運算領域進化到能夠滿足資料中心與超級運算需求, NVIDIA 也在 2019 年宣布在 HPC 支援 Arm 架構 CPU 。

雖說在 SoftBank 手中的 Arm 看似保持原本的授權模式,不過由於包括手機產業重新洗牌,手機產業銷售縮減,物聯網授權受到 RISC-V 免費開放模式的影響,新技術持續開發的持續成本投入,在 2019 年到 2020 年也不斷傳出 SoftBank 打算藉由上市方式釋出 Arm ,或是將 Arm 賣出。

在傳出 NVIDIA 可能自 SoftBank 收購 Arm 的同時,另有一派說法是由於 SoftBank 開價過高、加上其它 Arm 客戶杯葛與 Arm 本身身為英國之光的驕傲作祟可能破局,可能最終由多家 Arm 大客戶透過聯合方式收購 Arm ,並彼此相互牽制確保 Arm 的中立;但最終, NVIDIA 仍是以 400 億美金的天價宣布這樁收購。

NVIDIA 要的是甚麼?可能還期望 Arm 帶來甚麼

▲ Arm 具備包括 CPU 、 GPU 、 NPU 與 DPU 等完整 IP 授權

Arm 最早是以 MCU 、 CPU 架構授權的技術公司,不過自 2016 年起藉由收購北歐的 Falanx 取得 Mali GPU 技術,後續逐步壯大相關架構技術,還具備如 DPU 、 AI 核心等專利授權;如果以 NVIDIA 當前的當務之急,就是為了 Arm 的 CPU 技術而來。

雖然 NVIDIA 目前即有在嵌入式平台採用 Arm 的 CPU 專利技術,作為機器人、醫療影像、自動駕駛等技術核心,但 NVIDIA 真正的企圖則是在超級運算相關領域能夠進一步結合 Arm 的 CPU 技術,因為 NVIDIA 雖然在 AI HPC 引領風騷,但最大隱憂仍是 CPU 技術受制 Intel 與 AMD ,在 Intel 與 AMD 本身都具備完整 CPU 、 GPU / 加速器之下難獲全力支援。

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▲ NVLink 雖然改善 GPU 之間的溝通,但仍無法改變當代系統由 CPU 發號司令的現況

雖然 NVIDIA 也早就深知這樣的情況,試圖透過如 NVLink 技術使 GPU 能夠進一步在加速架構展現優勢,不過畢竟 NVLink 最終只有 IBM Power CPU 支援,仍需透過 PCIe 技術與 Intel 或 AMD CPU 連接,作業系統執行、工作分派仍需由 CPU 統籌之下,難以發揮 NVIDIA GPU 的最大綜效。

藉由收購 Arm ,不敢說 NVIDIA 會去影響 Arm 未來的 CPU 發展方向,但至少在超級運算或是車載領域,則有助 NVIDIA 進一步針對自己的需求,依循 Arm 指令集打造自主 CPU 設計,這樣一來包括支援高速通道,像是實現 CPU 與 GPU 多向相互溝通,統一記憶體存取等都不再是夢想。

至於 Mali GPU 對於 NVIDIA 收購之後會是比較尷尬的存在,畢竟 NVIDIA 本身就是 GPU 技術領導廠商,同時也由於 Tegra 、 Jetson 平台的發展經驗, Mali 的技術縱使是針對行動領域,恐怕還是不如 NVIDIA 若有心投入行動架構 GPU 的強度。

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▲在 NVIDIA 併購 Arm 後,是否會把 CUDA 技術引入 Mali ?

可是筆者卻對 NVIDIA 掌握 Arm 後的 Mali 的發展覺得相當有趣,以 NVIDIA 的角度,應該不會希望把最尖端的技術完整授權給其它廠商,但很有可能把 CUDA Core 、 Tensor Core 等技術轉移到 Mali 授權當中,使未來 Mali 也能夠相容這兩項加速技術與軟體框架。

因為對 NVIDIA 來說,縱使當前 CUDA 加速技術已經證實能為 AI 、 HPC 帶來相當大的幫助,不過若要強繼續強化相關領域生態圈,就勢必需要吸引更多領域的開發者投入,若 NVIDIA 將 CUDA 與 Tensor Core 藉由加入 Mali GPU IP 授權,意味著未來向 Arm 授權 Mali 的處理器,也能共享 CUDA 加速應用,有助 CUDA 加速技術更多元發展。

收購後對誰的影響小、對誰的影響大?

先撇開 NVIDIA 能否真的依照聲明維持 Arm 對授權客戶的中立性,以 NVIDIA 能夠信守維持 Arm 中立授權承諾為前提之下探討對於幾個 Arm 主要領域客戶的衝擊,筆者分為運算、手機、物聯網與中國廠商探討起。

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▲雖然 NVIDIA 強調 Arm 維持英國企業、英國技術,但半導體設計、生產仍難避使用美國技術

從中國談起, Arm 與中國客戶的現狀是相當微妙的,除了中美貿易戰外,前 Arm 中國總裁與其團隊與 Arm 總部的抗爭也使 Arm 對中國市場更複雜;不過從 NVIDIA 強調收購 Arm 後會維持 Arm 總部仍位於英國、專利註冊也會自英國的策略,可想而知會是設法避開"美國技術"的策略,只是 IP 避開美國技術,但設計、生產就不甘 NVIDIA 與 Arm 的事了。

物聯網部分就可以完全放心,因為在此樁收購案當中, NVIDIA 與 Arm 已經明確表示收購部分不包括 IoT 相關領域,而 NVIDIA 雖有發展 IoT 領域的邊際運算,但與 Arm IoT 以 Cortex-R 、 Cortex-M 的 MCU 領域不盡相同,這也是 NVIDIA 不把 IoT 列入收購範圍的主因。

照片中提到了Surface RT平板:娛樂為主。工作為輔、Surface Pro平板:工作為主,娛樂為輔,包含了平板電腦、表面、微軟平板電腦、Surface Pro、電腦

▲有了 Surface RT 與 Shield 的前車之鑑, NVIDIA 應該不會輕易回歸筆電與手機處理器領域

至於智慧手機與行動運算領域, NVIDIA 雖然已經淡出行動通訊,不過筆者認為 NVIDIA 對於 Mali GPU 的態度將會決定對行動運算領域的影響層面,假設因為 NVIDIA 的介入導致 Mali 開發進度趨緩,則會加速有自主開發能力的大廠(如蘋果、高通)的領先幅度,較大規模如三星、聯發科可能會尋求合作或是也投入自主 GPU 研發。

然而若是 NVIDIA 投入自身的 GPU 技術予 Mali ,則除了進一步擴大 CUDA 對運算相關的影響力以外,或許還能夠讓採用 Mali 授權的廠商有機會與蘋果、高通的自主 GPU 一搏,可說無論 NVIDIA 對 Mali GPU 的處置方式都會對行動運算產業有所變化。

而 PC 運算與超算領域則是很難評估的領域,畢竟 NVIDIA 就是為了超算才決定收購 Arm ,故其它採用 Arm 架構的超算廠商如富士通、 Marvell 等確實需要留意 NVIDIA 在自主設計 CPU 以及結合 NVIDIA GPU 後的市場衝擊,但由於 Arm 架構授權的多元性,也難保仍有其它使用 Arm 架構作出差異化的公司。

照片中提到了※「富岳」は、理化学研究所が決定したポスト「京、A64FX、スーパーコンビュータ「富岳」試作機,包含了a64fx、500強、富士通a64fx、超級電腦、ARM架構

▲ NVIDIA 收購 Arm 對於如富士通與 Marvell 等 Arm 架構 HPC CPU 開發商不知做何感想

幾年前曾有媒體在採訪 Mali 主管時提到 Arm 有否可能只提供 GPU 的授權,使其作為獨立異構加速器使用,當時的說法是沒有客戶提出這樣的需求,然而隨著 GPU 加速在 HPC 的升溫,筆者推測或許真的已有廠商有過要求,不過從 NVIDIA 的角度與 Mali 的產品定位, NVIDIA 仍不會開放獨立的 Mali 授權,而會建議 Arm 超算系統用戶選擇 NVIDIA 的 GPU 產品。

不過如果是看到 PC 領域, NVIDIA 也曾試圖透過 Tegra 切入 Windows RT ,但最終由於微軟系統策略與性能問題, NVIDIA 最終也淡出 Windows PC 處理器,目前雖然微軟仍與高通合作 Windows 10 on Snapdragon ,以及 Google 與聯發科合作 Chromebook ,但 NVIDIA 當前在此領域的重點仍放在機器人、自動駕駛,應該無心在短期重歸 PC 處理器供應鏈。

照片中提到了CPU、GPU、Neural,包含了蘋果A13、iPhone 11、蘋果全球開發者大會、蘋果A13、蘋果

▲蘋果未來的計劃將建立在 Arm 指令集上,卻也是此次收購案可能影響最大的企業

然而比較大影響可能會是蘋果的 Arm 指令集自主處理器計畫,蘋果與 NVIDIA 曾在多年前有合作關係,但也由於當初的 GPU 設計問題導致雙方因此翻臉,蘋果自此全面使用 AMD 的 GPU (目前看起來蘋果未來也打算自製 GPU ),後續雖可透過 Thunderbolt 外接 NVIDIA GPU ,不過後續也不再開放 NVIDIA 驅動,但從商業立場 NVIDIA 應該是不至於挾怨報復蘋果。

不過蘋果的模式原本就比較特殊,因為蘋果只授權指令集部分,整體架構仍是由自身的研發團隊進行規劃,故 NVIDIA 可能能夠干涉蘋果的部分並不多,加上蘋果的授權金也是一筆不小的收入, NVIDIA 倒是沒有理由白白放過獲利機會,加上領域不相干涉,沒有理由從中阻撓蘋果獲得 Arm 授權。

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▲擔心引發反壟斷抗議將會是 NVIDIA 不敢輕易改變 Arm 當前模式的關鍵

可是回到最根本, NVIDIA 收購 Arm 是需要相當戰戰兢兢的, Arm 的授權模式過於錯縱複雜的情況,將會使 NVIDIA 不會想要介入 Arm 與既有客戶的 IP 授權關係,因為一個不慎就會因此捲入反壟斷審查,站在 NVIDIA 的立場勢必不會冒此風險;但從技術面, NVIDIA 如何把自身的技術納入 Arm IP 授權組合,則是後續相當需要持續追蹤的部分。

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