Arm：芯片顶流是怎样炼成的

　　Arm是如何抓住了移动互联网时代的机会的？

　　作者 | 云柯

　　编辑 | 布鲁斯

　　近日，芯片行业发生了一件大事！软银旗下的半导体IP巨头——Arm向美国证券交易委员会提交了IPO文件，正式申请在美上市。

　　Arm处于芯片的上游，主要经营模式是通过设计ip，包括指令集构架、微处理器、图形核心、互联构架，然后授权给芯片厂商，帮助后者更快捷的设计芯片。

　　从收入构成来看，Arm的赚钱模式主要有两种：一种是通过许可证赚钱（占比总收入为37%）；另一个则是利用特许权使用费赚钱（占比总收入63%）。

　　Arm收入构成（图片来源：ARM招股说明书）

　　许可证模式指的是，其他公司在用Arm的架构设计芯片时，需要给其一笔授权费，用一次给一次。而特许权使用费模式则是芯片厂商用了Arm的构架，把生产的芯片卖出去以后，Arm再按照一定比例进行抽成。

　　目前，Arm让全世界99%的智能手机都用上了自己设计的芯片架构。苹果、英伟达、高通、三星等科技巨头，都是Arm的客户。

　　但别看现在的Arm风光无限。然而，在pc时代，Arm却被英特尔完虐，直至进入移动互联网时代，才开始锋芒毕露。

　　时间回到1980年代初。艾康电脑经过持续研发后，推出了Arm处理器；1985年，Arm1诞生（但从未被商用）；1986年和1990年又分别推出了Arm2和Arm3。

　　在这个过程中，Arm的处理器在英国教育计算机市场获得了短暂的成功，其销量使艾康电脑的利润大幅增长。1979年至1983年，艾康电脑的利润从0.3万英镑大涨到了860万英镑。 

　　之后，苹果刚好正在为其即将上市的牛顿掌上电脑Newton MessagePad寻找一种合适的移动处理器。而Arm芯片具有低功耗和高效能，非常符合掌上电脑这种小型硬件设备。这时苹果的芯片代工合作伙伴VLSI将艾康介绍给了苹果。

　　但当时艾康电脑的钱不够用。于是1990年秋天，苹果、VLSI和艾康花了六周时间就合资事宜进行谈判，最终决定苹果出钱、艾康出人、VLSI提供工具技术，三家公司共同创立一家芯片合资公司，公司名为Advanced RISC Machine”，简称Arm。

　　成立之后，以Arm为代表的做精简指令集架构的芯片公司，遭到芯片巨无霸Intel的打击。当时英特尔的复杂指令集受益于先发优势，虽然与整个精简指令集的反抗阵营为敌，但是建筑在Wintel联盟（即两家公司在PC产业内密切合作，以推动windows操作系统在基于英特尔CPU的PC机上运行的打压）基础上的软硬件生态已经牢不可破，这让精简指令集在个人电脑领域无所作为。

　　复杂指令集打败精简指令集，两者间第一次交锋的成败关键，不在于技术，而是商业惯性。

　　在pc市场失败，沉默了好几年后的Arm抓住了移动互联网时代的浪潮，成为该领域的芯片构架王者，这一切快得让Intel来不及反应。扩展开来讲，Arm的精简指令之所以能抓住移动互联网时代带来的机会，主要有以下几点原因：

　　01

　　搭上苹果这个硬件王者的快车

　　1997年陷入低谷的苹果迎回乔布斯，基于寻找现金的乔布斯，趁Arm在1998年上市的时机，将苹果对Arm的持股降至14.8%，获得11亿美元的现金。

　　拿到这笔钱的乔布斯，于2001年推出iPod。这款划时代的音乐播放器，吹响苹果振兴的号角，2007年苹果又推出iPhone开始移动互联网时代。这两个超级爆款，都是使用的Arm架构芯片。

　　连乔布斯这种对硬件性能极致要求的人都使用Arm的产品，你想想其他切入移动互联网的玩家会怎么做？

　　毫无疑问，跟随。安卓入局之后，Arm彻底无人能挡。

　　02

　　高强度的研发投入

　　在科技行业，研发投入的强度与技术的先进性，具有正相关性。

　　以最新一期的年报数据为例，Arm研发投入强度在可比公司中，具有强大的竞争优势。

　　从Arm招股书来看，2022财年公司在北美、欧洲和亚洲拥有全职员工5963名，其中专注于研究、设计和技术创新的员工约占80%，研发费用占总收入比例为42%。而且Arm的研发投入强度在递增，2021年、2020年，Arm研发费用占总收入比例分别为37%和40%。

　　来瞧瞧几家生命力旺盛的芯片公司的研发投入，英伟达、AMD、英特尔同期研发费用占总收入比例分别为27.2%、21.2%和27.8%。

　　再看看过去几年全球互联网公司中研发投入强度最高的两家公司Meta和百度。Meta研发费用占总收入比例为30.3%，百度的核心研发费用占总收入比例为22.4%。

　　华为的研发也是让人津津乐道的，它有20万人，一半是搞技术的（Arm 80%是搞技术的），研发费用占总收入比例为25.1%。

　　Arm、英特尔、百度等企业研发投入强度对比分析（数据来源：企业年报）

　　高强度的研发投入是Arm可以一直保持竞争优势的核心原因之一。

　　03

　　较低的产品定价

　　特许权使用费模式，作为Arm最赚钱的业务，定价却出奇的低。

　　具体定价为产品价格的1%-3%，也就是说一个100美元的芯片，按照1%-3%的比例，需要支付给Arm1-3美元。

　　1%-3%的收费比例看似并不低，但问题在于Arm的收费对象是芯片，而不是终端的手机。据火星数据研究所根据Arm2019年披露的数据测算，公司平均一个CPU的特许权使用费才16美分，折合成人民1.1元。我们出门买瓶可乐的钱，都可以买3个Arm的特许使用权！

　　对比其他类似高科技企业，把自己的专利授权给硬件企业使用时，他们的产品定价都是针对终端产品收费，普遍收取的费用要远远高于Arm。

　　比如，高通提出的专利费率为：一部使用高通标准必要专利的3G、4G、5G多模手机，需要给高通专利费的比例为该手机原价的3.25%。也就是说，一款手机价格3000元/台，高通就要向其收取97.5元的专利费。

　　再比如汽车专利池Avanci。早在2018年初，其许可费为每辆车15美元，并宣布不涨价。2022年，Avanci宣布4G许可费用调整为每辆车20美元。2023年8月，Avanci发布5G计划（含4G/3G/2G），许可费为每辆车32美元。

　　从上述数据可以看出，占据市场支配地位的Arm，针对下游客户的产品定价并不高，这也是其市场占有率高达99%，收入和利润规模却不是特别大的核心原因。

　　04

　　低耗能产品领域的“王者”

　　Arm的精简指令构架，在移动设备领域具有较高的技术优势。

　　移动互联网开始时，Arm并不是一家独大，英特尔X86是其主要竞争对手，但英特尔的X86最终却败给了Arm。

　　原因在于：

　　X86作为复杂指令集的处理器，经常性调用的指令大约有20%，其他大部分指令集只不过是“待命状态”，这就大幅增加了硬件功耗。Arm作为精简指令集的处理器，以少、精为主要特点，尤其是常用的计算指令，更多的衍生指令则可以依靠这些基础指令组合来执行，这就有效降低了电池功耗。

　　对于手机而言，由于机身限制，可以装载的电池容量有限，且需要随身携带，计算指令设计的过于复杂，就会导致手机续航大幅缩短。而计算指令在满足用户需求的同时，设计的越精简，则可以大幅提高手机续航能力。

　　正是因为作为手机处理器，X86“无效功能设计”太多，Arm才能击败X86成为手机芯片构架领域的绝对霸主。

　　05

　　芯片构架领域拥有大量专利

　　根据Arm披露的招股书显示，公司拥有或共同拥有已发布的专利数量约为6800项。

　　比如，Arm的核心专利之一——使用可编程重要性数据的数据处理设备和方法，专利号为US9766857B2。该专利可以减少CPU的不必要计算能力，进而减少能量消耗、提高性能。

　　US9766857B2的摘要及附图（来源：知产宝数据库）

　　Arm在手机芯片构架领域积累了大量专利技术。有了这些专利技术以后，其他公司想要进入手机芯片架构领域，就得掂量掂量了。

　　有一个现成的例子，能反应Arm专利护城河的强度。

　　8月28日，“中国RISC-V专利联盟”正式成立，联盟理事长、芯原股份创始人戴伟民表示：

　　“想要发展好RISC-V产业，需要解决潜在的专利问题，虽然RISC-V指令集是开源的，但在微架构实现上，IP行业领先者Arm等公司做了非常多的专利布局，RISC-V产品很可能会掉入专利陷阱。为保护RISC-V产业联盟会员，可借鉴2005年微软与Linux专利战历史，把RISC-V企业的专利整合起来，大家联合应对Arm等机构的专利挑战。”

　　潜在对手的肯定，是对Arm专利技术最大的肯定。

　　展  望

　　Arm抓住了移动互联网的机会，并已成长为占据市场支配地位的企业。那么，Arm为何不提价赚取更多的商业回报呢？

　　其实Arm不是不想。

　　在Arm被孙正义收购以后，公司想切换收费对象，从对芯片厂商收取许可费，到转向终端设备厂商收取。

　　简单来讲，就是过去根据芯片的价格按比例收取费用，现在根据手机的价格按比例收取费用。而芯片价格一般仅占到手机价格的10%至20%，这意味着如果许可费的比例不变——Arm这种转变相当于变相将售价提高5至10倍。

　　不过，移动芯片市场主要由苹果、三星、高通、华为、联发科等少数巨头把持，Arm想要彻底改变定价方式，并不是一家容易的事。想要改变游戏规则，光靠谈判可能性不大，只有像Avanci那样直接“掀掉桌子”，大打专利战才有可能，只是Arm或者说孙正义有这个勇气吗？

　　（本文仅代表作者观点，不代表知产力立场）

　　图片来源 | 网络

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