这篇文章是2022年电子设计预测问题
一些世界上最大的科技公司正在避开标准芯片，转而采用内部设计，这一举动正在搅动半导体行业，并改变了该行业的力量平衡。
如今，亚马逊(Amazon)、苹果(Apple)、谷歌、微软(Microsoft)、特斯拉(Tesla)和其他硅谷巨头都在把研发工作推向一个新的高度，努力打造性能、能效和成本更高的芯片。向定制芯片的推进对英特尔、AMD、高通等行业巨头构成了越来越大的威胁，这迫使芯片公司做出回应，推出在人工智能等领域专门为客户需求设计的芯片。
尽管科技巨头在2021年公布了一系列用于数据中心和消费设备的定制芯片，但它们将在2021年再次雄心勃勃，控制芯片设计的更多方面。
今年是苹果公司(Apple)将Mac笔记本电脑和台式机中的英特尔芯片换成自己内部处理器的最后一年。这种处理器采用的是其旗舰iphone和ipad核心的高端a系列芯片。
这一计划符合苹果用定制芯片取代许多第三方部件的整体战略，该战略源于苹果的理念，即拥有关键技术是其相对于竞争对手的主要优势。Counterpoint Research的半导体分析师布雷迪•王(Brady Wang)表示，定制芯片的使用减轻了该公司对单一供应商的依赖，并有助于其设备推出独特、差异化的功能。
王健林表示，苹果在定制芯片方面的投资，使其对未来发布的iPhone、mac和其他硬件有了更多的控制权，并对为其产品构建软件和应用程序的生态系统有了更大的控制。
亚马逊(Amazon)、微软(Microsoft)、谷歌、Facebook等公司正越来越多地借鉴苹果的做法，用定制的内部芯片取代英特尔(Intel)的现成服务器芯片。
最重要的是，定制芯片制造的竞争正值全球芯片持续短缺，导致供应链成本上升之际。供应链的挑战正促使企业重新考虑在哪里购买芯片。
“苹果”
苹果是内部芯片开发领域的先行者，早在十多年前，苹果就为iPhone发布了第一代Arm a系列芯片系统(soc)。苹果已经改进了移动芯片和中央处理器(cpu)的内部结构，使其可以与英特尔的个人电脑芯片相媲美。
近年来，Apple在IPAD和其他小工具中瞄准了其阵容的芯片制作实力，例如其Apple Watch和Airpods无线耳机，推出竞争对手的功能。
对于Apple，该策略使其在其iPhone，iPads，Mac和其他消费齿轮中控制更完整的技术套件，从软件和操作系统到系统硬件和硅内部。建造更多的外包硅和传感器，帮助Apple脱颖而出，因为它可以规划芯片如何共同努力，以削减电力和升压处理速度。
分析师表示，苹果在芯片制造方面的雄心重塑了半导体行业的等级结构。
它在iPhone a系列处理器上的成功，使它在台积电(TSMC)世界上最先进的工艺技术的生产线上领先，甚至超过了高通(Qualcomm)和AMD等公司。
但它将mac的M1处理器提升到了另一个水平。2020年，苹果宣布将放弃英特尔的产品，转而采用其内部的“苹果硅”芯片，包括最新款imac和ipad上使用的M1芯片。苹果宣布，计划在两年内逐步将这些芯片应用于其台式机和笔记本电脑，取代过去15年里用于苹果个人电脑的英特尔芯片。
M1以其高性能和高能效的结合震惊了半导体行业。这些特性源于苹果芯片、硬件和软件之间的紧密整合。苹果公司在其MacBook Pro中使用了5纳米的M1 Pro和M1 Max，这两款产品对视频编辑器、摄影师和其他“专业人士”来说具有“无与伦比”的性能。
除非英特尔的芯片部门面临延期，否则苹果将在2022年彻底将英特尔挤出Mac产品线，甚至将其挤出目前运行在英特尔至强服务器cpu上的顶级Mac Pro台式机。
硅强国
苹果的一部分是经济学。由于简化其供应链的节省，消费电子巨头可以处理内部芯片的工程成本。Apple可以将芯片本身和其铸造合作伙伴直接开发芯片本身并直接与其制造进行制造，并将其铸造伙伴合同生产。
行业分析人士表示，这样一来，这家科技巨头就可以将节省下来的成本转嫁给客户或股东。
苹果的芯片部门近年来蓬勃发展，据报道，在十多年前收购PA Semi的交易支持下，该部门拥有数千名工程师。领导这项工作的是硬件技术负责人约翰尼·斯鲁吉(Johny Srouji)，在苹果定制硅产品的宣传活动中，他已成为苹果管理团队的核心成员之一。他帮助苹果提前几年规划出未来芯片的功能。
多年来，该公司还与许多芯片供应商密切合作，为其产品制造半定制部件。许多公司的应对措施是建立专门负责苹果芯片的整个部门。
为了支持其“内包”战略，苹果正在开设办事处，并在蜂窝调制解调器等领域从供应商那里招聘芯片设计师，比如加州圣地亚哥的高通(Qualcomm)和俄勒冈州波特兰的英特尔(Intel)。
在过去十年中，该公司已扩展其在自定义芯片开发中的利用，为其消费齿轮构建广泛的组件，如电源管理IC和蓝牙IC，以及其SOC中的更多模块，例如图形处理单位（GPU）和内存控制器。它还创造了许多先进的传感器和手机和其他小工具的触觉引擎。
未来，苹果很可能将其半导体雄心提升到一个新的水平。据报道，该公司正在准备其首个5G基带调制解调器，这是iPhone的重要部件，目前从高通(Qualcomm)购买。
登上云端
苹果在芯片制造方面的成就，对于其他争夺云计算市场和在人工智能(AI)等其他领域占据主导地位的科技公司来说，是一个启示。
亚马逊、谷歌和微软都在更深入地研究芯片设计，以提高分布在全球数据中心网络中的数百万台服务器的性能。这些服务器不仅在内部使用，还通过云向外部公司出租。即使是性能上的微小改进，或者是服务器芯片供电和冷却成本的降低，都将在其庞大的业务范围内累积起来。
谷歌和其他科技巨头多年来继续依赖第三方组件，同时积累了自己设计芯片和其他部件所需的工程深度和专业知识。
但是，它们所做的那样，他们还推动供应商将自定义功能合并到他们所需要的部件中。
英特尔过去曾表示，在其出售给运营大型数据中心的公司的服务器处理器中，约有60%是根据客户的需求定制的，通常是通过禁用他们不需要的芯片功能。
谷歌是云计算领域的先行者，从2016年开始，该公司发布了首款定制芯片，名为张量处理单元(TPU)，以降低成本，提高数据中心的人工智能(AI)工作效率。2018年，该公司表示，将允许其他公司通过其云服务购买这些芯片的使用权，以对抗英伟达。它目前使用的是第四代TPU。
微软是云计算行业仅次于亚马逊(Amazon)的第二大参与者，它还投资了数据中心的芯片设计，包括一种基于英特尔fpga的可编程芯片，可以运行人工智能任务。
亚马逊为其云计算部门AWS设计了各种网络芯片和其他处理器，包括基于arm的蓝图设计的服务器cpu系列Graviton。2018年推出第一代“引力子”cpu后，每年都在进行升级。去年，该公司推出了Graviton3, 64核封装了超过500亿个晶体管，并支持DDR5和PCIe Gen 5。
AWS曾表示，剔除英特尔(Intel)主导数据中心的至强(Xeon)服务器处理器中不必要的功能后，它将看到性能的提升，因此它已经开始生产自己的处理器。
据AWS称，基于其内部Arm服务器cpu的云计算服务，由于能效和速度的提高，成本明显低于其他依赖英特尔至强芯片的云计算服务。
亚马逊推出了另一款名为Trainium的服务器芯片，旨在训练机器学习模型，并准备与英伟达(NVIDIA)的图形处理器(gpu)展开竞争。该芯片将于2022年初向客户提供。这家云供应商表示，它的培训成本将比英伟达的旗舰gpu低40%。该公司还公布了经过训练后可以执行人工智能软件的第二代芯片“Inferentia”。
亚马逊在2015年收购了芯片初创公司Annapurna Labs后，就开始了芯片制造的努力。
特斯拉还在抛弃其重量的服务器芯片开发：电动汽车公司去年宣布，它建立了一个称为“D1”的处理器和一个名为“Dojo”的处理器，以便在数据中心中使用来帮助列车在汽车中自动驾驶模式背后的人工智能模型。
定制硅浪涌
随着谷歌、微软、亚马逊和其他科技公司在消费电子市场上挑战苹果的统治地位，它们也在扩大芯片制造的雄心，以缩小与苹果的差距。
谷歌推出了其最新的Pixel 6智能手机，它配备了一个名为张量(Tensor)的定制处理器，该处理器集成了手机的核心处理模块，包括CPU、GPU和其他知识产权(IP)块。
谷歌硬件高级副总裁Rick Osterloh说，张量提供了所需的计算资源，以在图像处理等领域推出高级功能，并希望以此使其产品与众不同。这款芯片是专门为协助人工智能任务而设计的，它取代了高通2016年推出的每一代Pixel中骁龙芯片的位置。
据报道，谷歌即将为其Chromebook笔记本电脑推出内部cpu。据称，该公司计划到2023年左右将其芯片用于运行Chrome操作系统的笔记本电脑和平板电脑。
但在这个阶段，并不是每个技术公司都希望自己处理芯片设计的所有方面。
目前，微软的大部分Surface系列笔记本电脑都使用基于英特尔的处理器。但近年来，该公司与高通(Qualcomm)合作，为其Surface Pro X笔记本电脑设计了基于arm的核心处理器。高通还与微软合作，从头开始开发一种移动芯片，以运行电池供电的超轻增强现实(AR)耳机，供消费者和企业使用。
但这家软件巨头对半导体开发并不陌生。据报道，微软正在为通过云平台出租的服务器开发中央处理器，将来可能也会用于Surface设备。
这家软件巨头去年推出了与Surface笔记本电脑配套的新一代电子笔。里面有一个叫做“G6”的定制芯片，用来恢复在屏幕上写字或画画时失去的一些身体感觉。该芯片可以产生震动，模仿纸上钢笔的触感，比如用户在纸上潦草地写一个词，可以删除它，或圈出一个短语，可以选择或突出显示它。
权力转移
科技公司将芯片设计带入内部的规模给芯片公司带来了挑战。他们的客户有足够的财力完全绕过他们，自己制造芯片。
美国市场上最大的美国半导体公司Nvidia的价值约为6.95亿美元。英特尔为2.26亿美元。Apple，Amazon，Microsoft和Google父母的字母表在市场估值中的每一美元1.5万亿美元。
微软还在说服芯片领域的合作伙伴将其知识产权应用到他们的产品中。
微软(Microsoft)推出了一款名为Pluton的超安全协同处理器，该处理器将用于未来的个人电脑芯片，包括其Surface笔记本电脑。微软设计的模块可以通过将密码或其他信息中的密钥锁定在CPU的一个安全区域内，从而阻止被盗。Pluton承诺将在硬件和软件上增加另一层保护，以防止试图进入系统的黑客。
英特尔、AMD和高通计划将超级安全的Pluton安全模块整合到未来运行Windows操作系统的电脑cpu中。微软在2018年推出了Pluton，作为其Azure Sphere物联网服务的一部分，并与芯片公司合作，将其构建为物联网设备的微控制器。
AMD计划在2022年初使用芦苇的PCS为PC的第一个X86处理器。
严肃的竞争
最终，亚马逊和其他硅谷泰坦表示他们希望通过提供更多选择，并在此过程中推动半导体供应商加强他们的游戏，提高芯片行业的竞争。
目前还不清楚，苹果、亚马逊或其他科技巨头在这个阶段将采取什么措施，才能重新使用现成的第三方芯片。即便如此，芯片公司也需要长期认真对待竞争。
对于英特尔(Intel)、高通(Qualcomm)和其他芯片巨头来说，2022年将是试图证明客户错误的又一年。
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