نگاهی به نگرش آرم در امر طراحی و تولید تراشه و علت موفقیت آن - زومیت

نگاهی به نگرش آرم در امر طراحی و تولید تراشه و علت موفقیت آن

حتی اگر با دنیای گوشی و تبلت آشنایی مختصر داشته باشید، حتماً با پردازنده‌های طراحی شده بر اساس معماری ARM آشنایی دارید و برخی از مدل‌های معروف مبتنی بر آن را به خوبی می‌شناسید. کمپانی انگلستانی آرم با طراحی و فروش گواهی یا لایسنس، کسب درآمد می‌کند و در سال‌های اخیر با توجه به اقبال کاربران و رشد عجیب بازار وسایلی مثل گوشی و تبلت، به یک کمپانی معروف تبدیل شده است. حتی اینتل که بزرگ‌ترین سازنده‌ی تراشه در جهان است هم توجه خاصی به آرم و این بازار دارد. در این مقاله می‌خواهیم استراتژی آرم برای طراحی و تولید تراشه را بررسی کنیم و علت موفقیت آن را بدانیم.

تکرار مکررات است اگر بخواهیم تراشه‌های مبتنی بر آرم را نام ببریم، که بسیارند و پرکاربرد. حتماً نام تراشه‌هایی مثل S600 و S800 کوآلکام را شنیده‌اید. تراشه‌هایی که با گوشی‌های رده اول اندرویدی معروف و محبوب شده‌اند. تراشه‌های اگزینوس سری 4000 و 5000 سامسونگ هم کاملاً شناخته شده هستند. انویدیا با تگرا 2، تگرا 3 و حالا تگرا 4، اپل با تراشه‌های A5، A5X، A6 و A6X که در آیفون‌ها و آیپد‌ها به کار برده، همه و همه بر اساس معماری آرم طراحی و تولید شده‌اند. در مقابل به تراشه‌های اینتلی در بازار تبلت و گوشی نگاهی بیندازیم.

اینتل از سال 2008 به شدت تلاش کرده تا تراشه‌های خوب و ارزانی برای وسایل همراه طراحی و تولید کند و از این طریق هم کسب درآمد کند؛ اما موفقیت اینتل در این عرصه به ارقام کوچک و کم‌اهمیت محدود می‌شود. مِدفیلد، کلاورتریل، کلاورتریل پلاس و حالا رقیب قدرتمند آرم‌ها یعنی هسته‌های سیلورمونت، اینتل به شدت کوشیده و خواهد کوشید.

بله، در سال 2012 وضعیت اینتل کمی تغییر کرده و امروز بالاخره سیستم روی چیپ‌ها (یا SoC) خانواده‌ی اتم به مرحله‌ای رسیده‌اند که به نظر می‌رسد توان رقابت با تراشه‌های طراحی شده بر اساس هسته‌های آرم را دارند. فرآیند تولید تراشه‌ی 22 نانومتری اینتل هم بسیار پیشرفته شده است. در اواخر سال جاری میلادی یعنی کمتر از 6 ماه تا رونمایی از اولین تبلت طراحی شده با تراشه‌های جدید خانواده‌ی اتم خواهیم بود و در اوایل سال 2014 نیز اولین گوشی هوشمند با چنین قلب تپنده‌ای وارد بازار می‌شود. اینتل این روزها از تراشه‌های رقابتی خود یعنی Bay Trail با هسته‌های Silvermont سخن می‌گوید و آرم از جادوی تراشه‌های خود.

اینتل در دنیای پی‌سی مدت‌هاست که حضور موفق خود را گسترش داده و پردازنده‌های بسیار خوبی طراحی و تولید کرده است. آرم هم در دنیای وسایل همراه فعالیت مشابهی داشته است. اما اینکه در آینده‌ی نزدیک کدام کمپانی مغز متفکر دنیای تراشه‌های کم‌مصرف و کوچک وسایل همراه است، فعلاً مشخص نیست و جای بحث دارد.

در ابتدا می‌خواهیم وضعیت فعلی آرم را بررسی کنیم و برای شروع به بررسی مدل تجاری آرم می‌پردازیم.

در صنعت پی‌سی، مفهومی به نام کارخانه‌ی طراحی و تولید نیمه‌هادی چیز عجیبی نیست. انویدیا یک مثال معروف از چنین کمپانی‌ای است. امروز AMD هم چنین وضعیتی دارد. کار یک کمپانی طراحی و تولید این است که تراشه‌های خود را به طور کامل طراحی کرده و تولید آن را به یک کمپانی شریک می‌سپارد. بدین ترتیب در کارخانه‌های سازندگان تراشه مثل TSMC تایوان، Global Foundries آمریکا و سامسونگ کره‌ای، تراشه‌ها ساخته می‌شوند.

با استفاده از این روش طراحی و تولید، هزینه‌ها کاهش می‌یابد ولیکن محصول نهایی در گروی فعالیت شرکاست. ظرفیت تولید، کیفیت و زمان‌بندی فرآیند تولید به برنامه‌ی کاری سازندگان تراشه وابسته است. شاید این موضوع همیشه مشکل‌زا نباشد، اما گاهاً در عرضه‌ی به موقع محصول مشکل ایجاد می‌کند. مشکلاتی مثل کنترل کیفیت اولین تراشه‌های 40 نانومتری TSMC، زمان‌بندی تولید تراشه‌های 28 نانومتری در گلوبال فاندریز و یا ظرفیت تولید زودهنگام تراشه‌های 28 نانومتری TSMC از جمله مشکلات به وجود آمده است.

آرم یک قدم فراتر از کمپانی‌های طراحی و تولید نیمه‌هادی رفته است، بدین صورت که هیچ تراشه‌ای را خودش نمی‌فروشد بلکه به طراحی IP تراشه یعنی معماری مجموعه دستورات، مایکروپراسسور، پردازنده‌ی گرافیکی و ارتباط داخلی اجزاء پرداخته و سپس لایسنس استفاده از آن را به هر کمپانی دیگری که خواهان استفاده از آن باشد، می‌فروشد. مشتریان آرم، IP موردنظر را در سیلیکون‌های خود استفاده می‌کنند. بنابراین مشتریان چنین کمپانی‌ای ممکن است خود دارای کارخانه باشند و تراشه تولید کنند و یا ممکن است یک کمپانی طراحی و تولید نیمه‌هادی باشند.

مشخص است که روش کاری کمپانی آرم یک روش ویژه است مخصوصاً اگر آن را با پرچم‌دار دنیای پی‌سی یعنی اینتل مقایسه کنید. اگر از دید اینتل نگاه کنیم، فروش زودهنگام لایسنس x86 یک اشتباه مهلک بوده، اما به هر حال اینتل به سرعت روش خود را تغییر داد و به جای فروش لایسنس، خود به تولید تراشه پرداخت. اینتل کارخانه‌های خودش را دارد، خودش طراحی می‌کند، تولید می‌کند و محصولات را در بازارهای مختلف به فروش می‌رساند. در حقیقت اینتل همه‌ی کارها را خودش انجام می‌دهد و برای رسیدن به چنین مرحله‌ای، بسیار کوشیده است. نتیجه‌ی تلاش اینتل این است که حالا درصد زیادی از فروش محصولاتش سود خالص است.

دنیای گوشی‌های عظیم‌الجثه یک دنیای متفاوت است یا شاید حداقل این روزها متفاوت شده است. در دنیای پی‌سی اینتل پلتفرم را طراحی و تعریف می‌کند و در نهایت بخش بزرگی از هزینه‌ی قطعات، روانه‌ی جیب اینتل می‌شود. اما در دنیای گوشی و تبلت وضعیت متفات است چرا که هزینه‌ی استفاده از پردازنده کمتر از 10 درصد قیمت محصول را تشکیل می‌دهد. به عنوان مثال در مورد یک تبلت یا گوشی 400 دلاری، هزینه‌ی SoC تنها 15 دلار یا 3.75 درصد است. از نظر اینتل در نهایت پیچیدگی سیلیکونی که به عنوان پردازنده در گوشی قرار می‌گیرد به حدی زیاد می‌شود که این درصد کم افزایش می‌یابد ولیکن آنچه این روزها در بازار وسایل همراه می‌بینیم، حکایت دیگری است و شاید در آینده‌ی نزدیک هم وضعیت به همین صورت ادامه بیابد.

آرم چطور تجارت می‌کند؟

روش کار آرم بسیار ساده است و با آنچه در دنیای پی‌سی شاهد هستیم، متفاوت می‌باشد. به طور کلی آرم سه نوع لایسنس اصلی به مشتریان واگذار می‌کند: POP، پردازنده و معماری.

لایسنس پردازنده اجازه‌ی استفاده‌ی مایکروپراسسور یا پردازنده‌ی گرافیکی طراحی شده توسط آرم است. در این صورت نمی‌توان طراحی را تغییر داد، اما می‌توان از آن به هر شکل ممکن استفاده کرد. به عنوان مثال تراشه‌های اگزینوس اُکتای سامسونگ را در نظر بگیرید، در این تراشه‌ها از 4 هسته‌ی ARM Cortex A7 و 4 هسته‌ی Cortex A15 استفاده شده است. این روش استفاده بیان‌گر لایسنس استفاده از پردازنده است.

آرم در مورد کاربرد طرح‌ها در سیلیکون راهنمایی‌هایی می‌کند، اما در نهایت تیم به کارگیری فیزیکی پردازنده است که برای رسیدن به بهترین فرکانس در توان مصرفی مورد نظر تصمیم می‌گیرد.

2 arm

بسته‌ی بهینه‌سازی پردازنده یا Processor Optimization Pack یک قدم فراتر از لایسنس استفاده از پردازنده است. اگر مشتری در کاربرد فیزیکی پردازنده ماهر نباشد، آرم با فروش POP به آنها کمک می‌کند و یا به عبارت دیگر یک طرح یک پردازنده‌ی بهینه را به مشتری می‌فروشد تا پس از تولید در یک کارخانه‌ی خاص، حداقل کارایی مشخص شده را دارا باشد.

در مورد هسته‌های Cortex A8 آرم، اپل و سامسونگ به شکل خاصی از آن استفاده کردند که باعث بهینه شدن فرکانس در برابر توان مصرفی شد. این دو کمپانی به مواردی که طراحی و کاربرد Cortex A8 را دشوار می‌کرد، دسترسی داشتند؛ اما بسیاری از دیگر تولیدکنندگان پهنای باند لازم و یا بودجه‌ی کافی برای انجام بهینه‌سازی‌ها را نداشتند.

POPها برای ترکیبی از پردازنده‌ها، کارخانه‌ها و فرآیندهای تولیدی مختلف آماده شده است. به عنوان مثال برای تولید پردازنده‌ی Cortex A12 در کارخانه‌ی TSMC طی فرآیند تولید 28 نانومتری HPM یک POP مشخص وجود دارد.

آخرین و کامل‌ترین لایسنس، لایسنس معماری است. در این روش آرم لایسنس یکی از معماری‌ها مثل ARMv7 یا ARMv8 را به مشتری واگذار می‌کند و مشتری می‌تواند به هر شکل دلخواهی از آن استفاده کند.

کوآلکام برای طراحی و تولید هسته‌های Krait و اپل برای طراحی هسته‌های Swift از این لایسنس استفاده کرده‌اند. چنین مایکروپراسسورهایی با معماری‌ استاندارد صنعتی (یا ISA) هسته‌های Cortex A15 سازگاری دارند، اما کاربرد خاصی از معماری استاندارد صنعتی آرم هستند. برای تأیید سازگاری باید طبق دستورالعمل آرم عمل کرده و تست‌ها را یکی پس از دیگری انجام داد. آرم پشتیبانی‌هایی برای طراحان در نظر گرفته ولی تصمیم نهایی، استفاده و بررسی اعتبار طرح‌ها بر عهده‌ی مشتری است.

3 arm

از نگاه آماری آرم حدود 1000 لایسنس به 320 کمپانی مختلف فروخته است. از این 320 کمپانی تنها 15 مورد لایسنس معماری را در اختیار دارند.

درآمد آرم از کجاست؟

ای‌ام‌دی، اینتل و انویدیا همگی با فروش تراشه کسب درآمد می‌کنند، اما درآمد آرم به طور کامل از طریق فروش لایسنس است. دارندگان لایسنس، شرکا و مشتریان هستند که در نهایت تراشه‌ای تولید کرده و می‌فروشند.

آرم از فروش لایسنس به دو شکل کسب درآمد می‌کند. اولین روش هزینه‌ی لایسنس طراحی است. هر چه طراحی پیچیده‌تر باشد، هزینه‌ی آن نیز بیشتر است. به عنوان مثل ARM11 هزینه‌ی طراحی کمتری نسبت به ARM Cortex A57 دارد. معمولاً هزینه‌ی طراحی بین 1 میلیون دلار تا 10 میلیون دلار است ولیکن گزینه‌هایی با هزینه‌ی کمتر یا بیشتر هم وجود دارند.

دومین روش هزینه‌ی تولید است که برای هر تراشه محاسبه می‌شود. حدود 1 تا 2 درصد قیمت هر تراشه‌ای که در آن از طرح‌های آرم استفاده شده باشد، هزینه‌ی تولید طرح‌های آرم است. در مورد تراشه‌هایی که به صورت جداگانه فروخته می‌شوند، محاسبه‌ی این هزینه به راحتی صورت می‌گیرد اما اگر سازنده‌ای تراشه را تولید کرده و در محصولی مثل گوشی و تبلت استفاده کند، هزینه‌ی مورد نظر بر اساس قیمت تراشه در بازار محاسبه می‌شود.

هر دو هزینه‌ی مذکور به صورت توافقی تعیین می‌شوند. اگر از چند هسته‌ی آرم در یک تراشه استفاده شود، تخفیفی نیز به آن تعلق می‌گیرد و اینجا جایی است که نقش قراردادهای پشتیبانی روشن می‌شود.

باس‌ها و واسط‌ها هزینه‌ای ندارند، مشتری تنها برای لایسنس پردازنده‌ی اصلی و گرافیکی هزینه می‌پردازد. پردازنده‌ی گرافیکی Mali آرم معمولاً یک جزء اضافی است و هزینه‌ی استفاده از آن کمتر از هسته‌های جدید و پیشرفته‌ی آرم می‌باشد.
طراحیهزینه ی هر تراشه
ARM7/9/111 تا 1.5 درصد
ARM Cortex A-series1.5 تا 2 درصد
ARMv8 Based Cortex A-series2 درصد و بیشتر
Mali GPU0.75 تا 1.5 درصد
Physical IP Package (POP)0.5 درصد

در مورد هزینه‌ی لایسنس POP، کارخانه می‌بایست آن را بپردازد نه مشتری. این هزینه بر اساس تعداد ویفرهای سیلیکونی محاسبه می‌شود و برای هر تراشه‌ای که فروخته شود، 0.5 درصد است.

معمولاً حدود 6 ماه طول می‌کشد که قرارداد واگذاری لایسنس بسته شود. از زمان دریافت لایسنس تا اولین فروش نیز حدود 3 تا 4 سال فاصله‌ی زمانی وجود دارد. بعد از آن بسته به بازار می‌توان تا 20 سال به فروش طرح‌ها پرداخت.

در حال حاضر از 320 کمپانی دارنده‌ی لایسنس آرم، تنها نیمی تراشه می‌فروشند و هزینه‌ی آن را می‌پردازند. سایر کمپانی‌ها در مراحل بستن قرارداد تا فروش تراشه هستند. آرم هر ساله حدود 30 تا 40 قرارداد واگذاری لایسنس جدید منعقد می‌کند.

حدود 80 درصد کمپانی‌هایی که لایسنس آرم را دریافت می‌کنند، در نهایت تراشه‌ای روانه‌ی بازار می‌کنند و 20 درصد دیگر یا به کمپانی دیگری ملحق می‌شوند و یا به دلایلی شکست می‌خورند. هزینه‌ی تولید تراشه حدود 50 درصد درآمد آرم را تشکیل می‌دهد و هزینه‌ی لایسنس طراحی نیز 33 درصد آن را، 17 درصد باقیمانده بین نرم‌افزارها و پشتیبانی به طور مساوی تقسیم می‌شود.

درآمد آرم زیاد و رو به رشد است ولی همچنان یک کمپانی نسبتاً کوچک می‌باشد. در سال 2012 آرم حدود 913 میلیون دلار درآمد داشته که با توجه به روش تجاری خاص این کمپانی بیش از 94 درصد آن سود است. البته هزینه‌ی فعالیت‌ها نیز 45 درصد کل را تشکیل می‌دهد.

انواع لایسنس‌ها

قبلاً در مورد نوع لایسنس اصلی صحبت کردیم اما آرم انواع و اقسام لایسنس‌ها را واگذار می‌کند.

لایسنس آکادمیک تقریباً رایگان است. در این مورد نمی‌توان هیچ طرحی را فروخت، اما برای آشنایی با معماری آرم بسیار خوب است. DesignStart هم یک لایسنس ارزان‌قیمت برای بخش تحقیقاتی و آکادمیک یک کمپانی است. دارنده‌ی لایسنس دیزاین‌استارت هم نمی‌تواند طرحی را بفروشد و لذا هزینه‌ی لایسنس طراحی بسیار کم یا شاید صفر است.

آرم لایسنس استفاده‌ی موردی را به کمپانی‌هایی که در یک پروژه می‌خواهند از یکی از هسته‌ها استفاده کنند را واگذار می‌کند. هزینه‌ی این لایسنس برای هسته‌های خانواده‌ی Cortex A حدود 1 میلیون دلار به اضافه‌ی 2 درصد قیمت هر تراشه‌ی فروخته شده است. این لایسنس برای استارت‌آپ‌هایی که به یک طرح خاص نیاز دارند مفید است.

4 arm

لایسنس‌های چندمنظوره برای کمپانی‌های بزرگ‌تر کاربرد بیشتری دارند چرا که می‌توان طرح‌ها را در محصولات مختلف با تعداد بالا در مدتی معین مثلاً یک دوره‌ی 3 ساله به کار برد. در این مدت می‌توان هر تعداد تراشه‌ای که لازم باشد طراحی کرد اما با منقضی شدن دوره‌ی قرار داد، طراحی محصول جدید ممکن نیست.

لایسنس‌های چندمنظوره‌ی دائمی نیز در کمپانی‌های بزرگ به کار می‌روند. دارندگان چنین لایسنسی می‌توانند یک هسته را در تراشه‌ها و محصولات مختلفی به کار ببرند و هیچ محدودیتی پیش رویشان نیست. برخی لایسنس‌ها اجازه‌ی استفاده از هسته‌ها برای مدت طولانی مثل 10 سال و 20 سال را می‌دهند و کاربرد زیادی دارند. لایسنس‌های دائمی نیز به همان اندازه کارایی دارند.

بهترین لایسنس آرم، لایسنس معماری است که Marvell، اپل و کوآلکام 3 مورد از 15 کمپانی بزرگی هستند که چنین لایسنسی در اختیار دارند.

3 شریک نزدیک آرم

با توجه به اینکه کمپانی آرم هیچ تراشه‌ای تولید نمی‌کند، به شرکایی نیاز دارد که همیشه تراشه‌هایی مبتنی بر آخرین و جدید‌ترین هسته‌های طراحی شده توسط آرم را تولید کنند. آرم پس از طراحی هر پردازنده‌ی جدیدی 3 شریک نزدیک برای خود انتخاب می‌کند. علت انتخاب 3 شریک این است که محصولات مبتنی بر طراحی جدید آرم برای بخش‌های مختلف بازار، مهیا شوند. تراشه‌های مبتنی بر هسته‌های آرم به جز بازار گوشی‌ها و تبلت‌ها، راه خود را به سمت بخش‌های مختلف صنعت، محصولات صوتی تصویری خانگی، تلویزیون‌ها و دیگر قطعات سخت‌افزاری باز کرده‌اند.

سه کمپانی منتخب سریع‌تر از سایر سازندگان به طرح‌های جدید آرم دسترسی دارند و در عوض برای آزمایش و رفع مشکلات طرح‌های جدید پیش‌قدم می‌شوند و حتی بازخوردی در مورد کارایی آن به آرم می‌دهند. بنابراین سه کمپانی مورد بحث محصولاتی مبتنی بر آخرین دستاوردهای آرم را زودتر از رقبا روانه‌ی بازار خواهند کرد.

سهم آرم از بازار

در سال 2012 دارندگان لایسنس آرم یا در واقع مشتریان و شرکای آرم حدود 8.7 میلیار تراشه فروخته‌اند. بسته به بازار مصرف ممکن است برخی تراشه‌ها یک و برخی چند هسته‌ی آرم داشته باشند. در یک گوشی هوشمند ممکن است چند هسته‌ی آرم مشغول به کار باشد، نه تنها در بخش پردازنده بلکه حتی در مودم آن نیز ممکن است هسته‌های آرم به کار گرفته شده باشد.

علی‌رغم اینکه آرم درصد بسیار زیادی از بازار وسایل همراه را به خود اختصاص داده و سهم بالای 90 درصدی دارد، بیش از نیمی از تراشه‌های فروخته شده در بخش‌های دیگر بازار به فروش رفته‌اند. بازار موسسات بزرگ و تجاری، محصولات صوتی تصویری، تلویزیون‌ها و غیره، همگی کم و بیش از هسته‌های آرم استفاده می‌کنند و در سال‌های بعد نیز همین بخش بازار یکی از دلایل پیشرفت آرم خواهند بود. در سال 2017 پیش‌بینی می‌شود که شرکای آرم چیزی در حدود 41 میلیارد تراشه را به فروش برسانند و هر سال از لایسنس‌های آرم استفاده کنند.

5 arm

حرف آخر

مدل تجاری کمپانی آرم از قدرت و ظرفیت کمپانی‌های مختلف استفاده می‌کند و تولیدی گسترده و در مقیاس بزرگ است. بنابراین احتمال شکست خوردن آن نسبتاً پایین می‌باشد. تولیدکنندگان و طراحی کنندگان مختلفی از لایسنس طراحی یا تولید آرم استفاده می‌کنند و به سرعت و با هزینه‌ی نسبتاً پایین تراشه‌ها را روانه‌ی بازار می‌نمایند. هیچ یک از کمپانی‌های این زنجیره‌ی بزرگ نسبت به دیگر کمپانی‌ها ریسک زیادی را تحمل نمی‌کند. در واقع استراتژی طراحی و تولیدی که آرم اتخاذ کرده بر همکاری شرکا استوار است و یکی از دموکرات‌ترین روش‌های تولید و فروش تراشه است. به همین علت است که تاکنون نتیجه‌ی خوبی در پی داشته است.

روش آرم به چندین سازنده‌ی بزرگ تراشه این امکان را می‌دهد که به صورت مداوم تراشه تولید کنند و لذا قیمت‌ها همیشه پایین می‌ماند و قدرت در دست یکی از کمپانی‌ها متمرکز نمی‌شود. علی‌رغم اینکه برخی فاکتورها مثل بازار مودم یا لایسنس پتنت‌ها در برخی بازارها حاکم شده، اثر کلی آرم روی صنعت الکترونیک مثبت و رو به ترقی است و قیمت سیلیکون را در حد پایینی حفظ کرده است. کمپانی آرم است که به قول کوآلکام اینترنت وسایل مختلف را ایجاد کرده، اینترنتی که در آن تقریباً همه‌ی وسایل با هم رابطه دارند و محاسبه می‌کنند.

آرم در بازار گوشی و تبلت کاملاً شناخته شده است اما بیشتر فروش آن در سایر بخش‌های بازار و در واقع در سایر وسایل الکترونیکی است. برای آرم این شانس وجود دارد که در آینده‌ی نزدیک درصد سود خود را با توجه به تولید و فروش گوشی‌های رده‌اول افزایش دهد، اما اینتل هم در این سال‌ها تمام توان خود را به کار گرفته تا سهمی از این بخش بازار به خود اختصاص دهد. به هر حال حتی اگر اینتل با تراشه‌های جدید و قدرتمند خود، در این بخش از بازار هم حاکمیت پیدا کند، کار آرم به پایان نمی‌رسد و در دیگر بخش‌ها به حیات خود ادامه می‌دهد.

7 arm

در روزهای بعد زومیت را دنبال کنید تا در مورد آخرین معماری‌های آرم مثل Cortex A12، A53 و A57 بیشتر برایتان بگوئیم و مسأله‌ی معماری big.LITTLE یا هسته‌های پردازنده‌ی گرافیکی Mali را بیشتر بررسی کنیم.

به نظر شما آرم در سال‌های بعد چطور در مقابل اینتل قدرتمند ظاهر می‌شود؟ آیا رقابت این دو طراح جسور و متفکر به برتری کامل یکی می‌انجامد؟

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده
تبلیغات

بیشتر بخوانید