雲端芯片市場多線開戰

2019年重回全球半導體領導廠商地位的Intel,在同年6月宣佈收購在全球數據中心領域中,以以太網交換機芯片以及軟體聞名的新

創業者Barefoot(2013年成立),收購金額並未說明。值得一提的是,GPU芯片大廠NVIDIA在3月時,以69億美元的代價,併購Barefoot競爭對手但規模更大的Mellanox;Intel當時則出價55億美元,未獲對方青睞。

Intel對外聲明,強化數據中心互聯方案,提供客戶更充沛的資源,利用高速成長的龐大數據來提升競爭力,是其認定的六項重要技術基礎之一(Process and packaging, Architecture, Memory, Interconnect, Software and Security)。而Barefoot Networks在雲端網絡架構、P4可編程軟體與編譯器、交換機芯片、驅動程式軟體,網絡遙測等面向具備互聯技術的專業知識,因此促成本次的併購案。

全球雲端運算應用趨勢剖析

在Amazon、Google與Microsoft等雲端大廠帶頭下,全球資料中心市場持續成長,帶動x86架構伺服器的需求,也為當中具近壟斷地位、以Xeon處理器為主力產品的Intel挹注豐厚營收。Intel資料中心事業部營收在2018年以前呈現持續成長態勢,營業利潤表現與佔公司總營收比重也同步爬升,其重要性已十分明顯。

網通大廠Cisco在2018年發表之Global Cloud Index報告中指出,在雲端應用的高速發展下,2021年全球雲端資料中心流量將達19.5Zettabytes的水準(2016年為6Zettabytes),並佔據各型資料中心整體95%的流量。

在上述預測下,裝載上千臺伺服器、佔地達萬平方英尺的超大型雲端資料中心在2021年可達628座,較2016年的水準(338座)大幅增加。上述地點屆時將佔有全球資料中心53%伺服器數量、65%資料儲存量,以及55%的數據流量。

另一方面,為支援低延遲與IoT應用(多人云端遊戲、AR/VR、智慧製造與V2X等)、分散運算與儲存等需求,相對一般資料中心規模(設備數量、場域大小、用電等面向)較小的邊緣運算市場也受到矚目。

資料中心三項主要IT設備:伺服器(Server)、儲存裝置(Storage)、交換機(Switch),在各型資料中心持續擴展下,市場穩定成長,也吸引許多業者投入開發產品。其中,從網絡通訊的觀點,包括資料中心聯外的骨幹網絡、機架間的連結,以及上述三大設備的通訊介面,主要有以太網絡、光纖通道與InfiniBand三大類,分別常見於伺服器/交換機、儲存裝置、高性能的超級電腦領域。

云端芯片市场多线开战

高速運算急速成長成為併購幕後推手

隨雲端資料量大幅成長,使得高速傳輸具有迫切需求,上述3大陣營持續朝100G發展。其中,由電機電子工程師學會主導的Ethernet陣營,在Cisco、Juniper、Arista、HPE、DELL等交換機與伺服器大廠主導下已朝400G、800G方向邁進,同期間另外兩個陣營則發展至200G規格。Ethernet在大廠支持、高速傳輸標準發展領先下,持續擴展在伺服器/交換機與儲存裝置的市佔;InfiniBand則守住在超級電腦領域的主要地位。

Intel對於發展自有高速傳輸介面一直十分積極,最主要的佈局即為2012年併購InfiniBand業者QLogic,並於2015年正式量產的「Omni-Path」規格。然而,無論在交換機(未獲多數OEM業者主力產品採用)、儲存裝置(多家大廠支持另一個開放標準)與超級電腦領域(InfiniBand主導業者Mellanox技術與市佔領先),Omni-Path未能取得預期成績。因此Intel併購Barefoot後,2019年7月也宣佈不再繼續發展Omni-Path藍圖,集中資源投入Ethernet後續標準與產品發展。

2019年在伺服器之核心處理器市場,Intel目前仍維持9成以上市佔率,主要對手為半導體大廠AMD,持續開發高性能效率、高兼容性的第二代EPYC處理器,爭取DELL、 IBM與Nokia等大廠青睞。GPU大廠NVIDIA如前文所提,更提出高於Intel之收購價,與資料中心聯網芯片Tier1業者Mellanox完成整並協議。

NVIDIA執行長黃仁勳針對此項併購,明白說明背後動機。網絡資料量高速增加下,促使資料中心內部伺服器間,東西向水平資料傳輸呈現指數型成長態勢。後續,資料中心將轉變成數萬運算節點的巨型運算引擎,對於特別是雲端大廠,在建置下一代資料中心時,將採用新架構。NVIDIA已看出可能的市場變化,在硬體加速與聯網加速進行雙邊佈局,來滿足客戶的潛在需求。

Broadcom/Marvell進逼交換機市場競爭更猛烈

在交換機領域,Broadcom擁有完整交換機處理器、以太網絡與Fiber Channel方案;在伺服器、儲存裝置領域也有對應的搭配產品。有別於多數對手的策略,Broadcom近兩年的併購主題鎖定軟體,包括CA Technologies與Symantec兩家業者,深化企業、資料中心市場的產品組合,為客戶提供更具成本效益與彈性的授權合作模式,成為橫跨硬軟體整體解決方案大廠。

另一家交換機芯片大廠Marvell,從2018年起也進行多個併購案。首先是2018年收購伺服器處理器知名廠商Cavium,取得其以ARM處理器架構開發的ThunderX系列產品;2019年分別買下ASIC業者Avera與以太網絡IC設計業者Aquantia。Marvell原本在伺服器、交換機、儲存裝置都有對應產品,透過上述併購增加產品完整性與技術實力,展現深耕資料中心市場的決心。

在主要對手近兩年積極佈局下,Intel透過補強通訊處理器提高資料中心方案完整度,鞏固伺服器芯片市場領導地位。

放眼未來英特爾朝擴大生態系邁進

Intel收購Barefoot的新聞,從其本身競爭力提升的角度,獲得主流媒體、市場分析機構與產業的正面評價。首先,在既有的伺服器處理器市場上,RISC與Unix搭配的ARM陣營(如Cavium)、共同屬於x86架構下的對手AMD,以及IBM等大廠之自研平臺,至少目前都未對Intel在數據中心的霸主地位帶來威脅。但在NVIDIA、AMD等對手加強資料中心產品佈局下,Intel做出此項回應。

Barefoot的Tofino系列主要特色在於導入開源P4程式語言而具備可編程能力,藉以執行多元數據封包功能,例如防火牆或負載平衡、效能監控和遙測。上述的重要性在於雲端大廠甚至大型企業,其資料中心未來將可能需要更多客製化的軟硬體,Intel的網絡工程師未來可與客戶合作(或客戶自行開發),從芯片端就能開發專屬功能,為伺服器等設備帶入更多AI與機器學習元素,提升資料中心的自動化與運作效率。

整體而言,Intel回應主要對手NVIDIA收購Mellanox、AMD積極推出新伺服器平臺的動作,併購目前在資料中心互聯產品中,具備競爭力的新

創業者Barefoot。這家公司在400G以太網絡技術位於領先群,可協助Intel掌握最新通訊規格動向與產品發展能力。而環顧Intel在資料中心的方案,在Xeon和Atom伺服器芯片外,幷包括Altera(Arria和Stratix FPGA方案)、Nervana(Spring Crest神經網絡處理器)、Barefoot(Tofino交換機ASIC),可提出更完整的產品包裝。

Intel在併購Barefoot之前,曾在2011年以未公開的價格,收購了專門為數據中心網絡設備商設計以太網交換機芯片的Fulcrum Microsystems,這家公司當時發展了10G/40G產品,並與交換機主要業者Arista展開合作。

回顧過去8年,Intel並未充分利用Fulcrum的技術,在交換機領域發展出獲得主流業者採用之以太網絡產品。

另一方面,Intel在2012年以1.25億美元代價收購QLogic的InfiniBand資產,後續推出自有的Omni-Path規格,經過3年推廣,決定在2019年停止後續投資。上述案例大致說明,Intel發動許多併購活動,包括在網絡通訊領域佈局,常見後來兩種發展變化,一為Intel藉機發展自有標準並對外推廣,一為該公司技術後續未充分發揮預期能量,消失在後續相關產品藍圖中。

然而,資料中心市場在雲端大廠主導,並採用開源標準、軟體定義網絡(Software-Defined Networking, SDN)、網絡功能虛擬(Network Functions Virtualization, NFV)等技術下,整個生態系更加開放。後續,資料中心無論朝向超大型架構或者微型化的邊緣運算架構,天秤兩端的品牌大廠與新創小廠都擁有成長機會,為雲端服務業者與企業客戶提供基於開放軟硬體平臺下的客製化產品。

上述的產業樣貌與過去PC領域不同,Intel已掌握上述趨勢,併購Barefoot後藉由其以太網絡領先且創新的技術,不再創造自有標準而於相同基礎上提出更具競爭力的產品,帶領整個生態系做大市場規模。

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