中国半導体産業協会：中国の集積回路産業の総収入は2021年に1兆458.3億元に達し、前年比18.2％増加した。

2014年に集積回路発展要綱が発表されて以来、国内のチップ産業は急速に発展しました。中国半導体産業協会が発表した統計によると、国内の集積回路産業はここ数年の急速かつ安定した成長傾向を継続し、2021年に業界総収入が初めて1兆元を超え、前年比18.2%増の1兆458.3億元に達した。

そのうち、デザイン産業の売上高は4,519億元で、前年比19.6%増加した。製造業の売上高は3,176.3億元で前年比24.1%増加した。包装・検査業界の売上高は2,763億元で、前年比10.1%増加した。

上図からわかるように、国内集積回路の成長率は若干低下しているものの、前年比15％以上の増加を維持しており、市場全体は着実に上昇傾向にあります。しかし、国内のチップ業界にとって、祝うべき時はまだ遠い。

多くの専門家が述べているように、過去数十年間の国産チップの開発は、主に単純なチップと、国産品の直接的な「模倣」代替品に重点を置いてきました。しかし、世界的な需要の変化、上流技術の更新、国際情勢の変化により、これではもはや我が国の膨大な国内需要を満たすことができず、国内のチップ産業は深刻な状況に陥っています。 「ビッグチップ」は重要な方向性の一つです。

しかし、今世紀初頭の困難な道のりとは異なり、国産大型チップは今、新たなスタートラインに立っている。

20年間の努力: 携帯電話からデータセンターまで

実際に業界では「ビッグチップ」が何であるかについての決まった定義はありませんが、携帯電話やデバイス内のCPU、GPU、DSPなどのチップ、さらに近年普及しているDPUやAIチップはすべてビッグチップと呼ばれているというのが一般的な認識です。 Intel、Nvidia、AMD、Qualcomm、MediaTek、Marvellなど、誰もが知っている世界有数のチップ企業は、いずれも典型的な大手チップリーダーです。

2021年第1四半期の世界トップ10チップ設計企業

(出典: TrendForce)

チップ業界の過去数十年の発展において、さまざまな分野におけるこれらの主要なチップリーダーは、複数回の競争を生き残ってきました。特に1987年にTSMCが設立され、ファブレス産業の繁栄を推進して以来、チップ（大型チップを含む）設計企業間の競争は特に熾烈なものとなっている。

2000年頃のインターネットブームの時期を例に挙げてみましょう。当時、インターネットバブルが急成長し、アメリカのベンチャーキャピタルやハイテク企業が次世代のインフラ設備の構築を競い合っていました。予想されるインターネット トラフィックの爆発的な増加に対処するために、彼らはより多くのネットワーク サービスと増え続けるデータ レートを処理できるネットワーク プロセッサに注目しました。不完全な推定によれば、当時このタイプのプロセッサを中心に数十の新興企業が誕生しました。しかし、2007 年の時点で、ネットワーク プロセッサを大量に販売していたのは、Cisco Systems、Marvell、Freescale、Cavium Networks、AMCC、Intel、Ezchip のみでした。

これは、大型チップ業界における競争の残酷さを証明するのに十分ですが、勝者への寛大な利益が、過去数十年にわたって市場の需要に応えて、企業が大型チップをめぐる競争に投資し続ける原動力となってきました。例えば中国では、過去 10 年間のモバイル デバイスの波の中で、多くの主要なチップの「勝者」が登場しました。

2000年頃、中国の情報産業部（工業情報化部の前身）は、ソフトウェア産業と集積回路産業の発展を促進するために「第18号文書」を発行しました。これにより、海外から来た人々が中国に戻り、ビジネスを始めるようになりました。この時期に、中国の携帯電話用チップ大手 Spreadtrum (現 Spreadtrum) が設立されました。これは国産大型チップの発展に大きく貢献するに値する成功例でもある。同時期に、RockchipとActionsが相次いで設立された。彼らは、数年後に設立されたHuawei HiSiliconやAllwinnerとともに、モバイル時代の国産大型チップの先駆者となった。ある意味、これは国内大手チップが端末機器の新波の中で「中国の声」を発した初めてのケースでもある。

国産の大型チップはモバイル分野で着実に進歩しているが、もう一つの巨大な電子端末市場であるパソコンにも根付きつつある。現在国内に数社ある PC チップ製造会社のうち、Loongson は 2001 年に設立され、MIPS からプロセッサ業界に参入した「Loongson Research Group」に遡ります。 Feiteng チームは 1999 年に Arm CPU の研究開発に着手しました。

21 世紀の第 2 の 10 年間に、中国は Zhaoxin と Hygon という 2 つの X86 プロセッサ製造会社を迎え入れました。両社はそれぞれVIAおよびAMDとの協力を通じてX86アーキテクチャのライセンスを取得し、国産CPUの新たな道を歩み始めた。前者はまずコンピューターを、後者はまずデータセンターに注力した。

つまり、海光が設立された年から、国産の大型チップがデータセンターの段階に参入し、すべては2012年に始まりました。

4つの波: AIチップからCPUまで

Semiconductor Industry Observer が公開した記事「Nvidia の AI チップにおける優位への道」では、「2012 年、ディープラーニングの創始者の 1 人である Geoff Hinton の弟子である Alex Krizhevsky が、ディープラーニング畳み込みニューラル ネットワーク AlexNet のトレーニングに成功し、このネットワークを使用して画像分類および認識の分野でパフォーマンスを大幅に向上させ (エラー率は 15%、絶対値で 2 位より 10 パーセント高い)、人工知能における画期的な出来事となった。そして、この先駆的な研究は、Nvidia の GPU を使用して彼が達成した」と説明されています。

NVIDIA は GPU とそのエコシステム CUDA を支配していますが、市場は無限に大きいです。トレーニングと推論における専用 AI チップの可能性に気づき、Graphcore、Cerebras Systems、Habana Labs (すでに Intel に買収済み)、Hailo など、世界中で活発な AI チップ スタートアップの波が起こっています。これは近年の大規模なチップブームの第一波でもある。この波の中で、百度崑崙、綏源科技、地平線ロボット、カンブリアンなど多くの大企業が成長し、さらに多くの新興企業も繁栄し、AIブームの中で競争しています。

この時期に、Nvidia に対する別のタイプの挑戦者、GPU スタートアップが登場しました。これは、私が目にした国内の大規模チップ スタートアップの第二波でもあります。

NVIDIA に詳しい読者なら、この GPU 大手には、グラフィックス アプリケーションをターゲットとするグラフィックス GPU と AI アプリケーションをターゲットとする GPU という 2 つの製品ラインがあることを知っているはずです。この製品シリーズは、GPGPU とも呼ばれます。海外では、IntelとAMDが2つの製品ラインからNvidiaを攻撃している。

中国では、ほとんどの GPU スタートアップ企業が GPGPU 分野への参入を選択しています。著者の不完全な統計によると、Jingjiawei、Loongson、Zhaoxin、Feitengなどの古いブランドメーカーに加えて、Tianshu Zhixin、BiRen、Muxi、Moore Thread、Denglin、Xindongなどの新しい国内GPU企業もあります。

GPUにまだチャンスがある理由について、BiRen Technologyの共同CEOであるLi Xinrong氏はTitanium Mediaのインタビューで次のように語っています。「デジタル経済の時代には、人工知能と高性能コンピューティングの計算能力に対する需要が急速に高まっています。汎用GPUは、高速反復人工知能計算能力の需要を満たすために生まれました。したがって、市場にこの需要があれば、汎用GPUの大規模な実装は確実に実現されます。」

AIチップやGPUの人気が高まる中、もうひとつの「ビッグチップ」であるDPUも登場しました。

専用データプロセッサ（DPU）テクノロジーのホワイトペーパーによると、DPU（データ処理ユニット）は、データを中心に構築された専用プロセッサです。ソフトウェア定義テクノロジーを使用してインフラストラクチャ層のリソース仮想化をサポートし、ストレージ、セキュリティ、サービス品質管理などのインフラストラクチャ層サービスをサポートします。その最も直接的な役割は、CPU オフロード エンジンとして機能し、ネットワーク仮想化やハードウェア リソース プーリングなどのインフラストラクチャ層サービスを引き継ぎ、CPU の計算能力を上位レベルのアプリケーションに解放することです。

過去数年間、Amazon AWS、Nvidia、Intel、Marvell などの国際的なチップ大手はいずれもこの製品形態に注力してきました。国内では、ファーウェイ、アリババ、テンセント、バイドゥもこれに追随している。さらに、Zhongke Yusu、Yunbao Intelligent、Yunmai Xinlian、Xinqiyuan、Dayu Zhixin、Yisixin、Shanghai Juxiang Technologyなどの企業も、この市場の新たな金鉱掘り者となっています。

上記3つのチップの継続的な発展、データセンターアーキテクチャの変化、急速に変化する国際情勢により、過去2年間で、PCチップとサーバーチップの新しい方向性を持つArm CPUが、国内の大型チップステージの中心に躍り出ました。このチップに代表される前者は、PC 市場における Arm のビジネスチャンスに注目しています。後者は競争が激しく、活況を呈しているデータセンター市場をターゲットにしています。

10年間の浮き沈み: Armサーバーチップがついに主流に

実際のところ、Arm サーバー チップは新しいものではありません。 2008 年以降、Arm からチップ企業まで、誰もがこの市場についてアイデアを持ち始めました。そして、ここ数年、多くの企業がさまざまな試みを行ってきました。しかし、近年のHuawei KunpengやAmazon Gravitonの発売までは、Armサーバーチップ市場全体は基本的に紆余曲折を経ながら前進する段階にありました。

しかし、ファーウェイやアマゾンに続いて、マイクロソフト、テンセント、アリババ、バイトダンス、グーグルといった企業もArmサーバーチップに目を向けており、その背景にはいくつかの要因がある。まず、2018年10月にインフラに特化したArm Neoverseがリリースされ、Armサーバーチップは新たな段階に入りました。 Arm によれば、増え続けるワークロードと高まるパフォーマンス要求に対応するために、グローバル インフラストラクチャは急速に変化しています。 Arm Neoverse は、クラウド、エッジ、5G ネットワーク向けに最適化されており、優れた速度、省エネ、パフォーマンス電力比、パフォーマンスコスト比を提供し、将来のインフラストラクチャとその顧客のニーズを満たします。

Arm Neoverse ロードマップ

（2020年9月発行）

さらに、Arm は 64 ビットに移行し、新しい Armv9 アーキテクチャを発表しました。さらに、Armは携帯電話市場を絶対的なシェアで統一し、データセンターに膨大なトラフィックを生み出しています。同時に、PC市場にも徐々に浸透しており、適切な時期、場所、人材を備えたArmサーバーチップにとって良好な環境が整えられています。

2007年にAppleが初代iPhoneを発売して以来、携帯電話業界は大きな変化を遂げ、低電力プロセッサ技術の専門家であるArmも設立されました。 Armアーキテクチャに基づいて構築された携帯電話チップは、そのアーキテクチャ特性と独自のビジネスモデルにより、スマートフォンSoC市場を独占しています。同じ時期に、ネットワークも3Gから5Gに移行し、スマートフォン端末のアプリケーションにも無限の可能性をもたらしました。ゲームや短編動画などの「クラウドネイティブ」アプリケーションの台頭により、データセンターには新たな課題が生じています。モノのインターネットやクラウド コンピューティングなどのアプリケーションの急速な発展と相まって、データ センターの急増によってもたらされるコストと電力消費の圧力が急激に増大しています。

上記の要因により、10 年以上にわたって X86 アーキテクチャが主流であったデータ センターに微妙な変化が起こり、Arm にチャンスがもたらされました。

過去数十年間のサーバーやデータセンターの発展を振り返ると、それぞれが独立して運営されていた状態から、少数の企業が寡占する現状へと進化してきました。チップについても同じことが言えます。初期のころは100もの学派が存在しましたが、最終的にはIntelのX86アーキテクチャチップが優勢になりました。この結果の背後には多くの要因があります。しかし、国内のサーバーチップ新興企業である Yuxianwei の CEO である Luo Yong 博士の見解では、X86 プロセッサによる PC 市場の優位性が重要な要因の 1 つとなっています。

羅勇博士は、インテルがPC分野で汎用化戦略の成功を証明した後、効率性、安定性、大規模出荷の面で自らを証明し、ネットワークチップでも大きな成功を収めたと指摘した。これにより、CPU パフォーマンスを最適化し、サーバーで成功を収める機会が得られました。もちろん、「システム会社＋CPU会社」モデルはPC分野でも検証済みなので、サーバーでも実現可能だと考えられます。サーバー市場でインテルが取って代わったのは、ハードウェアとソフトウェアのチップを完全に統合した IBM でした。そのため、インテルと協力した企業はソフトウェア企業とシステム企業であり、この変化によって誰もが利益を得ることができました。

羅博士の紹介から、過去数年間、Armはチップ企業やエコ企業と協力してエコ問題を解決し、大量のモバイル端末を出荷し、サーバー市場への参入を容易にしていることが分かりました。この前提の下では、クラウド コンピューティングの時代には、コア数が多く (クラウド ネイティブのニーズにぴったり)、TCO が優れたチップ ソリューションがサーバー チップの選択肢となるのは当然です。

Huawei と Amazon の成功体験と相まって、Arm サーバー チップはついに重要な局面を迎えました。これにより、Arm サーバー チップ企業が数多く誕生しました。

Ampere Computingの誕生に加え、Huaweiと富士通は引き続きその研究を進めています。 Nvidia も近年 Grace シリーズで復活を遂げました。 AWSやAlibabaなどのクラウドベンダーも、Armサーバーチップ市場で重要なプレーヤーとなっています。

国内市場に関しては、市場の需要と国際競争の影響により、現地のArmサーバーチップの開発が急務となっています。これにより、Yuxianwei、Hongxinwei、Qilingxin などの多くのスタートアップ企業の出現にもつながりました。さらに、Huawei、ZTE、Feitengなど、すでにこの市場に深く関わっている企業もあります。

中国、そして世界において、Arm サーバー CPU の新たな章が正式に始まったことがわかります。

半導体業界からの観察