中國芯突圍戰(zhàn)，是科技史上最悲壯的長征
“所有我們?cè)?jīng)打造的備胎，一夜之間全部轉(zhuǎn) ‘正’!”前天，華為海思總裁何庭波在致員工的一封信中，首次透露華為的芯片“備胎”計(jì)劃，引發(fā)全國人民熱論�？萍甲粤⒅啡绾巫�，華為海思為這場(chǎng)突圍戰(zhàn)做了怎樣的準(zhǔn)備？本文帶來深度分析。
“我們害怕華為站起來后，舉起世界的旗幟反壟斷。” 多年前，時(shí)任微軟總裁史蒂夫鮑爾默、思科 CEO 約翰錢伯斯在和華為創(chuàng)始人任正非聊天時(shí)都不無擔(dān)憂。
華為顯然不會(huì)這么做，“我才不反壟斷，我左手打著微軟的傘，右手打著 CISCO 的傘，你們賣高價(jià)，我只要賣低一點(diǎn)，也能賺大把的錢。我為什么一定要把傘拿掉，讓太陽曬在我腦袋上，腦袋上流著汗，把地上的小草都滋潤起來，小草用低價(jià)格和我競爭，打得我頭破血流。”
這是任正非當(dāng)時(shí)的回答，在他看來，狹隘的自豪感會(huì)害死華為，并提醒華為盡可能用美國公司的高端芯片和技術(shù)。
但這只是硬幣的 A 面，硬幣的 B 面是，落后就要挨打，而中國企業(yè)在硬件（芯片）和軟件層面（操作系統(tǒng)）都受制于美國。
“如果他們突然斷了我們的糧食，Android 系統(tǒng)不給我用了，芯片也不給我用了，我們是不是就傻了？”2012 年，在華為 “2012 諾亞方舟實(shí)驗(yàn)室” 專家座談會(huì)上，任正非在回答時(shí)任終端 OS 開發(fā)部部長李金喜提問時(shí)說到。
據(jù)傳，任正非看了美國電影《2012》以后，認(rèn)為信息爆炸將像數(shù)字洪水一樣，華為想生存下來就需要造一艘方舟。于是在華為成立了專門負(fù)責(zé)創(chuàng)新基礎(chǔ)研究的 “諾亞方舟實(shí)驗(yàn)室”。
其實(shí)，早在諾亞方舟實(shí)驗(yàn)室成立八年前，任正非便已經(jīng)布下一顆棋子。
“我給你四億美金每年的研發(fā)費(fèi)用，給你兩萬人。一定要站立起來，適當(dāng)減少對(duì)美國的依賴。“
倉促受命的華為工程師何庭波當(dāng)時(shí)一聽就嚇壞了，但公司已經(jīng)做出了極限生存的假設(shè)，預(yù)計(jì)有一天，所有美國的先進(jìn)芯片和技術(shù)將不可獲得，那時(shí)華為要如何才能活下去？
為了這個(gè)以為永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生的假設(shè)，“數(shù)千海思兒女，走上了科技史上最為悲壯的長征，為公司的生存打造 “備胎”。數(shù)千個(gè)日夜中，我們星夜兼程，艱苦前行。當(dāng)我們逐步走出迷茫，看到希望，又難免一絲絲失落和不甘，擔(dān)心許多芯片永遠(yuǎn)不會(huì)被啟用，成為一直壓在保密柜里面的備胎。” 何庭波回憶。
而任正非的堅(jiān)持和何庭波團(tuán)隊(duì)的負(fù)重前行，很可能決定了華為未來的生死存亡。
兩天前，美國商務(wù)部工業(yè)和安全局 (BIS) 宣布，把華為加入該部門實(shí)體名單 (entity list)。這意味著什么？在該原則下，若無特殊理由，美國工業(yè)安全局基本不會(huì)授予名單外企業(yè)向名單內(nèi)實(shí)體出口、再出口或（國內(nèi)）轉(zhuǎn)移受《出口管理?xiàng)l例》管控之貨物的許可。
換言之，最嚴(yán)重的情況是，華為無法再向美國公司購買芯片等產(chǎn)品。
“所有我們?cè)?jīng)打造的備胎，一夜之間全部轉(zhuǎn) “正”! 多年心血和努力，挽狂瀾于既倒，確保了公司大部分產(chǎn)品的戰(zhàn)略安全、大部分產(chǎn)品的連續(xù)供應(yīng)。”
在美國公布制裁華為消息后的 5 月 17 日凌晨，何庭波在發(fā)給海思員工的內(nèi)部信里寫到。這封內(nèi)部信發(fā)出后，迅速引發(fā)了無數(shù)中國網(wǎng)友的熱議。
華為手機(jī)掌門人余承東在朋友圈轉(zhuǎn)發(fā)評(píng)論說：“消費(fèi)芯片一直就不是備胎，一直在做主胎使用，哪怕早期 K3V2 競爭力嚴(yán)重不足，早年華為消費(fèi)者業(yè)務(wù)品牌和經(jīng)營都最困難的時(shí)期，我們也始終堅(jiān)持打造自己芯片的核心能力，堅(jiān)持使用與培養(yǎng)自己的芯片。”
余承東還進(jìn)一步透露：除了自己的芯片，還有操作系統(tǒng)的核心能力打造。
在操作系統(tǒng)這個(gè)領(lǐng)域，不被逼到絕路，我們此前同樣很難有所作為。但在硬件的核心 - 芯片這個(gè)領(lǐng)域，這個(gè) “絕路” 可能先一步到來，并且追趕的機(jī)會(huì)也并不那么渺茫。
中興事件和此次美國制裁華為給我們敲響的警鐘，早已將芯片產(chǎn)業(yè)推至風(fēng)口浪尖。命運(yùn)的年輪帶來了滔天巨浪，我們能做的，只有正視過去的長期落后和悲壯的前行之路，正視 5G 和 AI 時(shí)代下的新機(jī)遇，警鐘長鳴、知恥而后勇。
一、失效的摩爾定律
帶給我們新機(jī)遇的，不單單是 5G 和 AI 時(shí)代的到來，還有摩爾定律。
我們要講的，當(dāng)然不是 “每 18-24 個(gè)月，集成電路上的元器件數(shù)目，就會(huì)增加一倍，性能和性價(jià)比也提升一倍”，而是摩爾定律的消亡。近年來，這個(gè)說法幾次爆發(fā)，雖然很多人不屑一顧，但作為英特爾創(chuàng)始人之一的摩爾本人早已認(rèn)可。
先解釋一下，它為什么失效以及我們的機(jī)會(huì)在哪里。
1946 年，人類社會(huì)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生，重達(dá) 30 噸。形象點(diǎn)，它就是一堆電路。通過無數(shù)開關(guān)和電線的連接，18000 個(gè)能通電的電子管和 7000 個(gè)不能通電的電阻，每個(gè)電子元器件，都是一個(gè) “0” 或 “1”，計(jì)算不再是大腦的專利。
雖然在這個(gè)電路中，電子元器件挺少，計(jì)算能力很弱，但它開機(jī)的那晚，整棟大樓的燈光都瞬間變暗，耗能恐怖。一年后，燈泡大小而易損的電子管迎來顛覆者，晶體管誕生，電子元器件開始微型化。
而這個(gè)龐大的電路，也隨之被集成到了一塊硅片上，它的名字叫芯片。
微不可見的晶體管和電阻器，替代了電路中的電子管和電阻；而線路之間的間距，就是摩爾定律這些年進(jìn)步的領(lǐng)域。就像在一個(gè)廣場(chǎng)上，人們排列的越規(guī)律越緊密，能擠下的人就越多，而電子元器件的數(shù)量又直接決定著計(jì)算力。
近年來，芯片線路間距已經(jīng)突破到了 22nm、10nm 或 7nm（納米），所以未來能縮小的空間有限。試想下 1nm 是什么概念，原子可以用它做單位，物理學(xué)界的名言說它是 “命運(yùn)”，一張紙的厚度也有 100000nm。
當(dāng)然，把芯片往大里做提高計(jì)算能力理論上可行，但成本太高（后文解釋），我國的軍用和航天芯片就基本靠燒錢實(shí)現(xiàn)了自產(chǎn)。但商用芯片，即使天馬行空一點(diǎn)，假裝不用考慮 “設(shè)計(jì)框架、制造成本、使用能耗” 的等等困難，芯片太大的話終端設(shè)備也塞不下。
基礎(chǔ)科學(xué)何時(shí)再次進(jìn)步難以預(yù)測(cè)，但芯片性能并不僅僅取決于線路間距。以前有的選，產(chǎn)業(yè)界都在壓縮間距，換個(gè)提升計(jì)算力的方向研究無疑是吃力不討好�，F(xiàn)在沒得選了，間距壓縮不了了，芯片性能想提升必須換方向。
不管是嘗試新的線路架構(gòu)，還是直接在晶體管上做文章，甚至換掉硅片的 “底盤” 角色，新的方向都代表著空白或淺薄，是沒有技術(shù)壁壘的新機(jī)會(huì)。窮則變、變則通，況且我們一向擅長集中力量搞基建，很難想象芯片這種核心技術(shù)，我們還會(huì)再次走偏。
其實(shí)，中國芯并不是從一開始就遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后的。1956 年，周恩來總理親自主持規(guī)劃了四個(gè)急需發(fā)展的領(lǐng)域 —— 半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和電子學(xué)，在集體的力量下，科研成果遍地開花。1959 年，世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路，此時(shí)中國已經(jīng)弄出了晶體管，并于六年后也成功研制出了第一塊集成電路。
但之后這個(gè)差距被迅速拉大，并固化成了難以攻克的壁壘，原因?qū)崉t很復(fù)雜：既有幾段特殊的歷史時(shí)期，造成的人才流失和科研阻力；也有企業(yè)界選擇市場(chǎng)，棄研發(fā)而重進(jìn)口重銷售；更有學(xué)術(shù)造假和腐敗問題對(duì)產(chǎn)業(yè)的致命打擊。
今天的落后，不是歷史的意外，而是多方共同造就的遺憾。
二、芯片制造
在集成電路出現(xiàn)的頭二十年，雖然我們起步落后于美日，但至少是領(lǐng)先韓國和中國臺(tái)灣地區(qū)的。這時(shí)的半導(dǎo)體行業(yè)，難的是制造，即生產(chǎn)晶體和晶體管，制造加工設(shè)備。此時(shí)的芯片企業(yè)一般是設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)都自己做，非�？粗刭Y本實(shí)力。
首先填坑，把芯片往大里做不現(xiàn)實(shí)，這其實(shí)跟芯片的材料有關(guān)。芯片的原料是這顆星球上最不值錢的二氧化硅，但需要提純，純度低的可以用來太陽能發(fā)電，不值錢但我們產(chǎn)量足以對(duì)外出口；電子級(jí)的高純硅要求純度極高，不便宜但我們幾乎全仰仗進(jìn)口。
硅提純的時(shí)候，用的是中學(xué)生物課常用的提純方法，旋轉(zhuǎn)。成品自然是圓的，也叫 “晶圓”。幾何知識(shí)告訴我們，使用圓形的材料時(shí)，對(duì)材料利用率最高的做法，一定是正方形越小，邊上浪費(fèi)的材料就越少，這樣就能降低成本。
其次值得說明的是，如今做芯片依然要經(jīng)歷設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試這一系列流程，其中的主要環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)和制造。但通常情況下，這些環(huán)節(jié)是分離的，由不同企業(yè)負(fù)責(zé)。
我們今天所說的芯片實(shí)力，關(guān)注的芯片企業(yè)，則更多是指芯片設(shè)計(jì)。
原因很簡單，芯片制造業(yè)有了一個(gè)遙遙領(lǐng)先的龍頭企業(yè)，一己之力占據(jù)世界芯片代工的半壁江山 — 中國臺(tái)灣的臺(tái)積電。即使是來勢(shì)洶洶殺入芯片行業(yè)的巨頭阿里，也只是設(shè)計(jì)針對(duì)自身業(yè)務(wù)的定制芯片，然后制造環(huán)節(jié)找臺(tái)積電和中芯國際代工。
芯片制造需要重資金投入，還得度過非常長期的技術(shù)積累階段。遍觀目前全球五大芯片制造地 - 美國、歐洲、日本、韓國、中國臺(tái)灣，無一不是在上世紀(jì)全球產(chǎn)業(yè)分工調(diào)整的時(shí)期，靠堆積政策和資金崛起的。
當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體行業(yè)最好的切入點(diǎn)，就是 DRAM，也就是電腦里的內(nèi)存條。因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)簡單，更看重制造工藝，所以無論在哪都是首選的半導(dǎo)體產(chǎn)品。領(lǐng)先地位的美國和日本中，日本崛起打的美國企業(yè)無力招架；落后地位的韓國和中國臺(tái)灣，三星受益于美日之爭，買下了許多破產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線，臺(tái)積電則認(rèn)準(zhǔn)芯片行業(yè)會(huì)產(chǎn)生分工，專心做芯片制造代工廠，也都翻了身。
不高不低的中國，則先是落后于美日，又被韓國和中國臺(tái)灣趕超。好不容易國家主導(dǎo)了幾次工程，但效果也都不明顯，最終國家領(lǐng)導(dǎo)人出訪韓國參觀了三星，回國后總結(jié)出四個(gè)字：觸目驚心。
908 工程尚未竣工驗(yàn)收，909 立刻上馬，國務(wù)院動(dòng)用財(cái)政赤字成立了華虹。但華虹剛出點(diǎn)成績，稍微有了丁點(diǎn)盈利時(shí)，就迎來了暴擊。2001 年，美國互聯(lián)網(wǎng)泡沫破裂，芯片價(jià)格受波動(dòng)暴跌，華虹巨虧。
幸好這一年，張汝京被臺(tái)積電排擠到大陸，在上海張江辦的中芯國際開始試產(chǎn)，到 2003 年沖到了全球第四大代工廠。
臺(tái)積電的分工理念很正確，企業(yè)們?cè)缇褪軌蛄擞忠O(shè)計(jì)又要建廠還要不停更新生產(chǎn)線的高昂成本。臺(tái)積電開創(chuàng)性的轉(zhuǎn)型做芯片代工，降低了芯片設(shè)計(jì)的技術(shù)門檻和資金風(fēng)險(xiǎn)，試水芯片設(shè)計(jì)的企業(yè)越來越多，訂單如江河入海般向臺(tái)積電涌來。
臺(tái)積電的創(chuàng)立者張忠謀選對(duì)了理念，臺(tái)積電的科學(xué)家們則突破了技術(shù)。之前說過，過去的芯片進(jìn)步基本仰仗摩爾定律，通過提升晶體管密度來提高計(jì)算能力，而提高密度的關(guān)鍵，就是提升芯片生產(chǎn)時(shí)的精度。
芯片制程曾在 157nm 處卡過殼，當(dāng)時(shí)就有摩爾定律失效的說法。全球頭部廠商砸進(jìn)幾十億美金，技術(shù)提升卻微乎其微。
這時(shí)一位華人出手拯救了產(chǎn)業(yè)界，林本堅(jiān)幾乎以一己之力，改變了臺(tái)積電在芯片制造業(yè)的地位。
早年，林本堅(jiān)效力于藍(lán)色巨人 IBM，當(dāng)時(shí)就曾提出 IBM 與產(chǎn)業(yè)界一直追求的 “X 光” 光刻機(jī)不是正確的方向。后來他輾轉(zhuǎn)來到專注芯片制造的臺(tái)積電，繼續(xù)不走尋常路。
本來光刻機(jī)都是干式的，以空氣為介質(zhì)，產(chǎn)業(yè)界想在光刻機(jī)的 “光” 上做文章；林卻想做浸潤式的光刻機(jī)，在介質(zhì)上下功夫，采用液體的水。芯片行業(yè)實(shí)行分工理念，有專門生產(chǎn)光刻機(jī)的企業(yè)，例如當(dāng)時(shí)領(lǐng)先的尼康和佳能，還有落后的 ASML。
2002 年，風(fēng)暴降臨，傳統(tǒng)介質(zhì)的 193 光刻機(jī)走到了末路，幾位繼承者集體發(fā)難。光刻機(jī)生產(chǎn)商尼康和佳能終于燒出了一點(diǎn)成績，做出了 157nm 干式光刻機(jī)。林本堅(jiān)則出席了一場(chǎng)國際研討會(huì)，拋出了自己的浸潤式光刻機(jī)理論，業(yè)界一片嘩然；一種 13nm 的紫外線光刻機(jī) EVU，也被人提出。
這兩個(gè)不被看好理論，最后都和落后的 ASML 捆綁在一起。成品實(shí)現(xiàn)后，代表了其兩個(gè)時(shí)期的最高水平。先做出產(chǎn)品的是林本堅(jiān)設(shè)計(jì)出原型概念的 193nm 浸潤式光刻機(jī)，EVU 從 193nm 進(jìn)步到 13nm 的步子太大，還要研究。
193nm 浸潤式光刻機(jī)成品出現(xiàn)后，原先訂購了 157nm 干式光刻機(jī)的 IBM 等十多個(gè)大廠紛紛退單，改旗易幟。
到 2007 年，IBM 直接放棄了芯片制造業(yè)務(wù)，專注設(shè)計(jì)。臺(tái)積電則靠著芯片代工成為了一家利潤率超過蘋果，本土利潤僅次于 ICBC 的龐然大物。
到如今，最常用的光刻機(jī)依然是 193nm 浸潤式光刻機(jī)，但最先進(jìn)的則是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的 EVU 光刻機(jī)。
2018 年 5 月 21 日上午，ASML 向華虹六廠交付的一臺(tái) 193nm 雙級(jí)沉浸式光刻機(jī)入駐上海浦東新區(qū)，黃色的大吊車和四根纜繩上的大紅花，書寫著 “中華芯片制造夢(mèng)”。
幾乎同時(shí)，中芯國際又向荷蘭 ASML 公司下單了 EVU 光刻機(jī)，預(yù)計(jì)排隊(duì)到 2019 年初交付。遺憾的是今年初一場(chǎng)大火，燒到了 ASML 荷蘭供應(yīng)工廠，我們想要實(shí)現(xiàn) 7nm 芯片的制造，恐怕還得再等等。
光刻機(jī)被譽(yù)為人類最精密復(fù)雜的機(jī)器，站在整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)食物鏈的制高點(diǎn)，ASML 的成功不是它一家企業(yè)的成功，而是西方世界無數(shù)寡頭和財(cái)團(tuán)用經(jīng)費(fèi)鼎力支持燒出來的，其中也包括臺(tái)積電，但不包括華虹和中芯國際。
芯片行業(yè)一年進(jìn)口超 2000 億美金，超過原油。冰箱、電視；汽車、機(jī)器人；服務(wù)器、電腦、手機(jī)；智能音箱、智能安防攝像頭。我們都必須取得每個(gè)領(lǐng)域芯片設(shè)計(jì)上進(jìn)步，但同樣重要的是芯片制造，如今總算真正被國內(nèi)重視起來的中芯國際等代工企業(yè)，還得星夜兼程。
即使 EVU 光刻機(jī)交付后，光刻機(jī)這樣的遏住整個(gè)芯片行業(yè)喉嚨的機(jī)器，也值得我們重視。沒有制造生產(chǎn)設(shè)備和利用設(shè)備制造芯片的能力，除了燒得起錢的特殊領(lǐng)域，我們所探討的一切種類的芯片設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，都是無根之水。
當(dāng)然，芯片除了設(shè)計(jì)、制造、還有地位略次的封裝（刻蝕機(jī)）和測(cè)試兩個(gè)環(huán)節(jié)。封測(cè)逐漸專業(yè)化，國內(nèi)芯片企業(yè)傾向于選擇大陸封測(cè)廠商，是如今的趨勢(shì)。這兩個(gè)環(huán)節(jié)大陸做的不錯(cuò)，在全球第一梯隊(duì)，基本與臺(tái)灣、美國三足鼎立。
三、華為與 IBM 陷阱
并不是所有半導(dǎo)體企業(yè)都屈服于資金投入、時(shí)間投入，從而選擇了芯片分工制造。目前依然有實(shí)力強(qiáng)勁的巨頭把持著從設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試到銷售的整個(gè)鏈條，這種模式叫 IDM 模式，其中最大的是美國的 Intel、其次是韓國的三星和 SK 海力士。
世界前十的 IDM 廠商中沒有中國企業(yè)，因?yàn)槲覀兓静捎弥止ず献鞯?Fabless+Foundry（設(shè)計(jì) + 代工）模式。
前文大篇幅介紹了代工過程中生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的重要性、大陸目前的現(xiàn)狀及機(jī)會(huì)，接下來的重心將轉(zhuǎn)為芯片設(shè)計(jì)。正如前文所述，現(xiàn)在我們談及的芯片實(shí)力多指芯片設(shè)計(jì)。
所謂的 5G 芯片、AI 芯片，不管是巨頭還是獨(dú)角獸，基本也都是著眼于芯片設(shè)計(jì)。
我們說國內(nèi)芯片行業(yè)孱弱實(shí)際上是有些片面的。經(jīng)過幾十年的不斷前行，我們終究還是積累出了近兩千家芯片設(shè)計(jì)公司，位列世界首位。但論及總營收，卻只占全球芯片營收的 13% 左右。
由此可見，國內(nèi)的芯片企業(yè)大多著眼于中低端產(chǎn)品，利潤很低。尤其是近年來芯片產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展，不到十年間數(shù)量翻了三倍，可以想象有多少同質(zhì)化的產(chǎn)品。就中低端市場(chǎng)而言，國內(nèi)的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)不但不缺，反而泛濫，銷售難度甚于科研。
而據(jù) IC insights 2017 年報(bào)告，全球營收前十的芯片 Fabless（設(shè)計(jì)）公司中，中國占了三席：聯(lián)發(fā)科、海思、紫光。其中，華為旗下的海思半導(dǎo)體，可謂風(fēng)頭最盛。當(dāng)然，這份名單排除了歐美日韓那些既設(shè)計(jì)又生產(chǎn)的 IDM 企業(yè)。
來看看芯片設(shè)計(jì)有多難。首先，企業(yè)要確定芯片種類和用途，在此基礎(chǔ)上選用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)架構(gòu)。架構(gòu)這個(gè)詞，非常關(guān)鍵，之后會(huì)大量提及；其次，要付出高昂的成本，來購買設(shè)計(jì)工具 EDA 軟件，它可以輔助電路設(shè)計(jì)提高效率。遺憾的是，美國的三家 EDA 企業(yè)幾乎壟斷了全球 EDA 市場(chǎng)，據(jù)稱華為海思每年為此付費(fèi)在千萬級(jí)別。
海思，原本是一家相當(dāng)?shù)驼{(diào)的企業(yè)，創(chuàng)建之時(shí)華為還遠(yuǎn)沒有今天財(cái)大氣粗。1996 年，海思日后的掌門人何庭波才剛念完北郵碩士加入華為。這一年，華為芯片事業(yè)起步，為了讓團(tuán)隊(duì)用上國外的 EDA 軟件，任正非不惜欠下高利貸。
華為的事業(yè)成長很快，何庭波也很快被委以重任，開始帶團(tuán)隊(duì)。直到 2004 年，在國內(nèi)市場(chǎng)選錯(cuò)了技術(shù)方向的華為，憑借在歐洲市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)成功突圍。任正非緩了一口氣，思考良久后，決定收回 “誰再胡說（做手機(jī)），誰下崗” 的決定。
但任正非也有顧慮，當(dāng)時(shí)的手機(jī)芯片基本都是西方的，華為要做手機(jī)就得把心臟攥在西方的手上，海思由此誕生。即使是臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科，直到 2006 年也都還在做一站式手機(jī)解決方案 turnkey，跑偏在了中國 “山寨機(jī)王” 的路上。
任正非想起了有 3G 芯片研發(fā)的何庭波，把她找來做手機(jī)芯片。
華為手機(jī)發(fā)展有了起色，雖然國內(nèi)的 3G 牌照一直卡著不發(fā)，但華為跑到了歐洲給運(yùn)營商做定制手機(jī)，勉強(qiáng)立住了腳跟。2009 年，好事兒都趕到了一塊：國內(nèi) 3G 牌照發(fā)放、華為有了第一款安卓手機(jī)、海思發(fā)布了首款應(yīng)用處理器 K3V1。
最后一件好事兒，以慘敗收?qǐng)�。K3V1 的制程為 110nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于人，能耗和兼容表現(xiàn)都很差，被自家手機(jī)放棄，只有山寨機(jī)愿意用它。
海思剛發(fā)出第一聲啼哭，就被市場(chǎng)教育得體無完膚。
又過了三年，海思用盡全力做出了 K3V2，成功的安在了華為 D1 四核手機(jī)上。2012 年是四核 ARM 的爆發(fā)年，K3V2 是中國大陸首個(gè)四核心智能 CPU，市場(chǎng)期待很高，但 K3V2 的能耗問題依舊堪憂，被失望的用戶調(diào)侃為 “暖手寶”。
之后，兩年時(shí)間海思沒有再出新芯片。于是后來的 D2 手機(jī)也用了這款芯片，結(jié)局亦是慘淡，D3 手機(jī)更是胎死腹中。
等于說海思的 K3V2 芯片，成功拖死了華為的 D 系列手機(jī)，海思眾人幾乎心灰意冷，K3 系列再無續(xù)章。
“做得慢沒關(guān)系、做得不好也沒關(guān)系，只要有時(shí)間，海思總有出頭的一天”，喜歡被稱作工程師的何庭波，帶著海思熬到 2014 年，八核芯片麒麟系列問世。以麒麟 910 為始，麒麟系列一掃 K3 系列的頹勢(shì)，掀起了一段波瀾壯闊的逆襲。
一直到今天的麒麟 980，海思?xì)鈩?shì)如虹，制程達(dá)到了全球最領(lǐng)先的 7nm，性能與功耗的平衡也堪稱業(yè)界絕佳。
華為海思芯片，再也不是華為手機(jī)嫌棄的對(duì)象，而是它的一張王牌。何庭波和她的海思，不僅是 “工程師”，也是 “攻城獅”。
手機(jī)芯片之難，小米也曾碰過釘子。手機(jī)芯片的設(shè)計(jì)，不同于電腦芯片，要考慮的點(diǎn)甚至更多。因?yàn)樵O(shè)計(jì)架構(gòu)歸屬方的不同，手機(jī)芯片的市場(chǎng)競爭激烈程度也遠(yuǎn)高于電腦芯片。手機(jī)芯片，真不好做。
早年，雷軍也曾有過芯片夢(mèng)，他的愿望是未來能按沙子的價(jià)格賣芯片，于是有了 “澎湃芯片” 系列。
澎湃 S1，由小米 5C 搭載，出道即絕唱。發(fā)布會(huì)上，雷軍哽咽的看向身后的黑色熒幕，“大規(guī)模量產(chǎn)的中高端芯片”，幾個(gè)月后匆忙下架了這款手機(jī)。澎湃 S1 也再?zèng)]能出現(xiàn)在其他小米手機(jī)上。
澎湃 S2，雷軍不敢再冒進(jìn)，扎扎實(shí)實(shí)的燒進(jìn)去了不少經(jīng)費(fèi)。芯片終于設(shè)計(jì)妥了，拿去讓臺(tái)積電小規(guī)模試產(chǎn)了一批流片，發(fā)現(xiàn)問題很大需要大改；第二第三次試產(chǎn)流片，無法亮機(jī)；第四次試產(chǎn)后推到重來；第五次試產(chǎn)后，“仍在研發(fā)，請(qǐng)給小米一點(diǎn)時(shí)間”。
此后近一年，澎湃一直杳無音信，直至最近傳來團(tuán)隊(duì)分拆重組的消息。無數(shù)經(jīng)費(fèi)也沒能換回 “量產(chǎn)” 這兩個(gè)字，芯片設(shè)計(jì)真不是門容易活。
再說點(diǎn)時(shí)髦的，最近 AI 熱潮帶火了 AI 芯片，也帶火了幾個(gè)比較相似的詞。AI 最重要的是算力，也就是處理數(shù)據(jù)的能力，早先用于 AI 運(yùn)算的芯片一般為 CPU（中央處理器）。后來人們發(fā)現(xiàn) GPU（圖像處理器）適合并行計(jì)算，可以用來訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)；再后來谷歌打造出了 TPU，是一種專為機(jī)器學(xué)習(xí)量身定做的處理器；現(xiàn)在，又有了 NPU（嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器）這種加速 AI 落地的特殊芯片。
其中 CPU 和 NPU 都比較有聊頭。CPU 是所有人都很熟悉的，電腦和手機(jī)的大腦。誰都想要一顆更聰明的大腦，同樣也想要性能更好的 CPU，因此芯片上的電子元器件越多越好，也因此必須要按合理的設(shè)計(jì)架構(gòu)來設(shè)計(jì)電路。
Intel 占據(jù)先機(jī)，提出了 x86 架構(gòu)，從此幾乎壟斷了整個(gè)電腦芯片市場(chǎng)。裝在電腦里的 Intel 芯片雖然體積稍大一點(diǎn)，用電多了點(diǎn)，但性能極佳。同期一家叫 ARM 的企業(yè)，提出了一種體積小巧又省電的芯片架構(gòu)，在 PC 電腦時(shí)代芯片這完全是雞肋，反倒是性能不足的缺點(diǎn)顯得致命。
直至移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代逼近，商務(wù)機(jī)和智能機(jī)橫空出世，體積小巧又耗能低的 ARM 架構(gòu)成為首選，幾乎壟斷了手機(jī)芯片。ARM 公司并沒有像 Intel 一樣，借助架構(gòu)成為壟斷地位的行業(yè)霸主是因?yàn)�，在上世紀(jì)末，ARM 還沒等到真正的春天時(shí)，為了繼續(xù)活下去，決定不再自己做芯片，而是授權(quán)給其他公司，賺取授權(quán)費(fèi)。
終端的電腦和手機(jī)芯片，就這樣對(duì)應(yīng)著 X86 和 ARM 兩種架構(gòu)，分別誕生出 Intel 和高通兩大芯片霸主。因?yàn)?ARM 的存在，高通在手機(jī)芯片領(lǐng)域達(dá)不到 Intel 在電腦芯片領(lǐng)域的成就，至少華為海思和臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科，也都在手機(jī)芯片領(lǐng)域走出了自己的路。
但華為并不僅僅有終端，事實(shí)上，作為全球五大通信設(shè)備商之首，華為最值得驕傲的產(chǎn)品是自家的基站。想要用上 5G，既要看用戶的手機(jī)能否接入 5G 網(wǎng)絡(luò)，還得看運(yùn)營商的基站能否提供 5G 網(wǎng)絡(luò)。
華為作為全球最大的通信設(shè)備供應(yīng)商，又獨(dú)攬著 5G 標(biāo)準(zhǔn)的 1600 多項(xiàng)核心專利，早在今年 1 月 24 日就發(fā)布了首款 5G 基站芯片 — 天罡，同時(shí)宣布截至當(dāng)時(shí)已獲得 30 份 5G 商用合同，其中 18 份來自歐洲。
而手機(jī)芯片，大體分為三塊：射頻芯片、基帶芯片、應(yīng)用處理器。其中基帶芯片才是我們常說的 5G 芯片的真正作用點(diǎn)，其是把信號(hào)編譯成即將發(fā)射的基帶碼，或把接受到的基帶碼譯為信號(hào)。
目前來看，5G 芯片 TOP 2 的玩家，大概率就是高通和華為。
現(xiàn)在即使高通的手機(jī) SoC 芯片（系統(tǒng)級(jí)芯片），也都還沒有辦法將 5G 基帶芯片集成進(jìn)去。業(yè)界普遍采用的辦法是，在原本集成了 4G 基帶的 SoC 芯片上，外掛 5G 基帶（如麒麟 985）。據(jù)報(bào)道，高通本季度將 “流片” 首款集成 5G 基帶的 SoC 芯片，華為可能會(huì)遲些。
前段時(shí)間，蘋果和高通鬧別扭，就曾放出風(fēng)聲有意購買華為的 5G 基帶，外掛到蘋果自身的 A 系列芯片上（三星以產(chǎn)能不足為名已經(jīng)拒絕了蘋果）。雖然華為積極回應(yīng)，對(duì)銷售 5G 芯片保持開放態(tài)度，但有常識(shí)的人都知道這事兒大概率沒戲。
緊接著，蘋果就服軟與高通達(dá)成了和解，雙方繼續(xù)合作。蘋果隨后也重組了自己的 5G 基帶研發(fā)團(tuán)隊(duì)，據(jù)外媒稱等蘋果亮劍可能要到 2025 年了。值得注意的是，目前華為著重發(fā)力的 5G 芯片，可能面臨著和 IBM 當(dāng)年賣服務(wù)器是一樣的困境。
去 IOE 行動(dòng)曾是阿里云發(fā)展的強(qiáng)助推力之一，棱鏡事件爆發(fā)，使國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)不再信任以 IBM 小型機(jī)為首的 IT 基礎(chǔ)設(shè)施，國內(nèi)企業(yè)普遍具有對(duì)自研芯片和自研服務(wù)器的渴望。
其實(shí)小型機(jī)更 “高大上”，成本昂貴，只是在金融電信行業(yè)較為常見。反而是隨著互聯(lián)網(wǎng)不斷推進(jìn)，因?yàn)?X86 架構(gòu)在 PC 端的優(yōu)勢(shì)，所以服務(wù)器端也幾乎是 X86 架構(gòu)的天下。X86 服務(wù)器開源，能生產(chǎn) X86 服務(wù)器的廠商眾多，IBM 就曾是其中佼佼者。
但 IBM 顯然有更大的野心，干脆在 2014 年把自己的 X86 服務(wù)器業(yè)務(wù)賣給了聯(lián)想，繼而專心開發(fā)自家的 Power 架構(gòu)。誠然，IBM 的 Power 架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)很多，性能也很好，但 IBM 注定無法用它撼動(dòng) IntelX86 服務(wù)器的地位。
我把它形容為 “IBM 陷阱”：IBM 野心太大滿盤通吃，無論是芯片、系統(tǒng)還是產(chǎn)品都親自上陣。但有一個(gè)問題，IBM 既生產(chǎn)服務(wù)器芯片，又生產(chǎn)搭載這種芯片的服務(wù)器。試問，哪家服務(wù)器生產(chǎn)商愿意用 Power 架構(gòu)芯片呢？
有道是 “無欲則剛”，Intel 的 X86 服務(wù)器架構(gòu)成功壟斷市場(chǎng)，恰恰是因?yàn)樗汇@研服務(wù)器芯片，卻堅(jiān)決不生產(chǎn)服務(wù)器，留出一部分利潤給下游。華為，如果既想賣 5G 基帶芯片，又想賣 5G 手機(jī)，需要警惕 IBM 陷阱。當(dāng)然，行業(yè)也有全產(chǎn)業(yè)鏈成功的案例 —— 三星。
另外，如今的服務(wù)器市場(chǎng)可能還會(huì)有新變故。X86 架構(gòu)的電腦大量普及，幫 X86 架構(gòu)服務(wù)器鋪好了生態(tài)，身在 2019 年的我們不應(yīng)該忘記，智能機(jī)的普及也幫 ARM 架構(gòu)鋪好了生態(tài)，做 ARM 服務(wù)器是有希望的。
身為 ARM 架構(gòu)手機(jī)芯片陣營里的話事人，高通早就意識(shí)到了這一點(diǎn)并曾大膽嘗試，但很遺憾以失敗放棄告終�！督�(jīng)濟(jì)觀察報(bào)》指出，由高通和貴州省管企業(yè)華芯合作建立的華芯通，經(jīng)歷高調(diào)成立、瘋狂挖人后，首款產(chǎn)品量產(chǎn)不足半年便迅速倒下，近日進(jìn)入破產(chǎn)清算流程。
但這并不意味著 ARM 陣營的全面潰敗，畢竟 ARM 早已被大范圍授權(quán)，手機(jī)芯片不是高通一家的生意。華為，在 2016 年研發(fā)出了首款 ARM 服務(wù)器芯片；軟銀斥巨資收購 ARM 后，也表現(xiàn)出對(duì)中國市場(chǎng)和中國企業(yè)的期待，國內(nèi)的芯片熱潮未必不會(huì)波及服務(wù)器領(lǐng)域。
能把握 5G 時(shí)代芯片機(jī)會(huì)的畢竟還是少數(shù)，對(duì)多數(shù)企業(yè)而言，機(jī)會(huì)在于即將到來的 AI 時(shí)代。當(dāng)然，手機(jī)上也需要搭載一些人工智能方案，比如華為海思的麒麟 970、麒麟 980 都集成了寒武紀(jì)的人工智能模塊。
但華為只是買了寒武紀(jì)的人工智能模塊集成進(jìn)自己芯片而已。余承東在國外的發(fā)布會(huì)上，將 AI 能力作為麒麟 970 芯片的核心賣點(diǎn)重點(diǎn)介紹，且在演示時(shí)并未點(diǎn)明這一項(xiàng)，只是將其描述為麒麟的 NPU（嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器）。
四、AI 芯片新機(jī)遇
中國最有機(jī)會(huì)以弱勝強(qiáng)的領(lǐng)域，還在于 AI 芯片。寒武紀(jì)，背景是中科院孵化，目前估值位列全球 AI 芯片獨(dú)角獸之首。
在 AI 芯片這條賽道上狂奔的企業(yè)，主要分三類：針對(duì)自身業(yè)務(wù)開發(fā) AI 芯片的巨頭，比如阿里、華為、特斯拉；針對(duì)自身業(yè)務(wù)開發(fā)芯片的 AI 創(chuàng)業(yè)企業(yè)，比如這兩天靠著發(fā)布芯片登上新聞聯(lián)播的依圖；還有一類就是寒武紀(jì)之類的 AI 芯片創(chuàng)業(yè)公司。
這條賽道能這么火熱，既得益于中興事件引發(fā)的對(duì)中國 “缺芯少魂” 的民族情緒，更得益于 AI 的特殊性。AI 至今經(jīng)歷了三次浪潮，之前已經(jīng)有了兩輪鋪墊，這一次又爆發(fā)于互聯(lián)網(wǎng)浪潮興起后，在此基礎(chǔ)上引發(fā)了激烈的商業(yè)和技術(shù)革命，因此顯得格外劇烈。
AI 目前的現(xiàn)狀是，落地場(chǎng)景復(fù)雜，細(xì)分領(lǐng)域繁多，業(yè)務(wù)差異明顯，除了有我們熟知的幾家獨(dú)角獸外，還有許多長尾集中。但偏偏，隨著這些企業(yè)的算法不斷優(yōu)化，普通芯片已經(jīng)難以提供滿足他們利用的計(jì)算力。只有設(shè)計(jì)針對(duì)算法的強(qiáng)耦合的專用芯片，才能充分出芯片的潛力。
波音 737max 連續(xù)墜機(jī)悲劇的根源，足以告訴我們，硬件有問題的時(shí)候，只想從軟件著手修正是多么愚蠢。不管在什么系統(tǒng)里，硬件軟件的兼容和諧，都至關(guān)重要。如果是用來運(yùn)算的芯片不給力，優(yōu)化 AI 算法，只是空談而已。
傳統(tǒng)的芯片企業(yè)們，強(qiáng)在這么多年積累下來的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)在他們?cè)O(shè)計(jì)出的芯片可以更好地找到性能、成本、功耗之間的平衡點(diǎn)。但這一切都基于我們前文強(qiáng)調(diào)的一個(gè)詞，架構(gòu)。
服務(wù)器、PC、手機(jī)等等都有各自合適的架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電路的技術(shù)壁壘，在需要構(gòu)建新的體系架構(gòu)的 AI 領(lǐng)域，幾乎蕩然無存。
AI 企業(yè)在中國遍地開花。如果說 AI 領(lǐng)域要打仗，AI 芯片就是軍火。無數(shù)人盯上了這門生意，依圖這樣的 AI 獨(dú)角獸打起了自建 “軍工廠” 的念頭，更有無數(shù)資本聞風(fēng)而動(dòng)想分一杯羹。值得反思的是，我們所熟悉的那套融資燒錢打消耗的互聯(lián)網(wǎng)打法，是正確的嗎，適用于芯片行業(yè)嗎？
從使用設(shè)備來看，AI 芯片分為終端和云端兩種。
終端很好理解，比如手機(jī)里除了 5G 基帶芯片，當(dāng)然也需要一些跑 AI 算法的芯片當(dāng)然也會(huì)需要一些：華為的 AI 芯片更多的是服務(wù)攝像頭拍出更好的照片，蘋果的 AI 是為了更好的圖像處理效果。云端芯片也有依圖、寒武紀(jì)、阿里、百度等等選手參與，一種商業(yè)模式是先找好架構(gòu)，針對(duì)自身擅長的業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)出契合的芯片，再自己使用加強(qiáng)自己的算法，然后對(duì)外直接輸出服務(wù)而不是買芯片。
從算法步驟來看，AI 芯片分為訓(xùn)練和推斷兩類。
機(jī)器學(xué)習(xí)一般就分為這兩步：先輸入大量數(shù)據(jù)，訓(xùn)練出網(wǎng)絡(luò)模型；再利用此模型，推斷新數(shù)據(jù)的結(jié)果（比如語音識(shí)別說了什么，面部識(shí)別此人是誰）。其中訓(xùn)練過程設(shè)計(jì)海量數(shù)據(jù)和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，目前主流選擇是適合并行運(yùn)算的英偉達(dá) GPU，但這并不是最優(yōu)解，谷歌為此設(shè)計(jì)出了自己的 TPU 芯片，阿里也有此意向；而推斷環(huán)節(jié)的可用芯片更是五花八門。
從 CPU 到 GPU，再到偏通用的 FPGA 芯片和針對(duì)功能定制的 ASIC 芯片，其針對(duì)特定 AI 功能的傾向逐漸加深。這意味著從通用芯片年代積累下來的技術(shù)少，壁壘低，未來可探索空間高，機(jī)會(huì)更多。
更何況，這些都只是基于馮諾依曼架構(gòu)的芯片，運(yùn)算器和存儲(chǔ)器分離，只能單純的提升運(yùn)算速度，卻很難壓縮數(shù)據(jù)訪問消耗的時(shí)間。因此，類腦芯片的構(gòu)想也逐漸出現(xiàn)在了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界。
因此可以說，AI 芯片幾乎是一個(gè)另類的領(lǐng)域。不說是一片空白，但它至少很新，給了 AI 芯片從業(yè)者們 “回到過去” 重新競爭的機(jī)會(huì)。其中更有國家隊(duì)的身影和為科技創(chuàng)新注入新活力的科創(chuàng)板問世，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)誕生了無數(shù)的巨頭獨(dú)角獸，下一顆未來之星難保不會(huì)是芯片企業(yè)。
當(dāng)然，賽道熱領(lǐng)域多并不意味著誰都可以隨意蹭熱度。國內(nèi)四大 AI 獨(dú)角獸之一依圖內(nèi)部人士的看法是：算法即芯片的時(shí)代，相近的算法和應(yīng)用的需求同樣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生相近的芯片設(shè)計(jì)。由此，也會(huì)產(chǎn)生競爭。
比如以人臉識(shí)別技術(shù)領(lǐng)先著稱的依圖，和以自動(dòng)駕駛技術(shù)領(lǐng)先的特斯拉，本質(zhì)上都是要有視覺識(shí)別能力，這就導(dǎo)致算法對(duì) AI 芯片提出了相似的設(shè)計(jì)需求。“不該說今年是 AI 芯片爆發(fā)的一年，而是 AI 芯片交卷的一年，AI 芯片良莠不齊的亂象即將面臨考核。” 上述依圖內(nèi)部人士表示。
五、想要中國芯，這是最好的年代
細(xì)數(shù)半導(dǎo)體行業(yè)，PC 時(shí)代誕生了英特爾，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)造就了高通和蘋果，5G 和人工智能時(shí)代這個(gè)全新的機(jī)會(huì)，誰又能成為霸主呢？
不管是追精度、還是設(shè)計(jì)新架構(gòu)、亦或是給晶體管裹鐵皮，甚至是直接追求化學(xué)物半導(dǎo)體（泛指各種不以硅為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體材料），芯片到底該怎么追，很難講，但可以肯定的是，能不能成為 AI 時(shí)代里的 Intel，跟能不能打敗現(xiàn)在的 Intel 基本沒有關(guān)系。
這已經(jīng)是一種幸運(yùn)了，中興事件給我們敲響的警鐘，余音繞梁， 5G 時(shí)代 AI 時(shí)代我們沒有理由不奮起直追。
想要中國芯，這是最好的年代。
