华为造芯之路:不能让别人断了我们的粮食

2019-04-10 09:38 来源:

华为造芯之路:不能让别人断了我们的粮食

华为芯片业务是任正非“万事不求人”理念的重要一环,也是“不能让别人断了我们粮食”的重要保证。

作者|高冬梅        来源|砺石商业评论(libusiness) 

中兴事件给中国企业敲响了警钟。改革开放四十多年,我们的经济高速发展,科技也在很多领域取得了长足进步,航天、高铁事业一派繁荣,汽车自主品牌越来越强,手机产业不断兴旺发达。

然而,关键时刻却因为一块小小的芯片被别人卡住喉咙,美国一个禁令,像中兴这样的国有控股企业竟然瘫痪了!这时大家纷纷感慨,中国企业应该把核心技术的命门牢牢掌握在自己手里。

为什么中国制造不出技术一流的芯片?偌大一个中国市场,竟被海外三家芯片公司垄断了!

而就在这时,很多人欣喜地发现,幸好,我们还有华为,在芯片领域默默耕耘了14年,如今能做出不错的芯片。

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华为芯片业务发展史

中兴事件深度曝光以后,舆论除了表达对中兴的惋惜,更多的是在感慨中国芯片产业的落后。

其实并不是中兴不努力,早在2000年3月中兴就合资成立了中兴集成电路,在亚洲最先开始了3G手机基带芯片的研发。

但芯片是一个吃力不讨好的行业,芯片的投入和产出在短时间内是不成比例的,未来收益不可准确预期。而且随着软件产业更受关注和硬件产业不再“朝阳”,专业人才也在大批流失。此种背景下,华为默默耕耘,能够做出在高端手机处理器领域与高通、三星等PK的华为麒麟来,真的是非常耀眼的成绩。要知道研发麒麟芯片的华为海思至今成立只有14年,而高通都已经成立33年了。

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华为海思芯片已经成为华为掌握竞争主动权的“利器”,因为拥有自己的芯片意味着更低的研发和制造成本、更有底气的议价能力和更可靠的供货保障。现在来看,华为的这种做法非常具有远见卓识,但是在当年可不一定是这样。

做芯片是有着极其严格的标准与要求的,因为芯片体积小,工艺流程非常麻烦,如果因为失误总是浪费器件,根本不可能赚钱。而且芯片之间的联系非常紧密,各个部件只有组合在一起才能发挥作用。多个芯片组合在一起叫做集成电路,其单位值是以纳米来计算的。

所以这也是为什么中国大多数企业不做芯片生产的原因,一是不想投入大量的资金与精力,二是直接引进外国的芯片更方便。华为海思在刚开始做芯片的时候曾引来群嘲。

那么,华为当年为什么非要孤注一掷地去做芯片呢?这里就要说到一个华为与高通和中兴之间的故事。当年华为最早做出了USB数据卡而且在全球大卖,一度占到了全球市场70%的份额。数据卡芯片比手机芯片简单,只需要基带芯片。

开始华为的数据卡全部基于高通的基带解决方案,所以两家公司每年都要讨价还价,大概因为这个高通不爽了,后来转而扶持中兴。给中兴供货,华为也能接受,但当时高通的策略是优先支持中兴,而给华为供货不及时甚至会断供。

这给当时的华为终端公司提了个醒,让任正非意识到“万事不求人”才能确保安全,也就有了2012年他对华为实验室说过的那段话,在中兴事件后广为流传:

“芯片暂时没有用,也还是要继续做下去。一旦公司出现战略性的漏洞,我们不是几百亿美金的损失,而是几千亿美金的损失。我们公司积累了这么多的财富,这些财富可能就是因为那一个点,让别人卡住,最后死掉……这是公司的战略旗帜,不能动掉的。”

在这里,我们可以看到任正非作为一个卓越领导人的远见卓识,很久以前任正非曾对“如何平衡长期投资和短期利益之间的矛盾?”发表过看法,他认为,看不清短期投资和长期利益关系的人,实际上他就不是将军。将军就要有战略意识,对未来的投资不能手软。我们看问题要长远。

早在1991年华为就成立了自己的ASIC(Application-specific integrated circuit)设计中心,负责设计“专用集成电路”。当时的华为创立仅4年,员工只有几十人,资金非常紧张,一度濒临倒闭的边缘。

1993年,华为成功研发出了第一颗自己使用EDA设计的芯片,并且在最后关头获得了电信局的入网证,从而进入了利润丰厚的电信市场。随后开发出来的数字程控交换机C&C08大卖,成为行内的主流机型,奠定了华为业务的根基。

1995年“中央研究部”正式成立,“为主航道保驾护航”。据说当时任正非经常得意地带着客人参观EDA实验室。研发人员都是非常投入的,某日邮电部一位处长访问华为,当时公司所在的办公楼楼下排队买股票的人挤满了整条街,而楼上华为做开发的年轻人却平心静气无暇他顾。这位处长感慨说:“如果这样的企业不能成功,天理难容!”

1996年华为成立了产品战略研究规划办公室,从战略规划、研发到技术商业化形成了严密的研发体系。随后,分别在1996年、2000年、2003年研发成功十万门级、百万门级、千万门级的ASIC。总的来说,华为一直沉稳有力地走在研发自己核心技术的康庄大道上。

时间一晃就到了2004年10月,这时的华为实力已今非昔比,销售额达到462亿人民币,企业规模也达到数万人。有了底气的华为在ASIC设计中心的基础上,成立了深圳市海思半导体有限公司,也就是现在备受关注的“华为海思”,目前是中国第一大IC芯片设计公司。

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据说,那时任正非找到海思总裁何庭波说,“你的芯片设计团队能不能发展到两万人,我们用两万人来强攻。怎么强攻,这个要靠你说了算,我只能给你人、给你钱。”最后任正非拍板给出了每年四亿美金(约20亿人民币)的研发费用,让当时的何庭波都感到很意外。

任正非说,一定要站起来,适当减少对国外的依赖。于是他们就开启了麒麟芯片的研究,业界人士对他们的做法十分不理解,每当这时,何庭波都会安慰员工说,做的慢是没有关系的,只要肯努力,肯付出时间,总有一天会见到成果的。

这里能看出任正非作为一个卓越企业家的超强领导力,首先是对于战略的把控,其次是用人的眼光,第三是对于既定目标的坚守,为了完成目标不惜任何代价和投入。

华为海思是华为全资控股的子公司,产品包括无线网络、固定网络、数字等领域的芯片及解决方案,成功应用在全球100多个国家和地区;在数字领域,已推出SoC网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案。

2007年,由于给华为提供通讯基带芯片的高通经常断货,海思决定成立巴龙项目组,专攻通讯基带研发。2009年华为推出了第一款面向公开市场的K3处理器,跟展讯、联发科一起竞争山寨市场,没有用于华为自己的手机。因为K3产品不够成熟以及不合适的销售策略,这款芯片没有成功。

2010年,苹果自研的A4处理器在iPhone4上大获成功,海思受到刺激,于2012年推出K3V2处理器和巴龙710,下行速率达到了150Mbps,支持五模及国际通用频段,处理器还用在了自家旗舰机型Mate 1和P6手机中。

这款产品在外界备受好评,被认为可以媲美高通及MTK。2012年,手机处理器已经开启多核进程,海思抢在德州仪器和高通之前推出K3V2,出人意料地成了世界上第二颗四核处理器。但是因为选择了台积电的40nm工艺制造,整体功耗高,兼容性非常差,应用这款处理器的华为手机卖的不好。但是却为麒麟910奠定了基础。

2013年,华为收购了德州仪器OMAP芯片在法国的业务,并以此为基础成立了图像研究中心。也是在这一年,华为全新品牌麒麟诞生,从命名看大有和高通“骁龙”一争高下之意。

同样在这一年,海思首次实现盈利,智能手机芯片出货量达到千万级别,营收达到了92.74亿人民币。华为手机和海思芯片进入了发展的快车道。

2014年,华为有多款麒麟芯片搭载自己的主力机型发布。其中,麒麟910是海思的第一款SoC,也就是片上系统,宣告了海思的处理芯片正式进入SoC时代,也是华为第一款开始被大众接受的芯片。

如果说CPU是手机大脑,那SoC就是集成身体各种机能并给它们分配任务的系统。一个移动SoC除了CPU还包括基带(Baseband)、图形处理器(GPU)、数字信号处理器(DSP)、图像信号处理器(ISP)等重要模块。

英伟达、英特尔先后退出了移动处理器领域就是因为在基带问题上遇到了麻烦。高通是突破基带技术而逐渐成为移动处理器高端的,被戏称SoC是买基带送CPU。

麒麟910还做了一件苹果和英特尔当时都没有做到、三星是2015年底才做到的事情,首次集成海思自研的巴龙710基带。但是,麒麟芯片的高端定位被市场认可是到了2014年9月的事情。

从K3V2以来部分华为手机特别是旗舰机一直使用自己的海思芯片,这是一项保证海思初期能够独立生存的战略,自家手机采用一定程度上保证了海思芯片的出货量。更重要的是,华为旗舰的绑定倒逼海思必须迅速进步并且稳定供货。

旗舰手机为自己的芯片做行业背书,自研芯片又保证了旗舰手机的竞争力。这种共生关系虽然有一定风险,但麒麟芯片在强大研发投入和研发实力的保证下,最终得到了市场认可。

2015年MWC,海思又发布了2款搭载在自己主机之上的麒麟芯片,并于5月宣布与高通共同完成LTE Cat.11试验,最高下行速率可达600Mbps。

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从麒麟950开始,海思的SoC芯片中开始集成自研的ISP模块,搭载这一芯片的P9系列销量超1200万部,决定手机相机画质的并不是摄像头的像素,而是图像处理器和算法,这一芯片使得华为手机可以从硬件底层来优化照片处理。

到2016年华为已经建立了15所国外研发中心,用以整合全球技术资源,吸纳全球顶尖人才。2016年2月23日,华为麒麟950荣获2016世界移动通信大会GTI创新技术产品大奖,同年10月,海思发布麒麟960,GPU较上一代提升180%,主要搭载于华为mate9。

2017年1月,麒麟960被Android Authority评选为“2016年度最佳安卓手机处理器”。

芯片是一个高度垂直分工的产业,从设计、制造到封装测试,除了英特尔之外世界上很少有集成电路厂家能独立完成,严格来说,海思是一家只负责芯片设计的公司。但是即便如此,华为也成了国内唯一敢对高通说不的手机厂商。

海思芯片是华为近30年来各种努力累积的结果。我们看到的华为技术优势的背后,是它的公司理念和公司治理体系共同作用的结果,可以说,芯片业务是任正非“万事不求人”理念的重要一环,芯片研发成功,华为才能真正无所畏惧,而组织化、制度化的方式让芯片研发达成了现在的结果。

任正非认为,尽量使用国外的好东西,包括高端芯片和操作系统,但是要有战略备份,别人断了我们粮食的时候,备份系统要能用得上。

2017年中国IC设计估值达到人民币2006亿元,年增长率为22%,这一年有7000万台手机搭载了海思芯片。而海思收入突破了387亿人民币,坐牢了中心芯片设计公司的头把交椅。

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华为造了100多种芯片

因为麒麟芯片的知名度很高,所以大家会误解为华为只做手机芯片。其实不然,海思提供的是数字家庭、通信和无线终端领域的芯片解决方案,通俗地讲就是手机芯片、移动通信系统设备芯片、传输网络设备芯片、家庭数字设备芯片等都做。

海思芯片除了应用在智能手机上,其处理器还可以用在安防领域,经过十多年的深耕,已经占有了全球安防市场份额的90%。更让人惊叹的是,海思已经成功开发出100多款具有自主知识产权的芯片,共申请专利500多项。

在2018年6月的世界移动大会上,华为轮值董事长徐直军在演讲时还表示将于今年3月份推出支持5G的麒麟芯片,6月份推出支持5G的智能手机。

华为在芯片领域能够取得如此成绩的一个重要保障是华为在研发经费上的长期高额投入。过去十年,华为投入的研发费用总额超过3940亿元,居于世界前列。2014年,华为的研发投入比A股400家企业的总和还多,2017年更是投入研发费用高达897亿人民币,大大超过苹果和高通。

多年持续的研发投入之下,海思自研麒麟处理器越来越强大,成为华为手机的核心竞争力之一,麒麟980甚至创造了六个世界第一。

2018年12月26日,华为荣耀发布了全新一代荣耀路由Pro 2,引起了外界的极大关注。荣耀路由Pro 2的CPU与WiFi芯片全部都是采用华为自研的凌霄芯片。

今年3月14日在上海AWE期间,华为正式发布了全新的凌霄系列芯片,并宣布凌霄系列WiFi芯片将于今年上市且对外销售。

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这个系列产品主要定位于“家庭高速智能互联”,是针对家庭路由器网络方面设备掉线、游戏延时、直播卡顿等问题的解决方案。凌霄系列芯片有三大类产品线:其中网线类Hi565x系列就是人们常说的路由芯片,电力线类Hi563x为凌霄电力猫芯片,搭配PLC Turbo技术可以有效抑制电器噪声。

这些芯片在2018年就已经成熟并商用于华为子母路由Q2 Pro、WS5200增强版等产品。

在华为系统中,自用产品被称为大海思,比如麒麟芯片、巴龙系列基带芯片、天罡系列基站芯片、鲲鹏系列服务器芯片、达芬奇架构的昇腾系列AI芯片等;而做出来是给产业用的产品被称为小海思,凌霄芯片就是小海思做出来给厂家服务的,对外开放的视频编解码芯片、华为Boudica系列NB-IoT芯片等也都是小海思。

2017年9月,华为的NB-IoT生态伙伴就已经有了60多家,覆盖智慧水表、智慧电表、智能电网、智慧停车、资产追踪等众多领域。在视频监控领域,自2012年网络摄像机逐步市场化普及开来,华为海思在此领域持续发力,高频率推出新的芯片以及解决方案,进一步挤占了之前属于德州仪器、安霸等国际一线芯片厂商的市场份额。

目前海思的产品实现了从前端IPC SoC到后端DVR/NVR SoC的全面覆盖,在中国大陆、中国台湾,韩国等地区,海思已经成为视频芯片主流供应商,国内海康威视、大华股份、宇视科技等知名安防企业均是海思的客户。目前其DVR SoC芯片在国内市场占有率第一,约为70%。

小海思已经在为IoT、智能单车、停车场等厂商提供服务,另外,海思芯片还在摄像头中普遍使用,海思的电视机芯片也应用于海信、创维等品牌的产品中。

据不完全统计,华为现在在安防、手机处理器、arm架构的服务器处理器、网络交换机、人工智能、车载导航、多媒体、接口IP、无线终端、家庭设备、SSD控制和电源管理等多个领域都有布局。甚至有传言说华为正在研究用在电脑上的Arm PC处理器。

看到海思从弱变强、取得这样振奋人心的成绩,你有没有很受触动?希望有更多的中国公司能够像海思一样,不是总想着走捷径、急于求成,而是沉得住气,一步一步踏踏实实把基础夯实,那样在不久的将来,中国的科技产业将会是另一番模样。

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华为芯片的未来

华为芯片取得了耀眼的成绩,但是很多国人特别喜欢黑自己国家的实力企业,嘲笑华为产品只供自家手机使用是因为没人买。但是他们在喷的时候也是要把华为的芯片和苹果、高通等的芯片产品来进行对比的,这就已经默认了华为的地位了。

其实,华为开始造芯片就是想对外销售的,但是没有成功。海思是在2006年启动智能手机芯片研发的,最初研发项目是中低端手机处理器K3V1,针对的是Windows Mobile系统,全部提供给第三方厂商使用,2009年才研发出来。  

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而直到2016年,麒麟960才真正跟上主流,之后发布的970、980真要和高通同代的845、855相比,还是有些差距。随着华为芯片越做越好,华为手机也跟着销量大涨。  

而在2006-2016这十年间,外界对麒麟处理器是一片差评,魅族曾经和海思芯片有过接洽,但最后不了了之。其他厂商都有高通更好的处理器,当然不会选择麒麟处理器。

麒麟芯片的定位是,“不能让别人断了我们的粮食”,虽然华为依然采用上千万的高通芯片,但为了不受制于人,华为就算几十年不用海思芯片,也要坚持自主研发。华为高管多次强调,麒麟芯片更多的是作为防御手段,为了构建自己的核心竞争力。 

除了不必担心被高通掐脖子,自研芯片还能降低手机成本,而且华为还能通过麒麟芯片制定游戏规则,构建品牌优势,当国内所有手机品牌都在等国外的芯片供应时,华为能做到自给自足,不依附于别人,在关键时刻抢夺时间窗口。  

另外,麒麟芯片是华为手机高端品牌形象的有力支撑,天然就OPPO、vivo、小米具有更好的品牌优势。如果华为向友商出售麒麟芯片,那么华为手机难以做出差异化。同时,华为的这一行为也会加剧恶化和高通等企业的关系,受到更严厉的封锁制裁。  

目前华为手机销量逆势大涨,而麒麟芯片都是代工生产,产能不足也是个问题。如果华为把麒麟980卖给其他厂商,该厂商把该芯片用到中低端机型上,而把高通芯片用到高端机型上去,那对麒麟芯片的高端形象是毁灭性的打击。

还有人在“华为芯片到底是不是自主知识产权”的问题上纠结,芯片是一个高度垂直分工的产业,从设计、制造到封装测试,每一个环节都有相关领域的公司在负责。除了英特尔之外,世界上很少有集成电路厂家能独立完成芯片的全流程设计制造。

华为海思显然也不具备所有环节的能力。严格来说,海思是一家负责芯片设计的公司,制造要交给晶圆代工企业台积电进行。

在半导体芯片行业,企业模式主要分三种:IDM、Fabless、Foundry。IDM(Integrated Design and Manufacture)公司是从设计到制造、封装测试以及投向消费市场的一条龙企业,例如英特尔。Fabless(无工厂类)是指那些只做设计的公司,例如ARM、AMD、高通等,华为海思也是在这个类别里,被称为“无晶圆半导体设计公司”。还有的公司只做代工,不做设计,称为Foundry(代工厂),例如台积电等。

2017年全球排名前十的Fabless企业榜单里,中国的华为海思和紫光上榜,海思营收47.15亿美元,增长21%,排名第7,排名第一的是高通(Qualcomm)。其实即使只从设计的角度来看,华为海思也不可能完全独立自主地从零开始,它购买了ARM的设计授权。

芯片生产不仅技术门槛高,投入也高。顶级光刻机要一亿欧元一台,一年产销不过十八台。投资一个工厂要几十亿美元。关键是从建厂到量产要五年,收回投资要十几年,华为虽然赚了不少钱,但是投资这个资金能力还是不够。

目前芯片生产行业,只有美国的工厂是完全企业投资,台湾的台积电、台联电最早都是政府投资,韩国三星本身就是国家级企业,投资芯片厂还马马虎虎。海力士是韩国两大国家级企业SK和现代的联合投资。欧洲意法半导体是意大利和法国两个国家投资。

目前中国最先进的芯片制造企业中芯国际也是国家投资的,未来华为也会在中芯的芯片厂生产一部分芯片。

全世界可以生产纳米CPU核心技术的企业并不多,美国的英特尔和AMD是制造电脑CPU的,几乎是垄断,而手机CPU的生产工艺更高,目前可以生产并大量出货的手机CPU生产商只有台积电、三星、中芯国际,但中芯国际的技术远不如台积电。

苹果也研发了自己的CPU,为什么不自己制造呢?因为生产CPU的工艺非常高,投入一条生产线至少要100亿美元以上,而且台积电和三星是全球最大的代工手机CPU企业,他们的工艺才是最顶级的,要是华为投入巨资,几年内也不一定有产量,一但失败600亿-700亿人民币就泡汤了,这还不如授权给台积电生产,高通和联发科也都是授权给台积电生产手机CPU的。

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一条芯片生产线,特别是高世代的线,投入非常大。而且在生产过程中,能否把产能填满,能否把良品率提的很高,对成本是决定性的。假如华为投入巨资搞了一条14nm的生产线,并把研发人员都搞到位,生产自己的麒麟芯片,就算年产1亿枚,但对这条线的产能是根本填不满的。那么能够用上这条线的芯片设计公司,目前看也就是苹果、高通和MTK,但作为竞争对手,他们怎么会把业务给华为?

全世界能自己设计自己制造的公司就只有英特尔跟三星两家。三星之所以又设计又自己生产是因为还能接到苹果CPU和高通CPU的代工。英特尔虽然移动端没赶上好时代,但仍然霸占着桌面处理器、服务器处理器等的绝大部分市场,为了使处理器性能更好,英特尔一直坚持自己设计自己生产。

设计外包ARM也是同理,ARM是专门做芯片设计的IP(知识产权)授权公司,收取一次性技术授权费用和版税提成。全世界很多企业都购买ARM的授权,并在此基础上进行设计。

说简单一点就是ARM提供了一间毛坯房,然后大家各自买回去装修。绝大部分厂家是不具备拆开毛坯房进行修改的能力的,只有像高通和苹果这样有雄厚实力的公司才具备这个能力。

对毛坯房进行改造好会更好地改进性能,也在一定程度上提升了安全性。但是,也有可能做得更烂,而且,如果某个公司要拆“毛坯房”,还要给ARM支付更多的钱。

最开始华为海思是不具备拆开毛坯房的能力的,但是随着实力的增强,即使现在不具备,将来也会具备的。即便抛开“拆毛坯房”的能力,“装修”的能力也不可小看,在芯片行业这已经是很高的门槛,需要非常强大的技术实力、长时间的积累和巨额的资金投入。

而且抛开ARM在现在的市场格局中是没有商业价值的。因为整个行业很多软件都是基于ARM指令集的,已经形成了生态。脱离生态制造出独有的芯片是没有软件可用的,用这种芯片的手机也不会有人买。

虽然以华为为首的中国内地芯片企业目前与台积电以及存储领域的三星电子和SK海力士都有不小的差距,工艺制程最少落后两三代以上,并且短期内难以缩小这种差距,但是通过近年来的奋起直追,他们身上寄托了“中国芯”的梦想。

如今华为高端机型Mate和P系列已经在市场上树立了口碑,销量不断看涨,最新旗舰Mate 20系列发布四个半月,销量就已突破一千万台。2018年,华为旗下智能手机品牌的发货量首次超过2亿部,取得了历史性的突破。这一成绩已经与苹果手机的销量非常接近。

根据Gartner发布的全球半导体25强榜单,华为排名第21,营收同比增长35%。在这一榜单中,三星电子排名第一,苹果排名第13,华为是唯一上榜的中国内地企业,营收达到503亿元。未来国内的芯片还是要看华为的。

对于华为来说,创办海思自研芯片,是一件具有长远眼光的事情,但是对于国家和产业来说,仅有一两家海思肯定是不够的,我们需要更多的芯片企业以及更完整的芯片生态。国产芯片之路注定是漫长而艰辛的,只有持续理性、耐心地投入和国家的大力倡导和支持,才有可能最终摆脱现有的处境。

“板凳要坐十年冷”,正如业内传言所说:芯片领域没有弯道可以超车。

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