中國芯突圍戰(zhàn)，是科技史上最悲壯的長征
“所有我們曾經(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”計劃，引發(fā)全國人民熱論。科技自立之路如何走，華為海思為這場突圍戰(zhàn)做了怎樣的準備？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)始人任正非聊天時都不無擔憂。
華為顯然不會這么做，“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，我只要賣低一點，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，小草用低價格和我競爭，打得我頭破血流。”
這是任正非當時的回答，在他看來，狹隘的自豪感會害死華為，并提醒華為盡可能用美國公司的高端芯片和技術。
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 諾亞方舟實驗室” 專家座談會上，任正非在回答時任終端 OS 開發(fā)部部長李金喜提問時說到。
據(jù)傳，任正非看了美國電影《2012》以后，認為信息爆炸將像數(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責創(chuàng)新基礎研究的 “諾亞方舟實驗室”。
其實，早在諾亞方舟實驗室成立八年前，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)費用，給你兩萬人。一定要站立起來，適當減少對美國的依賴。“
倉促受命的華為工程師何庭波當時一聽就嚇壞了，但公司已經(jīng)做出了極限生存的假設，預計有一天，所有美國的先進芯片和技術將不可獲得，那時華為要如何才能活下去？
為了這個以為永遠不會發(fā)生的假設，“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)千個日夜中，我們星夜兼程，艱苦前行。當我們逐步走出迷茫，看到希望，又難免一絲絲失落和不甘，擔心許多芯片永遠不會被啟用，成為一直壓在保密柜里面的備胎。” 何庭波回憶。
而任正非的堅持和何庭波團隊的負重前行，很可能決定了華為未來的生死存亡。
兩天前，美國商務部工業(yè)和安全局 (BIS) 宣布，把華為加入該部門實體名單 (entity list)。這意味著什么？在該原則下，若無特殊理由，美國工業(yè)安全局基本不會授予名單外企業(yè)向名單內(nèi)實體出口、再出口或（國內(nèi)）轉(zhuǎn)移受《出口管理條例》管控之貨物的許可。
換言之，最嚴重的情況是，華為無法再向美國公司購買芯片等產(chǎn)品。
“所有我們曾經(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。”
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。
華為手機掌門人余承東在朋友圈轉(zhuǎn)發(fā)評論說：“消費芯片一直就不是備胎，一直在做主胎使用，哪怕早期 K3V2 競爭力嚴重不足，早年華為消費者業(yè)務品牌和經(jīng)營都最困難的時期，我們也始終堅持打造自己芯片的核心能力，堅持使用與培養(yǎng)自己的芯片。”
余承東還進一步透露：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)這個領域，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 - 芯片這個領域，這個 “絕路” 可能先一步到來，并且追趕的機會也并不那么渺茫。
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)推至風口浪尖。命運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 時代下的新機遇，警鐘長鳴、知恥而后勇。
一、失效的摩爾定律
帶給我們新機遇的，不單單是 5G 和 AI 時代的到來，還有摩爾定律。
我們要講的，當然不是 “每 18-24 個月，集成電路上的元器件數(shù)目，就會增加一倍，性能和性價比也提升一倍”，而是摩爾定律的消亡。近年來，這個說法幾次爆發(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可。
先解釋一下，它為什么失效以及我們的機會在哪里。
1946 年，人類社會第一臺計算機誕生，重達 30 噸。形象點，它就是一堆電路。通過無數(shù)開關和電線的連接，18000 個能通電的電子管和 7000 個不能通電的電阻，每個電子元器件，都是一個 “0” 或 “1”，計算不再是大腦的專利。
雖然在這個電路中，電子元器件挺少，計算能力很弱，但它開機的那晚，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步的領域。就像在一個廣場上，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，物理學界的名言說它是 “命運”，一張紙的厚度也有 100000nm。
當然，把芯片往大里做提高計算能力理論上可行，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現(xiàn)了自產(chǎn)。但商用芯片，即使天馬行空一點，假裝不用考慮 “設計框架、制造成本、使用能耗” 的等等困難，芯片太大的話終端設備也塞不下。
基礎科學何時再次進步難以預測，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，換個提升計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，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，是沒有技術壁壘的新機會。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，我們還會再次走偏。
其實，中國芯并不是從一開始就遠遠落后的。1956 年，周恩來總理親自主持規(guī)劃了四個急需發(fā)展的領域 —— 半導體、計算機、自動化和電子學，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很復雜：既有幾段特殊的歷史時期，造成的人才流失和科研阻力；也有企業(yè)界選擇市場，棄研發(fā)而重進口重銷售；更有學術造假和腐敗問題對產(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，但至少是領先韓國和中國臺灣地區(qū)的。這時的半導體行業(yè)，難的是制造，即生產(chǎn)晶體和晶體管，制造加工設備。此時的芯片企業(yè)一般是設計、制造、封測都自己做，非�？粗刭Y本實力。
首先填坑，把芯片往大里做不現(xiàn)實，這其實跟芯片的材料有關。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)量足以對外出口；電子級的高純硅要求純度極高，不便宜但我們幾乎全仰仗進口。
硅提純的時候，用的是中學生物課常用的提純方法，旋轉(zhuǎn)。成品自然是圓的，也叫 “晶圓”。幾何知識告訴我們，使用圓形的材料時，對材料利用率最高的做法，一定是正方形越小，邊上浪費的材料就越少，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)歷設計、制造、封裝、測試這一系列流程，其中的主要環(huán)節(jié)是設計和制造。但通常情況下，這些環(huán)節(jié)是分離的，由不同企業(yè)負責。
我們今天所說的芯片實力，關注的芯片企業(yè)，則更多是指芯片設計。
原因很簡單，芯片制造業(yè)有了一個遙遙領先的龍頭企業(yè)，一己之力占據(jù)世界芯片代工的半壁江山 — 中國臺灣的臺積電。即使是來勢洶洶殺入芯片行業(yè)的巨頭阿里，也只是設計針對自身業(yè)務的定制芯片，然后制造環(huán)節(jié)找臺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、中國臺灣，無一不是在上世紀全球產(chǎn)業(yè)分工調(diào)整的時期，靠堆積政策和資金崛起的。
當時半導體行業(yè)最好的切入點，就是 DRAM，也就是電腦里的內(nèi)存條。因為其設計簡單，更看重制造工藝，所以無論在哪都是首選的半導體產(chǎn)品。領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，臺積電則認準芯片行業(yè)會產(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，又被韓國和中國臺灣趕超。好不容易國家主導了幾次工程，但效果也都不明顯，最終國家領導人出訪韓國參觀了三星，回國后總結出四個字：觸目驚心。
908 工程尚未竣工驗收，909 立刻上馬，國務院動用財政赤字成立了華虹。但華虹剛出點成績，稍微有了丁點盈利時，就迎來了暴擊。2001 年，美國互聯(lián)網(wǎng)泡沫破裂，芯片價格受波動暴跌，華虹巨虧。
幸好這一年，張汝京被臺積電排擠到大陸，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。
臺積電的分工理念很正確，企業(yè)們早就受夠了又要設計又要建廠還要不停更新生產(chǎn)線的高昂成本。臺積電開創(chuàng)性的轉(zhuǎn)型做芯片代工，降低了芯片設計的技術門檻和資金風險，試水芯片設計的企業(yè)越來越多，訂單如江河入海般向臺積電涌來。
臺積電的創(chuàng)立者張忠謀選對了理念，臺積電的科學家們則突破了技術。之前說過，過去的芯片進步基本仰仗摩爾定律，通過提升晶體管密度來提高計算能力，而提高密度的關鍵，就是提升芯片生產(chǎn)時的精度。
芯片制程曾在 157nm 處卡過殼，當時就有摩爾定律失效的說法。全球頭部廠商砸進幾十億美金，技術提升卻微乎其微。
這時一位華人出手拯救了產(chǎn)業(yè)界，林本堅幾乎以一己之力，改變了臺積電在芯片制造業(yè)的地位。
早年，林本堅效力于藍色巨人 IBM，當時就曾提出 IBM 與產(chǎn)業(yè)界一直追求的 “X 光” 光刻機不是正確的方向。后來他輾轉(zhuǎn)來到專注芯片制造的臺積電，繼續(xù)不走尋常路。
本來光刻機都是干式的，以空氣為介質(zhì)，產(chǎn)業(yè)界想在光刻機的 “光” 上做文章；林卻想做浸潤式的光刻機，在介質(zhì)上下功夫，采用液體的水。芯片行業(yè)實行分工理念，有專門生產(chǎn)光刻機的企業(yè)，例如當時領先的尼康和佳能，還有落后的 ASML。
2002 年，風暴降臨，傳統(tǒng)介質(zhì)的 193 光刻機走到了末路，幾位繼承者集體發(fā)難。光刻機生產(chǎn)商尼康和佳能終于燒出了一點成績，做出了 157nm 干式光刻機。林本堅則出席了一場國際研討會，拋出了自己的浸潤式光刻機理論，業(yè)界一片嘩然；一種 13nm 的紫外線光刻機 EVU，也被人提出。
這兩個不被看好理論，最后都和落后的 ASML 捆綁在一起。成品實現(xiàn)后，代表了其兩個時期的最高水平。先做出產(chǎn)品的是林本堅設計出原型概念的 193nm 浸潤式光刻機，EVU 從 193nm 進步到 13nm 的步子太大，還要研究。
193nm 浸潤式光刻機成品出現(xiàn)后，原先訂購了 157nm 干式光刻機的 IBM 等十多個大廠紛紛退單，改旗易幟。
到 2007 年，IBM 直接放棄了芯片制造業(yè)務，專注設計。臺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，最常用的光刻機依然是 193nm 浸潤式光刻機，但最先進的則是已經(jīng)實現(xiàn)的 EVU 光刻機。
2018 年 5 月 21 日上午，ASML 向華虹六廠交付的一臺 193nm 雙級沉浸式光刻機入駐上海浦東新區(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”。
幾乎同時，中芯國際又向荷蘭 ASML 公司下單了 EVU 光刻機，預計排隊到 2019 年初交付。遺憾的是今年初一場大火，燒到了 ASML 荷蘭供應工廠，我們想要實現(xiàn) 7nm 芯片的制造，恐怕還得再等等。
光刻機被譽為人類最精密復雜的機器，站在整個半導體行業(yè)食物鏈的制高點，ASML 的成功不是它一家企業(yè)的成功，而是西方世界無數(shù)寡頭和財團用經(jīng)費鼎力支持燒出來的，其中也包括臺積電，但不包括華虹和中芯國際。
芯片行業(yè)一年進口超 2000 億美金，超過原油。冰箱、電視；汽車、機器人；服務器、電腦、手機；智能音箱、智能安防攝像頭。我們都必須取得每個領域芯片設計上進步，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 光刻機交付后，光刻機這樣的遏住整個芯片行業(yè)喉嚨的機器，也值得我們重視。沒有制造生產(chǎn)設備和利用設備制造芯片的能力，除了燒得起錢的特殊領域，我們所探討的一切種類的芯片設計的機會，都是無根之水。
當然，芯片除了設計、制造、還有地位略次的封裝（刻蝕機）和測試兩個環(huán)節(jié)。封測逐漸專業(yè)化，國內(nèi)芯片企業(yè)傾向于選擇大陸封測廠商，是如今的趨勢。這兩個環(huán)節(jié)大陸做的不錯，在全球第一梯隊，基本與臺灣、美國三足鼎立。
三、華為與 IBM 陷阱
并不是所有半導體企業(yè)都屈服于資金投入、時間投入，從而選擇了芯片分工制造。目前依然有實力強勁的巨頭把持著從設計、制造、封裝、測試到銷售的整個鏈條，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)，因為我們基本采用著分工合作的 Fabless+Foundry（設計 + 代工）模式。
前文大篇幅介紹了代工過程中生產(chǎn)技術和設備的重要性、大陸目前的現(xiàn)狀及機會，接下來的重心將轉(zhuǎn)為芯片設計。正如前文所述，現(xiàn)在我們談及的芯片實力多指芯片設計。
所謂的 5G 芯片、AI 芯片，不管是巨頭還是獨角獸，基本也都是著眼于芯片設計。
我們說國內(nèi)芯片行業(yè)孱弱實際上是有些片面的。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計公司，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。就中低端市場而言，國內(nèi)的芯片設計企業(yè)不但不缺，反而泛濫，銷售難度甚于科研。
而據(jù) IC insights 2017 年報告，全球營收前十的芯片 Fabless（設計）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體，可謂風頭最盛。當然，這份名單排除了歐美日韓那些既設計又生產(chǎn)的 IDM 企業(yè)。
來看看芯片設計有多難。首先，企業(yè)要確定芯片種類和用途，在此基礎上選用恰當?shù)脑O計架構。架構這個詞，非常關鍵，之后會大量提及；其次，要付出高昂的成本，來購買設計工具 EDA 軟件，它可以輔助電路設計提高效率。遺憾的是，美國的三家 EDA 企業(yè)幾乎壟斷了全球 EDA 市場，據(jù)稱華為海思每年為此付費在千萬級別。
海思，原本是一家相當?shù)驼{(diào)的企業(yè)，創(chuàng)建之時華為還遠沒有今天財大氣粗。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，為了讓團隊用上國外的 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，開始帶團隊。直到 2004 年，在國內(nèi)市場選錯了技術方向的華為，憑借在歐洲市場的優(yōu)勢成功突圍。任正非緩了一口氣，思考良久后，決定收回 “誰再胡說（做手機），誰下崗” 的決定。
但任正非也有顧慮，當時的手機芯片基本都是西方的，華為要做手機就得把心臟攥在西方的手上，海思由此誕生。即使是臺灣聯(lián)發(fā)科，直到 2006 年也都還在做一站式手機解決方案 turnkey，跑偏在了中國 “山寨機王” 的路上。
任正非想起了有 3G 芯片研發(fā)的何庭波，把她找來做手機芯片。
華為手機發(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營商做定制手機，勉強立住了腳跟。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、海思發(fā)布了首款應用處理器 K3V1。
最后一件好事兒，以慘敗收場。K3V1 的制程為 110nm，遠遠落后于人，能耗和兼容表現(xiàn)都很差，被自家手機放棄，只有山寨機愿意用它。
海思剛發(fā)出第一聲啼哭，就被市場教育得體無完膚。
又過了三年，海思用盡全力做出了 K3V2，成功的安在了華為 D1 四核手機上。2012 年是四核 ARM 的爆發(fā)年，K3V2 是中國大陸首個四核心智能 CPU，市場期待很高，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，兩年時間海思沒有再出新芯片。于是后來的 D2 手機也用了這款芯片，結局亦是慘淡，D3 手機更是胎死腹中。
等于說海思的 K3V2 芯片，成功拖死了華為的 D 系列手機，海思眾人幾乎心灰意冷，K3 系列再無續(xù)章。
“做得慢沒關系、做得不好也沒關系，只要有時間，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，掀起了一段波瀾壯闊的逆襲。
一直到今天的麒麟 980，海思氣勢如虹，制程達到了全球最領先的 7nm，性能與功耗的平衡也堪稱業(yè)界絕佳。
華為海思芯片，再也不是華為手機嫌棄的對象，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”。
手機芯片之難，小米也曾碰過釘子。手機芯片的設計，不同于電腦芯片，要考慮的點甚至更多。因為設計架構歸屬方的不同，手機芯片的市場競爭激烈程度也遠高于電腦芯片。手機芯片，真不好做。
早年，雷軍也曾有過芯片夢，他的愿望是未來能按沙子的價格賣芯片，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”，幾個月后匆忙下架了這款手機。澎湃 S1 也再沒能出現(xiàn)在其他小米手機上。
澎湃 S2，雷軍不敢再冒進，扎扎實實的燒進去了不少經(jīng)費。芯片終于設計妥了，拿去讓臺積電小規(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；第四次試產(chǎn)后推到重來；第五次試產(chǎn)后，“仍在研發(fā)，請給小米一點時間”。
此后近一年，澎湃一直杳無音信，直至最近傳來團隊分拆重組的消息。無數(shù)經(jīng)費也沒能換回 “量產(chǎn)” 這兩個字，芯片設計真不是門容易活。
再說點時髦的，最近 AI 熱潮帶火了 AI 芯片，也帶火了幾個比較相似的詞。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）適合并行計算，可以用來訓練深度學習；再后來谷歌打造出了 TPU，是一種專為機器學習量身定做的處理器；現(xiàn)在，又有了 NPU（嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡處理器）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計架構來設計電路。
Intel 占據(jù)先機，提出了 x86 架構，從此幾乎壟斷了整個電腦芯片市場。裝在電腦里的 Intel 芯片雖然體積稍大一點，用電多了點，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，在 PC 電腦時代芯片這完全是雞肋，反倒是性能不足的缺點顯得致命。
直至移動互聯(lián)網(wǎng)時代逼近，商務機和智能機橫空出世，體積小巧又耗能低的 ARM 架構成為首選，幾乎壟斷了手機芯片。ARM 公司并沒有像 Intel 一樣，借助架構成為壟斷地位的行業(yè)霸主是因為，在上世紀末，ARM 還沒等到真正的春天時，為了繼續(xù)活下去，決定不再自己做芯片，而是授權給其他公司，賺取授權費。
終端的電腦和手機芯片，就這樣對應著 X86 和 ARM 兩種架構，分別誕生出 Intel 和高通兩大芯片霸主。因為 ARM 的存在，高通在手機芯片領域達不到 Intel 在電腦芯片領域的成就，至少華為海思和臺灣聯(lián)發(fā)科，也都在手機芯片領域走出了自己的路。
但華為并不僅僅有終端，事實上，作為全球五大通信設備商之首，華為最值得驕傲的產(chǎn)品是自家的基站。想要用上 5G，既要看用戶的手機能否接入 5G 網(wǎng)絡，還得看運營商的基站能否提供 5G 網(wǎng)絡。
華為作為全球最大的通信設備供應商，又獨攬著 5G 標準的 1600 多項核心專利，早在今年 1 月 24 日就發(fā)布了首款 5G 基站芯片 — 天罡，同時宣布截至當時已獲得 30 份 5G 商用合同，其中 18 份來自歐洲。
而手機芯片，大體分為三塊：射頻芯片、基帶芯片、應用處理器。其中基帶芯片才是我們常說的 5G 芯片的真正作用點，其是把信號編譯成即將發(fā)射的基帶碼，或把接受到的基帶碼譯為信號。
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 SoC 芯片（系統(tǒng)級芯片），也都還沒有辦法將 5G 基帶芯片集成進去。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，華為可能會遲些。
前段時間，蘋果和高通鬧別扭，就曾放出風聲有意購買華為的 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，對銷售 5G 芯片保持開放態(tài)度，但有常識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)團隊，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 當年賣服務器是一樣的困境。
去 IOE 行動曾是阿里云發(fā)展的強助推力之一，棱鏡事件爆發(fā)，使國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)不再信任以 IBM 小型機為首的 IT 基礎設施，國內(nèi)企業(yè)普遍具有對自研芯片和自研服務器的渴望。
其實小型機更 “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，因為 X86 架構在 PC 端的優(yōu)勢，所以服務器端也幾乎是 X86 架構的天下。X86 服務器開源，能生產(chǎn) X86 服務器的廠商眾多，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 服務器業(yè)務賣給了聯(lián)想，繼而專心開發(fā)自家的 Power 架構。誠然，IBM 的 Power 架構優(yōu)點很多，性能也很好，但 IBM 注定無法用它撼動 IntelX86 服務器的地位。
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。但有一個問題，IBM 既生產(chǎn)服務器芯片，又生產(chǎn)搭載這種芯片的服務器。試問，哪家服務器生產(chǎn)商愿意用 Power 架構芯片呢？
有道是 “無欲則剛”，Intel 的 X86 服務器架構成功壟斷市場，恰恰是因為它只鉆研服務器芯片，卻堅決不生產(chǎn)服務器，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，需要警惕 IBM 陷阱。當然，行業(yè)也有全產(chǎn)業(yè)鏈成功的案例 —— 三星。
另外，如今的服務器市場可能還會有新變故。X86 架構的電腦大量普及，幫 X86 架構服務器鋪好了生態(tài)，身在 2019 年的我們不應該忘記，智能機的普及也幫 ARM 架構鋪好了生態(tài)，做 ARM 服務器是有希望的。
身為 ARM 架構手機芯片陣營里的話事人，高通早就意識到了這一點并曾大膽嘗試，但很遺憾以失敗放棄告終�！督�(jīng)濟觀察報》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，手機芯片不是高通一家的生意。華為，在 2016 年研發(fā)出了首款 ARM 服務器芯片；軟銀斥巨資收購 ARM 后，也表現(xiàn)出對中國市場和中國企業(yè)的期待，國內(nèi)的芯片熱潮未必不會波及服務器領域。
能把握 5G 時代芯片機會的畢竟還是少數(shù)，對多數(shù)企業(yè)而言，機會在于即將到來的 AI 時代。當然，手機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 都集成了寒武紀的人工智能模塊。
但華為只是買了寒武紀的人工智能模塊集成進自己芯片而已。余承東在國外的發(fā)布會上，將 AI 能力作為麒麟 970 芯片的核心賣點重點介紹，且在演示時并未點明這一項，只是將其描述為麒麟的 NPU（嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡處理器）。
四、AI 芯片新機遇
中國最有機會以弱勝強的領域，還在于 AI 芯片。寒武紀，背景是中科院孵化，目前估值位列全球 AI 芯片獨角獸之首。
在 AI 芯片這條賽道上狂奔的企業(yè)，主要分三類：針對自身業(yè)務開發(fā) AI 芯片的巨頭，比如阿里、華為、特斯拉；針對自身業(yè)務開發(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，在此基礎上引發(fā)了激烈的商業(yè)和技術革命，因此顯得格外劇烈。
AI 目前的現(xiàn)狀是，落地場景復雜，細分領域繁多，業(yè)務差異明顯，除了有我們熟知的幾家獨角獸外，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算力。只有設計針對算法的強耦合的專用芯片，才能充分出芯片的潛力。
波音 737max 連續(xù)墜機悲劇的根源，足以告訴我們，硬件有問題的時候，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，都至關重要。如果是用來運算的芯片不給力，優(yōu)化 AI 算法，只是空談而已。
傳統(tǒng)的芯片企業(yè)們，強在這么多年積累下來的技術經(jīng)驗，強在他們設計出的芯片可以更好地找到性能、成本、功耗之間的平衡點。但這一切都基于我們前文強調(diào)的一個詞，架構。
服務器、PC、手機等等都有各自合適的架構，在此基礎上設計電路的技術壁壘，在需要構建新的體系架構的 AI 領域，幾乎蕩然無存。
AI 企業(yè)在中國遍地開花。如果說 AI 領域要打仗，AI 芯片就是軍火。無數(shù)人盯上了這門生意，依圖這樣的 AI 獨角獸打起了自建 “軍工廠” 的念頭，更有無數(shù)資本聞風而動想分一杯羹。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，比如手機里除了 5G 基帶芯片，當然也需要一些跑 AI 算法的芯片當然也會需要一些：華為的 AI 芯片更多的是服務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、阿里、百度等等選手參與，一種商業(yè)模式是先找好架構，針對自身擅長的業(yè)務設計出契合的芯片，再自己使用加強自己的算法，然后對外直接輸出服務而不是買芯片。
從算法步驟來看，AI 芯片分為訓練和推斷兩類。
機器學習一般就分為這兩步：先輸入大量數(shù)據(jù)，訓練出網(wǎng)絡模型；再利用此模型，推斷新數(shù)據(jù)的結果（比如語音識別說了什么，面部識別此人是誰）。其中訓練過程設計海量數(shù)據(jù)和深度神經(jīng)網(wǎng)絡結構，目前主流選擇是適合并行運算的英偉達 GPU，但這并不是最優(yōu)解，谷歌為此設計出了自己的 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 芯片和針對功能定制的 ASIC 芯片，其針對特定 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少，壁壘低，未來可探索空間高，機會更多。
更何況，這些都只是基于馮諾依曼架構的芯片，運算器和存儲器分離，只能單純的提升運算速度，卻很難壓縮數(shù)據(jù)訪問消耗的時間。因此，類腦芯片的構想也逐漸出現(xiàn)在了學術界和產(chǎn)業(yè)界。
因此可以說，AI 芯片幾乎是一個另類的領域。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” 重新競爭的機會。其中更有國家隊的身影和為科技創(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)的巨頭獨角獸，下一顆未來之星難保不會是芯片企業(yè)。
當然，賽道熱領域多并不意味著誰都可以隨意蹭熱度。國內(nèi)四大 AI 獨角獸之一依圖內(nèi)部人士的看法是：算法即芯片的時代，相近的算法和應用的需求同樣會導致產(chǎn)生相近的芯片設計。由此，也會產(chǎn)生競爭。
比如以人臉識別技術領先著稱的依圖，和以自動駕駛技術領先的特斯拉，本質(zhì)上都是要有視覺識別能力，這就導致算法對 AI 芯片提出了相似的設計需求。“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
細數(shù)半導體行業(yè)，PC 時代誕生了英特爾，移動互聯(lián)網(wǎng)造就了高通和蘋果，5G 和人工智能時代這個全新的機會，誰又能成為霸主呢？
不管是追精度、還是設計新架構、亦或是給晶體管裹鐵皮，甚至是直接追求化學物半導體（泛指各種不以硅為基礎的半導體材料），芯片到底該怎么追，很難講，但可以肯定的是，能不能成為 AI 時代里的 Intel，跟能不能打敗現(xiàn)在的 Intel 基本沒有關系。
這已經(jīng)是一種幸運了，中興事件給我們敲響的警鐘，余音繞梁， 5G 時代 AI 時代我們沒有理由不奮起直追。
想要中國芯，這是最好的年代。
