5G芯片大战开启:华为等国产力量如何从巨头环伺中突围?

ittbank 2019-03-01 17:45

2019年2月25日,位于西班牙巴塞罗那的MWC——世界通讯大会正式召开,折叠屏等新科技随之映入眼帘。


在所有媒体关注新式电子产品本身的同时,为所有科技企业提供了核心技术支持、并在全球拥有几十亿用户的两家科技巨头,却少有人知。


MWC官网宣传页面


他们不生产任何已成形的电子设备,但手机和各类电子设备却必须依赖他们的产品而存活。如果电子世界有着公用的技术法律,他们一家是法律之一的制定者,而另一家则是法律的维护者。


如果为未来的科技贴上标签,无论是人工智能、物联网、云计算还是5G网络,这些愿景和技术背后,都无法离开一个全球颇为隐秘的寡头垄断产业——芯片。


而我们的故事便借助MWC的科技盛宴,从这两家芯片领域的寡头公司展开,并为大家解开华为海思在寡头垄断下的成长之谜,以及世界芯片产业和未来格局的冰山一角。


垄断与寄人篱下的标准困境

了解芯片产业的垄断要从芯片的设计和制造说起。


如果将芯片产业比如一个江湖,如今这个江湖中只有两个超大门派,一个是微软和英特尔主导的X86体系;另一个则是谷歌、苹果、ARM Holdings和高通等众多高手集体参与的ARM体系。


因为windos、IOS和安卓系统在手机电脑领域的绝对占有率,X86和ARM也成为了目前芯片设计领域的两大标准。


其中X86架构的创造者和运营者都是英特尔,阵营相对封闭。而ARM架构的创造者和运营者是ARM Holdings,阵营相对开放。



事实上,尽管ARM架构的芯片占据了移动电子市场95%的份额,但基于时间和技术积累上的绝对优势,芯片领域的技术领头羊依然属于X86架构的开创者英特尔。


芯片产业的起点是设计,知乎上,曾有一位网友发帖评论:

芯片设计好比一个巨型题库,英特尔和ARM Holdings公司既是出题人也是考场考生,在题库建立之初他们就开始着手练习,并将自身的解答方法申请了国际专利,从而限制其他考生未不得“抄袭”。


而X86和ARM这两套题库在经过数十年的发展后,已经扩展出几十亿的题海内容。


所以无论ARM架构下的海思、高通,还是X86架构下的AMD,要想完整的参与芯片设计的内容,就必须取得英特尔和ARM Holdings公司对题库中1+1=2的基础证明方法,然后才能在这个基础上进一步推论2+3=5的创新。


1+1=2有很多证明方法,但要想芯片足够强,最简单的那个证明逻辑便是芯片架构设计中的最优方案,而英特尔和ARM Holdings公司对于最优方案的研究已经长达十几年甚至几十年。


所以即便从零开始,只要安卓、IOS和windows还是主流系统,芯片架构就离不开ARM和X86,也离不开两套题库中两家公司对1+1=2的专利最优解。


对于芯片设计标准的垄断,一个国内芯片从业人员在另一个角度分享了自己的所见所闻:

国内一家汽车基础芯片的生产商曾经做出来一个世界领先的零件,但这个零件完成后国内的所有车厂却无人采购。公司上门询问后,车厂的统一回答是不敢用。


不敢用的原因不是芯片不合格,而是汽车制造时,汽车上的零件参数都是照抄国外的,企业不知道这些零件的参数为什么要设置成这样,一旦换了新设计的零件,害怕有些参数不一样后会出什么问题。


以至于这家公司只能先申请成为外国大厂的供应商,拿到通用和大众去做测试,等到通用和大众先采用了,国内公司才敢采用。


汽车上的一个小零件如此,放在手机和通信基站等大量需要各类芯片的电子行业,标准垄断下的其他企业,又何尝不是相同的困境?


制造困境与机器垄断

芯片标准的设计困境是国内芯片行业的第一门槛,而芯片制造则是第二道难关。


和芯片设计行业不同,目前国际上拥有不下几百家大型芯片制造商,甚至国内的一些工厂也能拥有一些中低端芯片的生产能力,但芯片制造行业的垄断却真实存在。


因为这里的垄断并不产生在芯片代工领域,而是生产制造芯片机器(光刻机)的公司身上。


在手机芯片行业,目前能够生产CPU的厂家主要有三星、联发科和台积电三个玩家,基本我们身边的95%以上手机CPU都出自这三家之手,但这三家公司的芯片制造设备,都依赖于荷兰的一家名为ASML控股公司。


ASML官网一款支持7nm工艺的光刻机设备


在一个技术论坛上,一位网友对ASML控股如此描述:

ASML控股十分任性,在缺钱时就会放出一部分股权供现有的合作者抢购,而抢购的名额也需要经过ASML控股的最终审核,宛如一个霸道之极的债主。但三星、联发科和台积电在面对这样的股权时又不得不放下自己的身段。


因为每当遇到芯片的nm制程升级时,谁先拿到ASML控股的最新机器,谁就能对外宣布:我已经掌握了7nm芯片的制造工艺。


纵然不遇到芯片的制造工艺升级,一旦台积电、三星和联发科失去了ASML控股的技术支持,整个企业的生产成本也将直线上升。


所以面对ASML控股每年只生产几台机器的传统作风,当舔狗也需要实力和运气。这种“实力和运气”,通过国内芯片生产厂商的对比,就能可见一斑。


据一位知乎用户介绍:英特尔、三星、台积电2015年能买到ASML10NM的光刻机。而大陆的中芯国际,2015年只能买到ASML2010年生产的32NM的光刻机。5年时间对半导体来说,已经足够让市场更新换代3次了。


所以,在ASML严格控制光刻机产能供给的情况下,中国的企业长久以来一直无法买到当下最先进的芯片生产机器。


而除了手机芯片领域,目前全球先进的光刻机(生产芯片的机器)也只有应用材料、东京电子和KLA-Tencor等少数几家,并且这些公司90%都分布在美国和日本。


芯片上的机缘

虽然目前所有参与ARM芯片设计的企业都需要依赖ARM Holdings公司的授权,但ARM架构作为半开放的国际标准却和X86架构的芯片有着本质不同。


这种区别要从ARM架构芯片的崛起说起。


ARM Holdings官网


ARM Holdings公司创造ARM架构之初,并非采取开放策略,而是选择了和英特尔一样的寡头垄断模式,但因为ARM创立时,在其中一款芯片的研发过程中出现失误,让公司一度濒临破产。


所以在ARM Holdings走出这段阴霾后,面对与英特尔在芯片研发人员和市场竞争力上的巨大落差,ARM Holdings一改之前的重资产封闭模式。


于是卖掉生产工厂和开放ARM架构授权后,ARM Holdings毅然决然的变成了一家芯片架构的第三方服务和研发公司。


简单来说,ARM架构的题库,虽然基础问题依然由ARM Holdings自出自考,但对基础问题之外的考题,ARM Holdings公司却放开了答题人的资质,让所有有能力为ARM架构做出贡献的公司都能参与ARM的芯片设计。


正是因为这一历史的存在,伴随移动手机的崛起,目前市值上百亿美元的ARM架构的芯片设计企业——高通才得以诞生。


2005年7月11日Android Inc.被Google收购。


2007年11月,Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信营运商成立开放手持设备联盟来共同研发改良Android,随后,Android系统开始绑定更加省电的ARM架构处理器开始了普及式爆发。


意识到移动市场重要性的英特尔,为了对抗安卓庇护下渐渐失控的ARM芯片,和微软以及诺基亚一起推出过Windows Phone系统,但Windows Phone作为一个迟迟不肯开放的封闭生态,稀缺的娱乐应用,为失败的结局埋下了伏笔。

windows phone系统的明星产品:诺基亚1020


2004年10月,华为海思半导体公司成立,在海思创立之初,面对封闭的X86架构和处于爆发期的ARM架构,海思毅然加入到了ARM芯片的阵营。


早期的海思芯片,并非用于手机,而是用在华为的通信基站上面。从2004年开始,经过8年ARM通讯芯片设计积累的华为,在2012年推出了基于ARM架构的手机处理器K3V2。


至此,ARM架构下手机芯片的设计企业,在历史的洪流中初步完成登场工作。


K3V2诞生之初,没有谁把海思作为竞争对手,因为那时的海思,还不及联发科在ARM架构中的技术积累。


但仅仅6年后过后,海思便凭借惊人的成长速度,大步跨入全球第七大IC公司之列,并凭借麒麟980而在高端手机芯片市场,拥有了和骁龙855以及苹果A12相互一战的实力(在非极限试用下,日常体验已经相差无几)。


熟悉了ARM架构,华为其他芯片的研发也开始提上日程,这种积累为华为的5G布局埋下了坚实的基础。


华为的底气

2018年10月,任正非公开表示,华为5G就是争夺“上甘岭”,是必须抢下的世界高地,要不惜代价赢得胜利。


2018年11月17日凌晨0点45分,在3GPPRAN第187次会议的5G短码方案讨论中,华为公司主推的Polar Code(极化码)方案,从美国和法国两大竞争对手中脱颖而出,成为5G控制信道eMBB场景编码标准。


拥有了5G标准的话语权,华为在5G芯片的研发上面也开始重点发力。



2018年2月,华为发布了首款3GPP标准的5G商用芯片巴龙5G01。


2018年10月10日,在5G芯片发力之余,华为发布了昇腾910,全栈全场景的AI解决方案。


2019年1月24日,华为正式面向全球发布了5G多模终端芯片Balong 5000(巴龙5000)和基于该芯片的首款5G商用终端华为5G CPE Pro。


与此形成对比的是:虽然高通和三星等芯片设计厂商也有关于5G芯片的基带发布,但华为却是全球第一家完成5G网络完整商业测试的厂商。


虽然华为在5G芯片成就正在推动世界进步,但美国却对此成果显得忧心忡忡。


甚至,最近在美国总统特朗普公开希望5G市场公平竞争后,又不失羡慕的说了一句“美国需要美国的华为”。


目前的通信技术标准中,虽然美国依然持有最多的通信专利,但华为的专利申请数量增长最快。所以特朗普的动作背后,也足见美国通讯企业对华为公司的恐惧。


这份恐惧的来源,很大程度上来自华为在通信标准和芯片研发上的成长速度。


2019年2月,面对美国在5G市场上是否接纳华为的摇摆态度,华为创始人任正非在去年12月曾面对采访直言:

“它可以不买,付出非常昂贵的成本来建设另外的网络。我们在技术上的突破,也为我们的市场创造了更多机会,带来更多生存支点”。


事实上,国外媒体早已考虑不使用华为技术的可能性,但他们得出的结论是:即便美国不让华为参与美国自己的5G建设,也无法离开华为在5G技术上的关键支持。


而基于在芯片领域长达14年的积累,华为目前在智能手机的芯片上已经实现“离开美国后的基本自足”。


其中,根据ABI Research 的数据显示,华为高端手机 P20 Pro 所用半导体中仅 7% 来自美国供应商。相比之下,其他中国厂商的手机这一比例在60%以上。


2015年12月,微博认证华为高级工程师@Starry_wang曾透露,华为已经在全球布局下一代移动产品的能力,其中,包括自研GPU、自研SSD芯片都已在路上,而手机OS则早在2012年就已开始预研,只不过“现在不是拿出来的时机”。


根据这位华为工程师的言论,华为的商业蓝图正在向苹果公司靠拢,而随着华为在未来独立的OS系统的推出,以及5G时代对万物互联的构建,华为在芯片领域的征程,在未来也将会与苹果、高通等国际一线公司展开更多交锋。


芯片巨头的焦虑

在当下,华为在芯片设计领域依然需要向ARM Holdings公司购买授权,其中ARM Holdings公司身在英国,而光刻机的ASML控股公司又在荷兰。


那么特朗普总统的“羡慕”背后,为何多次表达了对华为的焦虑?


根据一位芯片从业人员介绍:这份焦虑不止来自华为,还来自芯片产业在摩尔定律上的失效。


摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔提出,其内容为:积体电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,且芯片的性能提高一倍(即更多的晶体管使其更快)。


但这一定律,伴随芯片技术在过去几十年的发展,目前已经面临破灭。


2016年,在麻省理工评论的一篇文章中,一位物理学家写道:缩小的晶体管已经推动了50年的计算进步,但现在必须找到其他方法来使计算机更强大,因为摩尔定律已死。


而在更早的2011年6月,英特尔架构集团副总裁Kirk Skaugen就曾表示:摩尔定律本身并不足以让公司在2018年之前提升到exascale的性能。


简单来说,目前芯片技术的发展已经遇到瓶颈。


如果,摩尔定律依旧有效,华为海思在芯片领域的进步将只会是永无止境的追赶,但在芯片行业集体停滞下,华为海思的进步却让弯道超车成为可能。也许这种可能很小,但概率的存在已经让特朗普总统为之焦虑。


而这种焦虑,在新诞生的AI芯片以及未来的量子计算机可能性上,正在被技术领先企业的危机意识无限放大。


AI芯片在学术上一般是指运行AI算法,并面向AI计算应用的芯片。



据维基百科的资料显示,虽然传统的CPU可以拿来执行AI算法,但因为内部有大量其他逻辑,功耗和性能并非AI场景下芯片设计的最优解,所以具有海量并行计算能力、能够加速AI计算的AI芯片应运而生。


对于AI芯片的重要性,联想集团高级副总裁贺志强曾表示:“智能互联网时代,AI芯片是人工智能的引擎,对于智能互联网的发展将起到决定性作用”。


作为新兴的芯片类型,据业内人士介绍:目前AI芯片的研发还没有固定框架,算法上暂时有CNN和DNN,所以这一芯片的国际标准,目前也成为了国内外芯片企业的必争之地。


为了完成AI芯片的布局,从AI芯片被关注之初,英特尔就先后收购了FPGA厂商Altera、AI芯片公司Nervana、自动驾驶芯片公司Mobileye等诸多企业。


尽管海思在AI芯片上并非领先者,但在这个新的时代机遇下,同时起步已经意味着公平竞争。


但更为重要的是:AI芯片的出现并非偶然。


因为据一名芯片研发的从业者介绍:每一种架构都有自己的优势和不足,天下并没有所谓的“万能芯片架构”。 随着万物互联时代,对更多芯片需求的出现,适用于不同场景和不同设备的芯片架构,也将有可能从未知领域不断诞生。


就像X86架构是英特尔和AMD的“专属”,在PC市场上独霸多年;ARM的架构在移动端和便捷设备上有着不可替代的优势;MIPS架构的处理器在网关、机顶盒等市场上非常受欢迎;RiSC-V架构虽然出来不久,但在智能穿戴产品上的应用广泛,前景广阔。


而这些新诞生的芯片领域,正在随着华为海思等一批中国芯片设计企业的出现,成为欧美企业把持芯片标准垄断的最大威胁。


中国芯的坎坷自强之路

2017年我国芯片业进口额就已经高达2601.4亿美元,约占世界的68.8%。面对无芯困境,中国企业一直在努力通过各种努力来得到突破。


2003年2月,中国多位知名学者通过将摩托罗拉的芯片标识抹去的做法,伪造了中国自研的芯片“汉芯”。在“汉芯”从伪造到证伪的3年内,国家共计为“汉芯”研发投入了上千亿资金。


2007年9月底贝恩资本、华为公司宣布将以22亿美元现金收购3Com,可收购过程一波三折,3Com股东轮番投票表决不说,连美国政府也反复“审查”。2008年2月21日,历经长达5个多月的收购最终以失败告终,随后这家网络硬件公司3Com被惠普“低价”收购。


2015年3月,中国的GO Scale Capital和金沙江创业投资基金和飞利浦达成一个协议。按照协议,飞利浦旗下从事汽车和发光二极管原件业务的公司Lumileds的多数股权,会出售给由中国的一家企业。


尽管中国投资者已经给到了飞利浦29亿美元的报价,但在2016年这份协议依然被飞利浦单方面撕毁。



从2000年至今,无论是中国“自研的汉芯”事件,还是中国投资者在美国的收购案例,都足见两个中国对芯片技术的重视程度。


虽然在汉芯事件过去十年后的今天,我们已经拥有上百家芯片研发和制造企业,但根据最新数据显示:中国尽管是全球芯片的第一消费市场,但自给率仅为10%至20%。


为了应对“其他企业用垄断优势,进行不公平商业竞争”的可能性,在中国制造2025计划中,中国将半导体自给率的目标,设定为到2020年的40%和2025年的70%。


而所有的这些坎坷努力背后,一切的核心都源于芯片在未来科技领域的地位之重。


结语

尽管今天的华为在芯片产业的全球格局中并非“位高权重”,但中国企业逐渐杀入芯片垄断核心阵地背后,华为正在以种子的力量让中国人的面孔越来越多的出现在国际一线技术交流会议中。


至少,MWC的会议上,当欧洲友人问及我都参会原因时:我可以回答说,来看华为,而不再是一名旁门看客!



来源:腾讯科技



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