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苹果三星华为都在自研芯片 是巧合还是必然?

【中关村在线】苹果iPhone11ProMax评测:最近,关于华为芯片的话题又火了一波,具体什么事我想大家都知道,看在媒体同行口诛笔伐,怒喷某某“皿煮大国”这么多天的份上,这里咱就不过多摘述了,但小编对此同样表示谴责,并对这种破坏商业公平的行为持坚决反对态度。

图源网络

不过话又说话来,波澜壮阔的声讨之后,关于芯片自研的话题又一次甚嚣尘上,一时间“半导体孤立无援”、“中国芯至暗时刻”等等不绝于耳,吃瓜群主们表示我很在意,虽然我自己做不到,但其他国产手机厂商为啥不去做?

国产手机:……

那这就很有意思了,我们不禁要问一句:为什么并不是所有手机厂商都能自研芯片?又为什么只有苹果、华为、三星有自研芯片在手,并且已经成功量产商用?

现在看来,这并不是一个偶然现象,难道背后同样有着“不得不做”的深层原因?或者说,当手机厂商体量进化到一定程度时,要保证品牌的稳定可持续发展,自研芯片才是必经之路?

手机芯片自研究竟难在哪?答:处处花钱处处难!

对于身为普通人的我们来讲,造芯片的难度你想象不到;但对于业内人员来说,造芯片就不是喊口号了。

很多人对芯片的印象过于感性,仅仅只见过或接触过一些算是常见的电脑CPU,就敢说自己知道啥是芯片!但手机芯片却不是这样,用户更多也只是见过一些图片而已,其真实的面目早已被封装过,可以说芯片的复杂程度远不是肉眼能够感知的。

具体有多复杂,大概可以看作为“放大后变成了一座城市”,没错,就是这种感觉!下面放张图一起来感受一下:

密密麻麻电路,脑壳表示有点疼(图源网络)

可以看到,密密麻麻的电路线,看起来非常有秩序,横平竖直,排列整齐,就像一座微观城市。

放大的芯片就像一座微观城市(图源网络)

我们常说某某芯片为N纳米工艺制程,通常“几纳米”值得就是线路之间的间隙有多宽,制程越小,线路也就越密集,性能自然会有成倍的提升。我们知道,1纳米为10的负9次方米,当我们将芯片放大一百万倍,到了厘米级后,也才到了人眼可以细致观察电路、晶体管的程度。

这还是放大一百万倍的情况下,如果不做放大,想要在指甲盖大小的区域雕刻几亿、几十亿、上百亿个图形,注意是雕刻,不是画图,这样的难度不借助超先进的光刻机是绝对不可能完成的。


图源网络

但这还远远没有结束,如果你注意过手机芯片的名称,如麒麟990 SoC、骁龙865 SoC,后面都会带一个“SoC”,有这个单词便意味这并不是一枚简单的芯片,而是一个经过软硬件协同设计的处理器,它不再单一进行数据、信号的收集与处理,还要具备一系列复杂计算、存储、数据调度等等更高级别的处理能力。简单点说,手机SoC可以看成一台计算机,而不是大家以为的计算器。

从技术难度上来说,如果把一粒沙子变成硅晶体似乎并不是什么难事,但想要把这颗沙子再变成“计算机”就难如登天了,更何况这台“计算机”的性能还被要求越来越强,这难度岂是一般厂商玩得转的?

设想,偏偏有这样一个不信邪的厂商大M,突然有一天也想做手机,理念便是手机芯片一定要从零开始自己设计,虽然在旁人来看无异于异想天开,但它无所畏惧。

很快,大M向ARM买来了芯片设计图,人才也招了不少,于是开始第一步自研之路。没想到一抬头就发现前方是“十字路口”,具体怎么走也是两眼一抹黑,好在大M浸润行业多年多多少少有些技术积累,经过海量资金投入,最终还是设计出了一枚自研芯片。

接下来就是要验证了,简单理解就是测试一下有没有BUG。然而大M发现这个所谓的“验证”,其过程同样极为复杂,困难到并不比设计一枚芯片差不多,但事已至此,大M也只能咬牙坚持下来,花钱,继续花钱,于是这枚芯片在经历重重磨难后终于通过了“验证”,现在离上市仅有一步之遥了。

之后便是生产环节,因为用的是最新技术,缺乏制作经验和技术的大M也只能找别人代工,但问题又接踵而至,代工厂可不会给任何厂商免费开模,哪怕大M只想生产一颗芯片,也需要支付高昂的开模费用。

掩膜成本一般视制程工艺高低而决定,越新的技术成本越高。比如,在2014年刚出现14nm制程时,曾有消息称其掩膜成本为3亿美元;英特尔正在研发的10nm制程,根据英特尔官方估算,掩膜成本至少需要10亿美元。而且这还不算流片、晶片自身成本、光刻机设备等等,单单开一条生产线就要先期投入几十亿人民币。

荷兰ASML拥有全世界最好的光刻机,一台顶级光刻机10亿RMB左右

更让人抓狂的还在后面,大M还发现,就算自己投入了几十上百亿的资金,也只是代表这枚芯片可以生产,但能不能工作,是不是可以达到预期性能,有没有媲美同行的资格,都是一个未知数。换句话说,投入这么大的成本去赌一个未知的结局,到头来很可能竹篮打水一场空。

于是,大M终于“大彻大悟”,痛下决定不再自研芯片,转而老老实实去高通、联发科订购了。

可以看到,芯片自研绝非嘴巴一张一合就能制造出来的,其需要长时间的巨大投入,且短期内也看不到回报,甚至还会有失败的风险,而这些风险全部需要一个企业自己来承担。换句话说,企业以盈利为目的,这种明显吃力还不讨好的事情,并不是一般厂商愿意负担的。

大厂为什么执意自研芯片?有钱有技术还有回报白干白不干

前面笔者提到过,纵然手机芯片自研看似吃力不讨好,那为什么诸如苹果、三星、华为等头部大厂却依然坚持芯片自研道路呢?

通俗的理解就是“不被卡脖子”,手机芯片作为核心器件任何企业都不想受制于人,虽然有点“主旋律”,但这个理由完全足够大企业去冒险了。事实上,说是冒险,却并不绝对。当企业体量到达一定程度后,自研芯片就成了一件虽然有困难、但绝非不能完成的“挑战”,和企业在较低水平时所看到的困难度不可同日而语。

当然,看似不可逾越的难度往往只是对一般厂商而言,苹果华为三星是什么?那是当下全球最顶级的科技大厂,有技术、有钱、有实力,妥妥的“高富帅”。对它们来说,芯片自研有技术难度,但并非难以企及;虽然很烧钱,奈何家底殷实,在投入上向来财大气粗,这点钱一个字:烧。

当然,地主种地也要看收成,纵然财大气粗,没有回报岂不是白干了。好在,芯片自研一旦成功,往往会形成巨大的利益回报。那时候,产品可以有更低的性价比,同时也有利于塑造公平的市场竞争环境,当大家都有自己的芯片可用,也就无需仰人鼻息,便很难再出现垄断局面。

其次,产品力将不再受到芯片制造商的掣肘,“挤牙膏”的现象也将被堙灭,技术有多强,芯片就有多强。比如苹果Mac架构要从英特尔过渡到自己的ARM芯片,有一部原因也是Intel无法满足Mac快速发展的性能需求。

另外,自研芯片还可以提升产品差异化,容易培养忠实用户群体。与此同时,还有助于提升品牌自身价值,比如华为、三星、苹果三家都有很强的品牌溢价能力,而更高的利润也将被投入到其他领域,最终实现更为均衡、全面的企业发展之路。

最后,华为今日之困局并不是因为自研芯片之过,而是因为在通信领域过于强势引起了别有用心之国的忌惮。相反,自研芯片反而更有利于确保供应链安全,毕竟一旦被过分限制,也能确保多一份出路,少一分风险。对于大厂来讲,任何风险都将会引发难以承受的后果,只有未雨绸缪,才能活得更长久。

总的来说,大厂热衷于芯片自研,一方面是投入惊人,回报喜人;另一方面则是持续增强品牌价值和抗风险能力,起到“定海神针”般的维稳作用。总之并非意气用事,而是时机实力都已经来到了这个地步,顺势而为而已。

芯片自研之路何其艰 已有大厂倒在冲锋路上

苹果有A系列芯片、三星有Exynos猎户座、华为则有海思麒麟,三者都号称“自研”,但实际上都谈不上100%自主,不过可以预想,三家的祈愿无非是彻底实现100%自主,只不过眼下各家发展程度不同而已。

三家对比来看,A系列芯片自主程度最高,同时综合性能也最强。苹果自研芯片一般从iPhone 4开始,第一代苹果A系列处理器是基于Arm的公版Coretx-A8内核,直到2013年,苹果A7问世,这是全球首款64位的处理器。此后,A系列芯片一路开启了“独孤求败”之路,到了A11则进一步提升了自主程度,首次集成了苹果全新自主GPU、ISP和视频解码芯片,新增神经网络引擎、安全芯片等等。

除此之外,苹果自研处理器同样在不断挑战ARM公版内核的地位,并且已经获得了成功。乔布斯时代,苹果用重金买来了ARM指令集授权,如今苹果A芯片的发展情况已经显而易见了,小核心性能很强,甚至十分接近ARM A75大核心性能,而大核心则更强,因此综合性能甚至可以做到领先ARM公版架构两代的水平。

三星方面在自研芯片的道路上同样执着,但走得十分艰难。2015年的Exynos 8890就采用了自研猫鼬M1架构,随后几年,三星旗舰处理器也在一直对“猫鼬”CPU架构的持续升级,2018年,三星推出的Exynos 9820处理器,这次还加入了自研NPU。

三星Exynos 9820处理器,首次加入自研NPU

但贸然发起对ARM的挑战也换来了巨大的代价,屡次“翻车”后三星不得不再次向ARM妥协,2019年Exynos 990发布,这次却仅仅采用了两颗猫鼬核心,其余核心均出自ARM。不过,此时的三星自研芯片已经没了M1时的意气风发,并最终解散了猫鼬团队,三星自研架构正式宣告失败。

和三星一样,华为自研芯片也在经历“至暗时刻”,但不同的地方在于,海思麒麟只能算被殃及池鱼,并不是自研失败,相反麒麟可以说是非常成功。

麒麟950第一次站上了半导体工艺的最前沿,还首次自研ISP;麒麟960实现了性能飞跃,并弥补GPU和全网通方面的缺憾;此后的970首次在SoC中集成了专用NPU,980则是业界首款7nm工艺的手机SoC芯片;990集成了巴龙5000 5G基带……如今,麒麟芯片出货量也在稳步提升之中,虽然未来多有坎坷,但从技术层面来讲,麒麟无疑还是成功的。

结语:

手机大厂都倾向于芯片自研,归根结底还是因为有利可取,纵使短期亏本赚吆喝,可一旦成功便会有惊人的利润回报,不仅可以弥补前期的成本投入,还有助于塑造良好市场竞争环境、提升品牌价值、增强用户粘性和忠诚度、提高企业自身抗风险的能力。但同时需要注意到,手机芯片自研又是一个极具风险的事情,如果没有相当巨大的体量和技术积累,很可能将企业拖入万劫不复之地。

但从国内来看,芯片自研、半导体产业升级已经不再局限于企业自身,它更关系到整个国家的发展。中国芯片、半导体产业起步太晚,以致于失去先机,处处受制于人,甚至要仰人鼻息,夹缝中求生存。但这只是暂时的,新中国建国伊始一穷二白,现在GDP照样世界第二,五千年文明不断,顽强拼搏、自强不息的精神早就被镌刻在了中国人的基因中。我们有理由相信,未来自研芯片之路或许艰难,但绝不悲观,中国半导体行业也势必重获新生,为中国企业进军全球保驾护航。(文章仅代表作者个人观点)

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        以上是关于苹果iPhone11ProMax产品评测的报道,有关苹果iPhone11ProMax的外观、屏幕、拍照、续航、性能等后续内容,请持续关注中关村在线关于苹果iPhone11ProMax评测的报道。

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