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一颗芯片的“生死关”

2021-04-12向治霖

南风窗 2021年7期
关键词:展锐海思紫光

向治霖

上海,张江,再明显不过地彰显着“科技气质”。这里的道路以著名科学家命名,像牛顿路、哈雷路,以及华佗路、张衡路等等。一个据称的规律是,横向的路(东西向)多以中国科学家命名,纵向的路(南北向)多以外国科学家命名。横“中”竖“外”,看不出什么讲究,没意思得颇有意思。

东西向的祖冲之路,看上去并不特别。祖冲之,南北朝时期的人,最有知名度的成就,是算出了圆周率,并精确到小数点后7位,这个成就,领先了世界一千多年。他在书中自述说,“专功数术,搜拣古今”,按今天的说法,他是数学家、天文学家,以及机械工程师。

从历史中看,数学和天文学,叩开了近代科学大门。机械制造,成就了解放双手的工具。它们,改变着当下的世界。

毋须讳言,同时被改变了的,是中国曾经的领先地位。祖冲之路上的紫光展锐,知名度并不很高。论行业,它是一家独立的芯片设计厂商,同类型的公司是高通、联发科。论成果,在5G的浪潮下,它是全球仅有的5家具备开发5G手机芯片能力的公司之一,其它四家是三星、高通、联发科和华为海思。然而,紫光展锐的竞技伙伴们,显然有着更高关注度—对大众而言。

不过,事情正在起变化。

台下“十年”功

最近两年,国产芯片的环境突变,带来了一个“双城记”式的时代—或许是最好的时代,也可能是最坏的时代。好的一面是,它让人们看清楚了,最紧要的技术在哪个行业,从而自上而下地重视起“芯片自主”道路。

紫光展锐,是在这样的突变中,于竞争惨烈的芯片行业脱颖而出。

2019年4月,韩国首先宣布5G商用,5G的竞逐自此搬上了台面。当年6月,国内三大运营商在发过5G牌照后,宣布了规模更大的投资计划。这条赛道上,中国企业一改2/3/4G时期的“从属”角色,夺得了先声。最吸引关注的,当然是华为海思。2019年年中,海思的第一颗5G芯片“麒麟990 5G”发布,到年底,它就使用在了华为mate 30的5G版手机上。

展锐的步伐也不算慢。2020年5月,展锐开发的5G芯片,被使用在一款海信手机上,并投入了市场,和距离最领先的华为的发布时间,只隔6个月。与国际其它知名的芯片厂商,如高通、MTK等相比,步调基本一致。实际上,展锐早早就有准备,2019年2月,公司就发布了首款5G芯片“马卡鲁”,以及基于该平台的5G基带芯片“春藤V510”。自此,展锐进入了“第一梯队”。

5G浪潮铺开的同时,芯片也转入“高光”时期,芯片行业的残酷与重要性同时凸显。要知道,就在2019年4月,英特尔宣布退出5G智能手机调制解调器业务,意味着它退出了5G手机芯片的竞逐赛道。其中研发所需要的成本,即便是如英特尔等巨头公司,一旦错过也支撑不住。于是,赛道上的选手渐渐消失,“4G的时代,可能还有十多家竞逐的公司,到了5G时代,现在只剩下了5家”,紫光展锐高级副总裁夏晓菲介绍说道。

而芯片行业的重要性,现在早就无需赘言。要强调的是,芯片有很多分类,其中的5G手机芯片(基带芯片),是5G产业链中的驱动引擎,同时也是最核心的技术之一。以手机为例说明,在手机中,有两个重要的芯片组,一个负责执行操作系统、用户界面和应用程序的处理器AP(Application Processor),另一个则是运行手机射频通讯控制软件的处理器BP(Baseband Processor)。BP上集成着射频芯片和基带芯片,负责处理手机与外界信号通讯,为了减小体积和功耗,通常射频芯片和基带芯片会被集成到一块芯片上,统称为基带芯片。

芯片制造的产业链遍及全球,核心技术为各方掌握,离开了合作就没有芯片。

展锐的成功,靠的是长期、大规模投入。对普通人而言,5G的到来,像天降一般排山倒海,但在行业中,早在2016年,展锐在内的芯片厂商就开始布局5G。通讯技术的迭代,起牵头主导作用的是行业协会3gpp,每一代技术的更迭中,3gpp提出新的标准,各家厂商参与其中讨论,对标准的跟随、解读中,公司布局自家技术,开发新的方案。

5G的第一个标准“R15”,在2018年6月就制定完成。5G定义了增强型移动宽带(eMBB)、超可靠低延迟通信(URLLC)、大规模机器类型通信(mMTC)三大场景。夏晓菲介绍说,在标准出现的时候,芯片厂商们包括展锐,事实上已经做了大量工作。

环环相扣

标准的制定,是个时间缓慢、且多方博弈的过程,它是芯片制造的第一步。

跟踪标准的制定过程,是每家芯片厂商的必修课。以5G手机芯片为例,各厂商参与3gpp协会,在讨论中形成的下一代通讯制式,会指明未来目标。紫光展锐天山实验室副主任粱旺平介绍说,在展锐,有一个专门的标准团队,负责长期跟踪这个协会,“我们就会知道,5G大概在什么時候来”。

一旦知道,就要着手技术准备。比如R15标准在2018年6月完成,但对5G开始投入研发成本,在粱旺平印象中是在2016年。首先,要对标准进行理解,有专门团队解读标准,并且在标准的制定动态中时时调整。一个好的标准团队,不仅是作出正确解读,还负责起一部分预测工作。预测成功,就能快人一步。

接下来,算法团队介入工作。标准团队的人员与他们交流,看需要什么样的算法。仍以5G芯片为例,粱旺平说:“5G对4G而言,算法的部分改动不是特别大,所以,我们早早就把算法准备好了”。再下一步,是去做验证工作。

做的同时,厂商也是有技巧的。首先是,它依靠标准团队的解读,预判出趋势走向,所以在芯片设计时,会放一些冗余设计进去。目的同样是快人一步,它可以很快量产,但功耗方面,方案可能不算最优。这个问题留给快速的迭代解决,“因为我们知道,问题是在哪儿,只要把冗余设计拿掉,很快就把功耗和性能提上去了”。

“所以说,在标准出来之前,我们就做了大量工作,甚至芯片都可能在投入过程中了。”粱旺平表示。

速度要快,是芯片研发行业本身的要求。“快”的好处,在5G变革中体现得淋漓尽致,华为海思和紫光展锐的快人一步,令中国成为通讯强国之一,不再受制于人。2021年3月16日,有消息传出,华为将与三星、苹果商议5G的专利使用权,或将收取专利使用费。尽管说,华为的举动或许存在被“围堵”时的无奈,但也从侧面证明,“快”所带来的优势地位。

而“快”没有实现,从而导致的弊端,英特尔或许是个典型例子。在2/3G时代,英特尔旗下的英飞凌曾是全球龙头企业,但在4G时代,英特尔“一步慢、步步慢”。最终为了止损,在5G时代出局。

以上是从工作流程考虑,从标准制定到厂测,是一颗芯片的从无到有。换一个角度,在芯片生产的产业链条上,同样是环环相扣。芯片先经手芯片设计公司,如展锐、高通或联发科,下一步进入芯片制造公司,如台积电、中芯国际。接着,是对芯片的封装测试,最后流入市场。

从产业链条看,芯片设计公司是芯片制造厂商的“甲方”。如台积电等制品制造厂,提供的产品是它的工艺,如手机爱好者耳熟能详的5 nm工艺,当前是台积电的看家本领。不过,区别在于,芯片行业中的甲方乙方,并没有一般行业的优势与弱势对比。明显的是,一颗芯片的从无到有,是行业各方力量竞逐博弈,相关的标准,各方了然于胸,所以在生产链条上,更多是合作关系。

谈及合作,这或许是芯片行业最重要的特征。芯片制造的产业链遍及全球,核心技术为各方掌握,离开了合作就没有芯片。夏晓菲介绍说,芯片制造的链条,虽然只有四五环,但每一环又涉及很多公司,真正综合来看,一款芯片的形成,涉及几百家公司的合作。

比如说,展锐是芯片设计公司,但设计的工具EDA,并不是自家的,而是来自三家美国公司,Synopsys、 Cadence和Mentor。此外,芯片设计中,“有的代码是我们的算法团队来写,但又一些IP,或者CPU、GPU等等,它们来自安谋公司,这都涉及合作”,夏晓菲说。

共生关系

芯片制造中的强合作关系,即是一种掣肘,也是一张底牌。以台积电为例,芯片紧缺的现状,将它推到了镁光灯下,令它的地位举重若轻。然而,在这张严密的网中,虽然地位相对强势,台积电也做不到自产自销。比如晶圆的前身“硅柱”,就不是台积电自产。再比如说,芯片制造的终极“大杀器”光刻机,尤其是最先进的极紫外光刻机EUV,是来自荷兰的ASML公司。进一步,制造EUV的零器件,又多来自日本。

一个制式的发展,开发复杂程度很高,代际之间的提升很大。从4G到5G,网络架构是一个巨大的升级,开发难度高了5~10倍,后来者很难追上。

紧密的产业链条中,一旦落后,难再追赶,“马太效应”鲜明。夏晓菲介绍说,在芯片这个行业,没有什么能保证一家公司永远立于不败,能够做的,只有持之以恒,坚持做长期的、大规模的研发投入,保持领先的决心。否则,整个工业体系,不会为谁做停留的。

尤其残酷的是,在通讯芯片领域,“只见旧人哭,不见新人笑”。意思是说,在通讯技术每一次迭代中,永远只有被淘汰出局的,从来没有新公司加入。通信芯片中,如今还在赛道上的企业,三星、高通、联发科、华为海思和展锐,都是从1/2G时代就存在。通信行业的迭代,每一次都是“老牌友开新局”,但“牌友”越来越少。

原因无它,唯门槛高。5G标准的从无到有,再到5G芯片的从无到有,每一次都是长跑。夏晓菲介绍说,一个制式的发展,开发复杂程度很高,更关键的是,代际之间的提升很大。从4G到5G,网络架构是一个巨大的升级,开发难度高了5~10倍,后来者很难追上。

即便开发一个单独的制式,成本已经不容小觑。夏晓菲以海思举例说,在2/3G模块的开发上,海思用了大概6年时间。4G模块的开发用了3~4年。5G模块,如前文所说的,用时4~5年。制式的开发,包括大量工作,如制定标准时的参与,定义合适的通讯架构,还有对海量软件的通讯开发和测试,“每一代制式,花上5年的时间,这应该是保底的”。

而前輩们做的工作,不会随着技术迭代取消,它本身的积累是一个门槛。5G通讯芯片的要求,是要兼容1/2/3/4G模块。道理很简单,一款只能使用5G的手机,不会受到市场欢迎。那么,假设有一家新的公司加入,它必须重走前辈的路,但整个行业仍在高速向前,这条路根本行不通。

长期积累的制式、算法,还有人才储备,是紫光展锐竞逐的底气。根据公司消息,2020年公司业绩实现了增长,工业电子业务营收较去年增长了150%,预计将达到2.5亿美元。消费电子业务在疫情影响下,从9月份开始也较去年同期实现了大幅增长。其5G芯片的节奏,也和预期相比提前2年。

当然,行业风云的变幻下。展锐处在“双城记”式时代,前途没有绝对的保证。但这是一个好的开始。

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