xy61215的专栏

首页博文目录订阅
正 文

华为为什么要做手机芯片

(2015/12/15 14:56)
标签:华为 芯片

  文/薛凯

  华为为什么要做手机芯片,这个问题其实隐藏了好几个递进的问题:

  1.     华为为什么有能力做手机芯片?

  2.     华为为什么要自己做手机芯片?

  3.     华为要做什么样的手机芯片?

  我们先来看第一个问题,华为为什么有能力做手机芯片?毕竟这个世界上并没有太多公司有能力做芯片。

  理论上所有的运算都可以用通用的 CPU 来完成,所以如果不考虑功耗、体积、成本、时间等问题的话,在Intel CPU 的台式机上可以完成手机上的所有运算,可以想象一下,一个人外出的时候背一个几十公斤的大背包,里面以 Intel 的 CPU 为主搭出一套运算系统。

  其实这不是笑话,十几年前华为开始设计 3G 系统时,华为设计的 3G 终端系统就是几个大箱子,因为 3G那个时候还没有商用,放眼世界不可能有任何地方买到 3G 的终端,华为在跟几个竞争对手同时爬一座没有人爬过的山峰,而没有终端就没办法做整个 3G 系统的联调。那个时候还没有华为终端公司,终端开发属于无线产品线下的配套部门,为了开发 3G 系统,华为把网络侧和终端侧的 3G 数理逻辑都自己设计了。

  那个时候网络系统的开发部门在上海,终端系统的开发部门在北京,完成数理逻辑的开发后,北京的终端部门带着他们的几个大箱子乘火车到上海,在当时中国最高的楼金茂大厦里跟网络系统一起完成了联调。多年以后华为开发 4G 系统,相似的事情又做了一遍。

  数理逻辑是一个系统的灵魂,王小波有篇文章叫《用一生来学习艺术》,任何一门工作做好了都是艺术,我觉得从 0 开始塑造一个有灵魂的系统这就是艺术,很酷。一旦完成了系统里所有的算法设计,把其中复杂的软件算法变成微电路就成芯片了。当然,这个过程还是有大量的工作要做,即使你知道蛋炒饭的做法,也还是要反复验证才能炒出一盘“饭要粒粒分开,还要粘着蛋”的蛋炒饭。华为的通信设备在全世界攻城拔寨,自己能够设计芯片是一个关键能力,用自己的芯片可以更好地控制成本和提升性能。

  华为有能力做芯片,不是因为华为觉得做芯片好玩也不是因为公司大了有钱任性,是不得不有这种能力,否则华为就没办法吃通信系统这碗饭。这就好像你问一个铁匠为什么要练一身腱子肉,嗯,他天天打铁就变成这样了,哪怕之前他是个文艺小清新,只要吃上了打铁的饭,过不了几年肯定一身腱子肉。

  我觉得华为可以做一个整体性的公司形象广告:一位姑娘站在伦敦大本钟之下,掏出手机来拨号,让一声“喂”进入手机,声音转化为机械振动,机械振动变成电脉冲信号,电信号被编码成 0101 的数字,抽象的数字通过手机向四周散发,隐藏在大本钟旁边的路灯型基站接收到数字,让数字进入一幢大楼变成一道光穿越英国,跨过英吉利海峡,跨过巴黎、跨过柏林、跨过布拉格、跨过博斯普鲁斯海峡、跨过帕米尔高原、跨过茫茫草原、跨过长城、跨过天安门,一路到达天坛公园,祈年殿下花白头发的老人对着手机说“哎~”。对于用户来说,他只需要对这手机拨号、说话,剩下的一切都由华为来完成。穿越世界各地的光、电纵横交错,覆盖天空、地面和大海,我们 Building a better connected world。

  再看第二个问题,华为为什么要自己做手机芯片?有能力是一回事,要不要做是另一回事。

  我们知道,随着一个通信产业成熟化,业界会有很多公司开始提供相关的芯片,比如 Qualcomm、MTK、展讯、Intel……如果要做手机,完全可以用这些公司的芯片。这是业界通常的做法,只要世界大战没爆发就不会有某些人担心的“别人不卖给你芯片怎么办”,如果世界大战爆发了,以目前人类的科技水平地球就该消失了,所以也不必担心。当年 PC 时代,大家都是采购 Intel、AMD 的芯片,并没有哪家电脑公司自己开发 CPU,为什么手机时代会有手机公司自己设计芯片呢?

  大家习惯了电脑厂商的做法,一旦用电脑产业来套手机业,发现苹果、三星、华为这三家最大的手机公司都在自己做芯片,似乎就很奇怪了,到底是为什么呢?为什么 Intel 能够一统电脑芯片的江湖,而 Qualcomm却无法变成手机时代的 Intel 呢?

  因为时代已经变了。

  或者说,像电脑时代这样,核心芯片高度集中在一家公司的手上,居然还能让这个产业发展得这么大,这是特定时代产生的特例,手机这样大家都设计芯片的模式才是正常的模式。早期 PC 机诞生之初其实也有很多公司设计芯片,Intel 以外起码还有 IBM、Motorola 等等一群巨头在做这件事。Intel 做对了两件事让他们把握住了历史的机遇:

  第一件,x86 指令集是 Intel 的私有财产,他们坚持保留了对 x86 的所有权,没有把它卖给某个大公司,只许可了 AMD、Via 等几家公司生产 x86 兼容芯片(这是必须的,因为早期 Intel 很小的时候,IBM 等大公司采购时往往要求一个器件必须有至少两家供应商;而后来 Intel 很大了,又要面对《反垄断法》,不得不保留至少一个竞争者);

  另一件事更加关键:Intel 实在太有进取心,又运气太好了。在过去 30 年里,如果你不知道投资什么好,那就去买 Intel 的股票,比把钱存在银行里收益高很多。地球上很难找到几家像 Intel 一样的公司,几十年里保持着百米冲刺的速度不断挑战自己。而 Intel 的运气又实在好,在几次市场和技术选择上都没有大失误,即使稍微偏了一点也总能靠强执行力和深厚的技术积累扳回来。软件的兼容性是软件生态链最大的命题,当年 IBM 选择了 x86 做 PC,光这个运气就只能用“上帝垂青 Intel”来解释。这个话题如果展开,能写一本书。吴军博士的《浪潮之巅》里有对 Intel 的介绍,有兴趣的人可以看看,吴军先生把这本书在网上开源了,你能免费看到电子版。

  其实 PC 厂商对采购 Intel 的 CPU 是无可奈何,Intel 凭借技术上的领先和对市场的控制,拿走了 PC 硬件产业链里大部分的利润,其他如此众多的电脑整机公司的利润加起来也难以和 Intel 一家公司相比。Apple 刚刚发布的 iPad Pro 使用的是自己设计的 A9X 芯片,各种第三方测试均表明 A9X 的运算能力比 Apple 笔记本电脑 Macbook 上的 Intel CPU 还强,且功耗低很多。A9X 不对外销售,业界估计 Apple 从台积电采购这颗芯片的价格不超过 30 美元,而 Macbook 上那颗 Apple 定制的低功耗 Core M 芯片的价格呢?我们只知道 Intel不可能出售低于 100 美元的笔记本电脑 CPU。为了保持软件的兼容性,Apple 暂时不会在 Macbook 上更换Intel 芯片,但是随着 iPad Pro 这样的高性能移动设备发货量越来越大,Intel 芯片会被 Apple 的芯片自然替换掉,最终 Apple 的所有设备都会换成基于 ARM 体系的 Apple 芯片。

  在手机产业链里并没有一个类似于 Intel 的芯片供应商,ARM 公司只设计指令集和芯片参考设计,任何公司都可以从 ARM 购买许可然后生产 ARM 芯片。这让手机为主的移动设备产业链的芯片产业天然就是开放的,不可能有任何公司控制这个产业。ARM 的许可费非常低廉,加上芯片玩家众多,手机 CPU 的价格一直只有PC 的十分之一甚至更低,在购买相同运算力的前提下,移动设备用户付出的金钱远比 PC 用户低。Qualcomm曾经想在移动设备领域复制 Intel 的成功故事,也打个“Qualcomm Inside”的标签卖高价,但是很快就遇到了各种挑战者,在中低端手机芯片市场上,Qualcomm 的芯片价格甚至低于 MTK,别忘了 Intel 无论在哪个价格段上都能比 AMD 贵出 30% 去,且卖得好很多。

  在中低端手机的芯片领域有 Qualcomm、MTK、展讯等多家芯片公司竞争,这个市场是过度竞争(Excessive competition)的,华为没有必要自己做中低端手机芯片,即使做了也没有办法跟这些公司比成本,因为芯片的发货量差距实在太大。而在高端手机领域就不一样了,这个市场上手机销量小,芯片供应商更少,公开卖芯片的几乎只有 Qualcomm 一家,所以高端手机芯片的价格就有些离谱了。

  一旦一家手机公司进入高端领域并取得一定成绩,自己设计芯片几乎是必然要考虑的事情,价格差摆在那里的,而且自己设计芯片还能自由掌控很多底层功能。Apple 前 3 代手机使用三星的 CPU,外加 Infineon(已经被 Intel 收购)或 Qualcomm 的 modem,到了第四代就切换到自己设计的 CPU 了。当然,Apple 在 modem领域没有技术积累,他们就一直用 Qualcomm 了。华为也用过 Qualcomm、TI 的高端 CPU,随着华为自己芯片能力达到了“可用”级别,华为的高端手机就切换到了自己的麒麟芯片。

  为什么除了 Qualcomm,其他芯片厂商不做高端芯片呢?高端手机要卖出高价来,手机的芯片是个关键因素,MTK 之类的公司一贯做低端芯片,让自己的品牌形象变得很低端,消费者一听手机是 MTK 芯片的就不愿意花高价买。所以 MTK 在中低端越成功,他们就越难以进入高端领域,就像 PC 时代 AMD 怎么努力也很难进入高端 PC 领域一样。MTK 当然知道 Qualcomm 在高端赚了很多钱,但是挑战大家的印象(或者说成见)是很难的事情,MTK 即使有技术能力也没有办法改变这个市场选择。历史上还有过 TI 之类的公司做高端芯片,但是比较遗憾,他们都没坚持下来,主要还是自身投入和能力的问题,另一方面也是因为这个行业竞争太激烈了,Qualcomm 太努力,把他们都掀翻了。

  芯片这个领域的竞争之激烈,传统行业很难想象。我们无法想象汽车行业里只有一家公司生产汽车发动机,但是计算设备领域里,只要有一个芯片公司,他们的产能就足以供应全球设备商。高端手机市场小,很难养活 2 家芯片企业,Qualcomm 的高端芯片利润率高,但是再高的利润率也要有发货量作保证才行,如果 MTK之类的公司贸然进入高端芯片领域,很可能花了一大笔设计费用却找不到买家,最后只好贱卖给手机厂商做中低端芯片,反而打压了自己原本利润不错的中低端芯片生意。其实红米 Note 2 使用 MTK 的 Helio X10 就是这种现象,MTK 精心包装了一个 Helio 的新品牌,希望尝试一下高端市场,奈何真正能在高端起量的手机厂商并不关心,小米拿去后做了一个 799 的手机,Helio 彻底低端化了。

  华为以前没怎么在公开市场上卖过手机芯片,至少没有 MTK 的品牌形象“污点”,而且华为手机用华为芯片,这是一种正面的形象,不但不会影响华为手机,反而可以给人一种“好有技术实力”的印象。而且跟 Apple 不太一样的是,华为有 modem 的设计能力,而且这个能力跟 Qualcomm 一样是世界第一阵营的,所以华为手机芯片可以把计算和 modem 都包办了。

  搞清楚了前两个问题,第三个问题“华为要做什么样的手机芯片”就比较容易了。华为的手机芯片必须要保持在业界最强的阵营里,只有这样才能让华为的高端手机有高端产品该有的用户体验。麒麟 950 就是这个思路的作品。

  手机芯片的规划要早于手机,麒麟 950 的规划 2013 年底就开始了。这期间有过多次重大选择,比如芯片采用什么方案,Qualcomm 当时选择了 A57+A53 做了骁龙 810,这是个保上市时间的选择,可以让 810 尽快推出。但是 A57 这个核 ARM 本来不是用于做移动设备的,他们是想打入 Server 领域,所以性能虽然强,但是功耗非常高。后来 810 的表现大家也看到了,虽然有 4 个 A57,但是只要打开 2 个很快手机就会过热关机。

  华为很慎重地选择了 A72,这个核要比 A57 晚不少,但是这是专门为移动设备优化过的设计,CPU 终于可以满负荷跑起来了。这个选择的时间牺牲不小,但是现在看还是值得的,Mate8 做到了高性能+低功耗。20nm 工艺是芯片制程上的一个坎,在大于 20nm 的时代芯片采用的工艺越细(也就是那个数字越小)成本越低,运行起来功耗也越低;但是到了 20nm 的时候忽然世界不同了,原有技术再细下去芯片的成本反而更高,功耗也不降反升。因为这个时候两条并行的线路间的距离已经过于接近,电流可以从一条线路漏到另一条线路去,原本不用太关心的漏电流一下子变成了制程的关键性问题。这个问题早在好多年前就已经有半导体科学家预见到了,本来大家以为操纵半导体业发展了几十年的摩尔定律到了 20nm 时就会失效,后来 1995- 2000 年左右的时候美国的华裔科学家胡正明博士发明了 FinFET 技术,把平面的晶体管变成了立体的,终于让芯片制造突破了 20nm 这个关卡,摩尔定律还能继续下去。

  骁龙 810 是 20nm 的,没有使用 FinFET 技术,这也是 810 功耗过大的一个原因。为什么 Qualcomm 居然不选更好的技术?还是因为时间, FinFET 技术要比过去的制程技术复杂很多,如果 Qualcomm 像华为一样选择这个技术,就没办法赶上 2015 年初上市的目标了。跟麒麟 950 使用相同技术的还有苹果的 A9 处理器,这两款处理器都是 2015 年下半年才开始大规模量产的,下一代的骁龙 820 也会采用这一技术,新技术的成本会比过去的更高些,导致芯片比以前略贵,但是这是值得的。

  前面讲过自主设计高端芯片除了价格便宜,还会让自己多很多底层技术的掌控力来。麒麟 950 跟以前的版本相比,多了一个名叫 ISP 的处理单元,这个处理单元是用来做摄像头拍照、录像的图片数据处理的。大家都知道 iPhone 的拍照效果好,因为 Apple 一直是数字图形图像领域的领导公司,从他们设计自己的第一片手机芯片 A4 开始就内置了自己的 ISP。麒麟 950 这次内置的 ISP 是华为自己设计的,华为专门有一个欧洲团队来负责这部分的工作,成员是 ISP 领域里的专家。Mate8 上市前我们做过用户调研,在盲测里用户无法区分出 Mate8、Galaxy S6 Plus、iPhone 6s Plus 三款手机拍出的照片,在这个 ISP 的帮助下,Mate8 的拍照效果已经进入世界第一阵营。

  对于手机来说,麒麟 950 的处理能力其实是过剩的,除了所谓的跑分软件,不可能有哪个手机应用能压榨出这颗芯片的处理能力来,这似乎是一种过度设计,但是保留这种能力才让手机在任何情况下都能游刃有余。这就好像给一辆汽车配备了大马力引擎,每天在城里上下班当然发挥不出引擎的威力,但是没准你有机会去撒个欢呢,即便是在城里,大马力的发动机起码能让你在红灯变绿的瞬间跑在最前面,那种畅快也是难以言传的。

  最后跟大家推荐一下 Mate8,这款手机非常均衡大气,负责 Mate 系列的 Boss 是李小龙,他是我在华为见到的最具硬件极客精神的人,当年负责过华为最早的高端机 D1、P1,中间转去管理华为手机的质量,前年复出做了 Mate7 手机,可以毫不夸张地说,他的 Mate7 开创了中国手机界的一个时代,国产品牌第一次在 3500元以上价位形成了规模销售。李小龙的名字就是一个品牌,他负责的手机都值得买。


评 论
9楼 zhulaming 发表于 2016/2/26 14:22 回复
在芯片方面我觉得华为是中国的希望,不过还是希望华为自己搞一个架构,不要搞ARM或X86了,
8楼 devin 发表于 2016/1/4 22:26 回复
这个包装高大上。 讲一个小故事,最近我想买一个全网通手机,把我的2部手机合并成一个,还可以用4G的上网流量。然后,店员向我推荐了最新的华为麦芒,金色的外观,丰富秋天丰收的麦浪,真的很漂亮。我经常参加会议,要录音,这个功能现有的IPHONE4S表现很好。我就测试了一下麦芒的录音效果,店员在3m外与另一个客户介绍产品,IPHONE4S和麦芒同样的距离并排放置,启动录音。结果,麦芒播放出来的全是噪声;IPHONE4S可以清晰听到店员交流的声音。 华为最新的产品,与对手4年前的产品,audio上面尚且差距如此,ISP不知道会不会简单许多?
7楼 vilden 发表于 2016/1/1 20:26 回复
好文,业内人士,专业
6楼 radio_frequency 发表于 2015/12/27 09:42 回复
艺术,顶
5楼 52RD网友 发表于 2015/12/18 09:38 回复
为什么要做芯片? 明显是国家战略需要。避免冲突后手机CPU出现短缺。
4楼 52RD网友 发表于 2015/12/17 17:37 回复
大个的UE用过。。。。
3楼 52RD网友 发表于 2015/12/16 10:41 回复
你是内行人?
2楼 52RD网友 发表于 2015/12/15 15:16 回复
文章是不错,就是楼主过分夸大华为芯片了,GPU一直是华为的软肋,就算到这代麒麟950也一样,K3V2渣性能一直持续到935,modem到920系列才有长足进步。总结下来一句话,虽然看好华为,但华为要走的路还很长。
博 主
进入xy61215的首页
博客名称:lala
日志总数:124
评论数量:192
访问次数:376161
建立时间:2013/6/20 14:19
导 航
公 告
评 论