華為28年造芯簡史:從0到500億,沙漠裏開出鬱金香

科技雜談2019-06-21 08:36:12

【摘要】“哪怕(芯片)暫時沒有用,也還是要繼續做下去。一旦公司出現戰略性的漏洞,是幾千億美金的損失,這些財富可能就是因為那一個點,讓別人卡住,最後死掉。




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本文作者:心緣

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劃重點:


  • 任正非在2012實驗室曾説:“哪怕(芯片)暫時沒有用,也還是要繼續做下去。一旦公司出現戰略性的漏洞,是幾千億美金的損失,這些財富可能就是因為那一個點,讓別人卡住,最後死掉。


  • 華為芯片28年的研發歷程中,穿插着這幾個關鍵數據:200+芯片組、8000+專利、100+國家、7000+員工。


  • SIM卡芯片是海思打響外銷芯片的“第一槍”,然而該芯片很不走運,立項時一片尚能賣10美元,等海思研發出來了,其價格已經跌到1元人民幣。


  • 2006年,華為決定要做3G數據卡基帶芯片,次年開始組建無線終端芯片的研發團隊,開始研發移動通信的核心器件——基帶處理器。


  • 直到2009年,海思才發佈第一款GSM低端智能手機的Turnkey解決方案。這個方案採用來自華為GSM基站的自研BP技術,開發的AP芯片名為Hi3611(K3V1)。


  • 2018年2月,華為發佈首款3GPP標準的5G商用芯片巴龍5G01和基於該芯片的5G商用終端華為5G CPE,成為全球首家可以為客户提供端到端5G解決方案的公司。8月發佈7nm工藝製程和雙核“NPU”設計AI芯片麒麟980。


  • 去年全年,海思公司的收入接近76億美元,著名半導體研究調查機構IC Insights發佈的數據顯示,2019年第一季度,海思的營收達17.55億美元,全球排名第14。


此刻,我們將時鐘撥回到五年前。


2014年7月26日凌晨,42歲的華為海思無線芯片開發部部長王勁突然離世,這一消息引發華為上下一片震動。


從華為高管到基層莫不是痛惜哀惋,有熟識者甚至淚如雨下。現任華為消費者業務CEO餘承東抒發“無盡哀思”、前榮耀總裁劉江峯感慨“英年早逝,何其痛哉”……各大社交平台陷入一片哀慟,悼念這位英年早逝的英雄。



這是王勁從大學畢業加入華為的第18個年頭,距離他從海外回到國內負責通信和終端芯片不過7年。


這位在周圍人眼中“樂觀幽默”、“工作拼命”、“總是笑眯眯的”、“脾氣特好”的華為海思技術骨幹,始終堅守在華為最艱苦、最容易失敗、擔責最多的研發一線。華為3G、瑞典研究所等華為無線幾乎所有重要產品和項目,都傾注了王勁無數的心血。


時任的王勁只是無數華為芯片工程師中一個耀眼的縮影。從華為創始人任正非決定造芯開始,帶頭研發首款專用集成電路(ASIC)芯片的徐文偉、華為芯片的“女掌門”何庭波……一個個核心人物陸續成長起來,見證着海思以摧枯拉朽的起勢陸續攻佔國內機頂盒芯片、視頻監控芯片、基帶芯片和手機AI芯片翹楚的位置,從無名小卒蜕變成中國最大芯片設計公司。


這是一羣華為芯片工程師負重前行的故事,是華為二十八年造芯史的簡寫,亦是觀察中國半導體產業漫漫長征路的一扇窗。


海思:價值500億人民幣的華為坦克車


從上世紀90年代到2004年成立半導體子公司,華為要自主研發芯片的決定一直令很多人無法理解。


芯片是個極難跨越的險灘,動輒燒錢數百億級別,極度耗費時間還不一定能有成效。市場上多少芯片公司在老牌芯片製造商的陰影下艱難生存,而一個非芯片基因出身的公司想要做芯片,這在多數人眼中無異於天方夜譚,最終結局也想必是石沉大海。


如果只是想掙快錢,那大可不必砸錢搞芯片,萬一沒成,可能整個公司都跟着受拖累,但這只是短期的風險,而長期的風險是,如果有一天來自第三方的基礎部件和技術都沒了,華為是否依然能玩得轉。


顯然,華為創始人任正非思考的是如果讓華為長遠的活下去,在研發12年ASIC芯片後,華為在2004年10月成立全資子公司海思半導體。


這一命名與芯片的原材料硅(Silicon)有關。海思的英文名字HiSilicon取自Huawei Silicon的縮寫。但中文名卻讓大家犯了難,考慮到唯有“思想”深邃才能走得更遠,加上“思”與“silicon”發音近似,“海思”由此得名。


在今年5月21日接受媒體採訪時,任正非描述了他眼中海思的定位:“海思是華為的附屬品,跟着華為的隊伍前進,就像一個坦克車、架橋車、擔架隊的地位。


如果你關注全球半導體的營收榜單,那麼海思的增長速度絕對會令你瞠目。


2018年前十大IC設計公司(來源:DIGITIMES Research)


去年全年,海思公司的收入接近76億美元,著名半導體研究調查機構IC Insights發佈的數據顯示,2019年第一季度,海思的營收達17.55億美元,是唯一一家躋身全球前15半導體供應商的中國公司,排名第14。在整個半導體行業一片頹勢之時,海思逆勢上漲,同比增長41%,排名也比去年Q1排名前進了11位。


根據芯榜發佈的國內2018年半導體設計企業收入排名,海思2018年以超出500億元人民幣(73億+美元)排名第一,遙遙領先第二名。


海思官網的介紹中,穿插着這幾個關鍵數據:200+芯片組、8000+專利、100+國家、7000+員工……在28年的研發歷程中,海思陸續切入多媒體終端芯片、安防領域的視頻監控芯片、移動終端的SoC芯片和基帶芯片、物聯網芯片、雲端的服務器芯片和AI芯片等多個領域,這些產品線大多成長為所在領域的種子部隊,在國內甚至全球市佔率位居前排。


海思的崛起絕不是偶然,在這麼多勛章的背後所隱藏的東西,遠比我們想象到的更為複雜。


1991-2003 前傳:沙漠裏開出的鬱金香


任正非曾説過一句話:“沙漠裏是不能種鬱金香的,但是改造完的沙漠土壤,是可以種植的。


1984年成立的華為,是個倒買倒賣交換機的“二道販子”,老闆任正非別説不懂芯片了,就連通信技術基因都是零。可就是這樣的一個貧瘠的技術沙漠,在用十幾年的光陰,澆灌出中國最大的芯片設計花海。


可以説,華為對核心技術的重視,早已深入骨髓。靠做代理髮家的華為,很快就意識到,要提升自身的競爭力必須自主研發。


任正非和早期華為員工 合影時間:1991年


1991年,華為剛剛結束了早期的代理生涯,任正非連個像樣的皮帶都不捨得買。做出自研交換機還不夠,電信設備中芯片成本佔比高,而通用芯片難以實現差異化,要想在一眾對手中脱穎而出,華為必須開發自己的芯片。


言知之易,行之難。沒有技術基礎怎麼造芯?任正非的打法是狂攬人才,除了親友舉薦這種常規操作,還派華為員工去目標機構蹲點,就連任正非去參加展覽,都經常帶回幾個臨場“面試”的人才。


就在這年,任正非挖到了堪稱是華為芯片奠基者的一個重要角色——徐文偉。


徐文偉


當時徐文偉剛剛從東南大學自控系碩士專業畢業一年,在著名的港資企業億利達從事高速激光打印機的開發工作,擅長電路設計和彙編語言。


恰逢郵電部在西安辦一個程控交換機學習班,匯聚了全國做交換機開發的技術骨幹,其中就包括徐文偉,面對這一廣納人才的良機,華為派去的人白天學習,晚上就挨個到宿舍敲門挖人。


也不知任正非當初的演説何其精彩,28歲的徐文偉決定放棄億利達的高薪待遇和穩定前途,來到華為這家名不見經傳的創企。那會兒還鬧了個小插曲,華為挖人的事惹得億利達不太痛快,讓徐文偉吃了點苦頭。


從看守所出來後,徐文偉迅速展現華為人的一大特質——超強執行力。他很快在華為建立了ASIC設計中心,當時叫器件室,從事印刷電路板(PCB)設計和芯片設計。


造芯事華為交換機降本增效的重要手段,而因為外匯管制,一次性的工程費用就要幾萬美元。任正非甚至去借高利貸,在資金困局中,流片失敗的後果不敢想象,不僅幾萬美元打水漂,華為交換機研發很可能推進不下去。


還好,華為第一顆具備自有知識產權的ASIC,在1991年一次流片成功!


不過大家當時都沉浸在勝利的喜悦中,竟然“百密一疏”,沒人想到給它取名字,就直接叫它ASIC。


第一顆有名字的自研數字ASIC芯片在1993年推出,徐文偉給它取名“SD509”,S代表“半導體”,D是“數字芯片“。後來還有了模擬芯片“SA”系列,厚膜電路“SH”系列。


SD509成功實現了數字交換機的核心功能——無阻塞時隙交換功能,並降低了C&C08;交換機的成本。


這款芯片誕生的背景也很特別。那時中國因為西方禁供電子設計自動化(EDA)開始自研,結果國產EDA剛在工作站和微機系統上開發成功,西方就解禁了。西方的這一做法使得剛剛國產EDA失去市場競爭力,以致直至今日,EDA仍然是掣肘國產芯片的關鍵部分。


此前華為造芯主要是委託香港公司來設計EDA,任正非大手筆買來西方的EDA設計系統後,華為終於可以用自己的EDA來設計ASIC芯片。


1994年,華為已成功設計出30多個芯片。1995年,華為成立中央研究部,其下設基礎研究部,負責為通信系統做芯片。中研基礎研究部成立3年就擁有300多名芯片設計工程師,使得華為成為當年國內最大且最先進的芯片設計公司。


隨後華為再接再厲,先後在1996年、2000年、2003年,分別研發成功十萬門級、百萬門級、千萬門級ASIC,憑藉C&C08;交換機的大賣,華為一步一步坐上世界窄帶數字程控交換機領域的頭把交椅。


年輕的科研尖兵任正非


不過,此時華為芯片事業還僅僅是奏響序曲,距離真正的飛昇,還缺幾個關鍵人物的到來。


1996年,懷揣着對工程師的信仰,兩位碩士畢業生何庭波和王勁進入海思。那一年,何庭波27歲,北京郵電大學通信和半導體物理專業碩士畢業,進華為從事光通信芯片設計;王勁24歲,祖籍浙江黃巖,先後就讀於哈爾濱師大附中畢業和浙江大學無線電專業,浙江大學通信與電子系統碩士畢業,進華為做GSM基站研究。


這兩位工程師身上可以還原出華為芯片研發者共同的特質:低調、堅定、能扛事、肯吃苦。


何庭波看起來是個文弱的女孩,但一工作起來比男同事還拼,只要她認定的事,就會全力以赴的完成。比如在開發光傳輸芯片期間,因為產品開發和芯片開發會用到同一套儀表,何庭波經常和負責開發的高戟搶設備。


“為顯示紳士風度,我每次都會讓着她,但這不是長久之計。”高戟回憶道,“於是我們有一個’君子協定’:白天她調試,晚上我調試……”


功夫不負有心人,第一代核心芯片成功交付,後續一系列芯片也相繼成功推出,累計銷售超過千萬片。


何庭波


王勁和何庭波一樣能拼,被稱為“最能啃硬骨頭”的人,不過他還有一個特質——脾氣好、愛笑。


他所進入的無線產品線整體承受着長達十多年的虧損困境,無數個日夜的努力可能付之一炬,幾千萬甚至幾億的投入血本無歸,壓力非常大,沒有良好的心態,很難撐下來。而在王勁同事們的回憶中,王勁完全沒抱怨過。


“王勁從不罵人,這點非常可貴!”一位跟王勁在無線產品線同事多年的朋友説。他總是笑呵呵的,笑起來很爽朗,沒架子,講着講着筆掉了還要去撿筆。有人曾問他,為什麼壓力這麼大,還愛笑?王勁説:“哭解決不了問題,只有笑囉!


為將之道,當先治心。泰山崩於前而色不變,麋鹿興於左而目不瞬,然後可以制利害,可以待敵。


因為在產品研發上一系列失誤,王勁最先參與的華為無線業務部DECT研發項目以失敗告終。1998年,他開始做GSM基站BTS30產品的產品經理,在GSM產品線最艱苦的時候,王勁和同事們還能唱着小基站的戰歌 轉戰在西藏高原、農村山區、海外天涯海角。


王勁,生前任華為海思無線芯片開發部部長


1998年,何庭波和王勁均在羣英薈萃的華為研發部門露出鋒芒。


這一年,何庭波被委以重任,獨自前往上海組建無線芯片團隊研發3G芯片。


而王勁的BTS30則戰績驚人,從1998年一路賣到2008年,成為華為有史以來銷售壽命最長、銷售收入最大的單一基站產品,累積銷售數百億美元,是華為早期海外拓展的利器。


幾年後,何庭波和王勁又分別被調到海外工作。


何庭波在硅谷期間,親眼目睹了中美兩國在芯片設計上的巨大差距,這為日後海思大規模引進海外人才埋下了伏筆。


王勁則負責起華為第一個在歐洲的研究所——瑞典研究所,研究3G核心技術。那時華為在西歐毫無名氣,這個開拓性的工作進展的非常艱辛。但據同事們回憶,他一句困難和抱怨的話都沒提過。後來王勁又做了歐洲地區部Marketing負責人。


與此同時,華為正陷入一場焦頭爛額的戰事。因為在國內的小靈通和CDMA節節敗退,華為苦心經營多年的優勢消耗殆盡,而中芯和UT斯達康抓住機會崛起,華為迫不得已轉移戰場,到海外去賣GSM和3G。


2003年,華為衝出了重圍,在海外無線的收入年增長了10倍,3G也取得歷史性的突破,將一眾國內對手甩在身後。


到2004年,華為已擁有數萬名員工,銷售額達462億人民幣。


2004-2009 起步:初出茅廬,峯迴路轉


騰出手來做新業務的華為,在2004年10月將ASIC設計中心獨立出來,成立了全資子公司海思半導體,內部稱為“小海思”,從事外銷芯片業務。


對手機麒麟芯片等系統芯片的研發以及公共平台,仍在母公司體下,內部稱為“大海思”,後來歸屬在2012實驗室旗下,主要從事面向未來的技術研究。


在華為內部,狠抓通信系統芯片的徐文偉被稱作“大徐”,“小徐”是徐直軍,在海思成立後開始掛帥進軍消費電子芯片市場,從戰略層面管理海思,海思的具體工作則由何庭波和她的北郵校友艾偉負責。


海思總裁的重任落到了何庭波肩上,艾偉則分管Marketing,徐直軍則在以後的很多年是海思的Sponsor和幕後老大。


艾偉


海思被寄予厚望,最開始,任正非給它定下一個目標:招聘2000人,三年內做到外銷40億元人民幣。前者很快完成,後者卻遙遙無期。有人説海思從成立起連虧了十年,要不是背靠華為這棵大樹,早就涼了。


不過華為海思高層的遠見也就此體現出來,上至華為最高決策者任正非,下至海思直接負責人,沒有誰因為海思的虧損而想要放棄造芯這條路,華為敢砸錢造“備胎”、造“備胎”的這種魄力和前瞻意識,放至今日也是許多企業所不具備的。


欲渡黃河冰塞川,將登太行雪滿山,起步遠比想象艱難。2004年至2007年期間,海思消費芯片對外銷量幾乎為0,海思一成立就組建的手機芯片研發隊伍,長達五年了無音訊,幾款新生芯片紛紛遇到自家產品不敢用的窘境。


要開發芯片,第一要務自然是定義芯片的規格(specification)。2005年,艾偉牽頭定義了幾顆消費電子芯片的規格,包括SIM卡、機頂盒芯片、視頻編解碼芯片等。


SIM卡芯片是海思打響外銷芯片的“第一槍”,然而該芯片很不走運,立項時一片尚能賣10美元,等海思研發出來了,其價格已經跌到1元人民幣。由於技術門檻低、競爭激烈,海思直接放棄了這個業務。


而海思引以為傲的安防監控芯片,走向市場的第一步亦是無奈之舉。


海思團隊起初做視頻編解碼芯片,原計劃是想先用在華為的視頻會議電視終端上。但這種平時都是領導在用的產品,出了問題難辭其咎,還可能影響華為的大產品銷售。



自家產品不給試,海思只好出去找市場,殊不知峯迴路轉,海思一腳踏進安防大門,就被時代的巨浪推到了潮頭。


海思幾乎是和中國安防產業同步成長起來的。21世紀初,安防行業還被一些外資企業所佔領,中國安防企業在世界頂級展會中只能拿到偏遠的小角落。如今全球安防行業的老大海康威視和老二大華股份,在當時不過是兩個不起眼的小角色。


海思在安防市場的打拼歷程,可以用“天時地利人和”來形容。


所謂天時,是指技術進步帶來的顛覆性力量,整個安防正在醖釀着數字化改革浪潮;所謂地利,是中國平安城市建設起步,一大批安防紅利正待收割;所謂人和,大華、海康等一批中國廠商異軍突起,為海思芯片的落地提供了機會。


2005年11月,艾偉帶着部分海思員工第一次參加在深圳舉辦的安博會,為即將問世的芯片提前預熱。次年6月,海思在TAIPEI COMPUTEX展會推出H.264視頻編解碼芯片Hi3510。


率先拋出橄欖枝的是大華。


早年華為曾做過面向通信機房監控的第一代視頻監控產品,後來把這塊業務與華為電氣的環境動力監控業務打包賣給了艾默生。2006年,華為重新進入這一領域,配合運營商“全球眼”來做視頻監控軟件平台。


由於華為自己基本不做攝像機整機,就去和海康、大華談合作購買。恰逢大華開發第二代硬盤錄像機(DVR),正想在DVR上想守正出奇,兩個胸懷大志的公司一拍即合,第二年,大華就和海思簽訂了20萬片H.264視頻編碼芯片的合同(Hi3510、Hi3511),用於大華第二代DVR上。


當時毫無品牌知名度的海思,終於拿下成立以來第一個真正意義上的外銷芯片大訂單。


2006年視頻編解碼芯片國內出貨佔比


在安防芯片取得商用進展的同期,一個對華為乃至中國都有非凡意義的新產品——基帶芯片巴龍系列剛剛誕生。多年以後,它和華為的通信技術實力成為中國強硬應對美國禁令的一個重要底牌。


先説一下基帶芯片出場的背景,它最早切入的場景不是手機,而是數據卡。


3G數據卡因其高速上網功能,成為很多商務人士外出的標配,而國內這片市場相對空白,華為適時切入這片市場大賺一筆,並與中興爭奪市場蛋糕。


孰料數據卡業務井噴時,華為3G數據卡的基帶處理器卻常常斷貨。3G數據卡的基帶芯片被高通壟斷,但當基帶芯片供不應求時,高通開始在華為和中興之間實行平衡供應政策,華為很多項目因故拿不到芯片而無法簽單。


市場倒逼之下,2006年,徐文偉拍板決定,要做3G數據卡基帶芯片。時任手機公司副總裁的李一男也執此觀點:從數據卡芯片作為切入移動終端芯片的第一步,最是合適。


第二年年底,時任歐洲研發負責人的王勁剛等來全球3G技術產業鏈初具成熟的佳音,就被火急火燎地召回上海研究所,組建無線終端芯片的研發團隊,開始研發移動通信的核心器件——基帶處理器(BP,Baseband Processor)。


從這時開始,已經在華為打拼11年的王勁開始在基帶芯片以及智能手機和平板電腦的芯片研發中扮演重要角色。


海思給基帶芯片起名“巴龍(Balong)”,是雪山的名字。


許多國際半導體巨頭都有一套獨特的芯片命名邏輯,英特爾酷愛以設計組周邊的山川街道名字為代號,AMD則喜歡用F1賽車的賽道給芯片命名,而華為顯然對高山和典故情有獨鍾。


巴龍雪山位於和珠穆朗瑪峯比鄰的西藏定日縣,海拔7013米。“無限風光在險峯”,國內3G還未正式商用,華為就開始做LTE相關研發,並在2008年9月正式成立LTE UE開發部門。後來巴龍成為海思第一款成功的移動終端芯片。


基帶技術有多難呢?大約五六年前,安防芯片巨頭德州儀器(TI)和GPU霸主英偉達(NVIDIA)都在做移動處理器的研發,但因為缺乏基帶專利的積累陸續止步。蘋果的自研5G芯片遲遲未露真容,堅持為蘋果提供移動基帶芯片的英特爾,也於剛剛過去的5月放棄了移動5G芯片市場。


而高通正是因為積累了可觀數量的3G、4G、5G基帶專利,在移動芯片市場所向披靡,其片上系統(SoC,System on Chip)還被很多人調侃是“買基帶送CPU”。強大如蘋果,在跟高通大鬧專利案後,最終還是選擇花錢泯恩仇,繼續採用高通的芯片。


唯有海思,十年一劍,巴龍出鞘,抗衡高通。


歷史不時會出現驚人的相似,另一款多媒體芯片——機頂盒芯片,也像視頻編碼芯片一樣經歷了“柳暗花明”。


前文我們曾説過,艾偉牽頭定義了機頂盒芯片的規格。根據華為老兵戴輝的描述,艾偉拉了軟件公司數字娛樂產品線負責人張國新(現微納研究院創始人)和分管Marketing的老王,頭腦風暴了一兩個月才最終定下來。


張國新和老王負責的IPTV產品線有一個觀點:如果海思不規劃做機頂盒芯片,那他們產品線也沒必要設計和製造IPTV機頂盒硬件,不如去外面OEM或者購買華為終端公司的機頂盒。


當時H.264一直被看作IPTV的未來走向。他們提了個激進的要求:要更加超前支持H.264高清,否則等芯片兩三年後出來就又落後了,因為博通和意法半導體的產品迭代速度非常快。


機頂盒芯片的研發負責人是劉千朋,在他的帶領下,全球首款內置QAM的超低功耗數字有線電視(DVB-C)機頂盒單芯片在2007年底成功流片。


和視頻監控芯片相似,海思的機頂盒芯片起初也是去找華為終端公司的DVB(廣電的數字電視)機頂盒當“小白鼠”,但華為DVB機頂盒同樣是定位高端市場的產品線,一旦不賺錢就會被砍掉,不敢拿來讓海思試。


海思也找過九州、長虹等著名有線電視(DVB)機頂盒公司,人家提的要求卻更苛刻:一旦出問題,華為要賠償所有直接和間接損失,包括品牌損失和股價下跌的損失。


這種“賣司條款”,別説何庭波和艾偉不敢應允,海思的幕後老大徐直軍看到條款後,也不敢簽字。


2008年5月,機頂盒市場露出了一條裂隙,陽光照到了海思身上——廣東電信給了華為一個10萬線的IPTV機頂盒大單。


本來這跟海思沒啥關係,因為人家廣東電信指明要用博通的芯片方案,並會根據自己的IPTV推廣進度來要貨及支付貨款。


偏偏IPTV業務開展前期有很難確定用户量的需求預測,博通芯片供貨期又需要16周,這導致按時按量供貨的不確定性非常高。


老王跟博通中國區老大溝通無果後,張國新趕到廣東電信,提出:能否使用海思的方案?我們基於海思芯片的機頂盒已經測試完成,產品穩定,性能良好,可以馬上提供測試。


此時對於廣東電信而言,IPTV業務已是箭在弦上不得不發,於是雙方共擔新芯片可能帶來的風險。


測試結果令雙方長舒一口氣。採用海思芯片和博通芯片的機頂盒性能相差不大,在散熱和開機時間上甚至略勝一籌。


隨後,在同年8月的第十六屆杭州ICTC 2008展上,海思現場發佈並展示了業界最佳性價比全系列機頂盒(STB)芯片解決方案。它和視頻監控芯片一樣,採用硬件解碼,速度快、加工費低,而且第一個做到了芯片和操作系統、瀏覽器(基於webkit)的緊耦合。


對廠家來説,採用海思方案的高清機頂盒電路板價格低(100元左右),技術門檻也降低,一時間,一大批機頂盒小公司成長起來。


有人説,海思太幸運了,機遇趕着往它身上撞。可是假設沒有提前做好佈局,如果海思的芯片質量達不到標準,它又怎能抓到住這些機會?


在沒能與品牌機頂盒公司直接合作的情況下,海思的“黑盒子”方案靠發動廣大野戰軍拿到了市場。5年後,它在國內機頂盒芯片市佔率達到第一。


這種打法,與聯發科當年服務眾多山寨手機廠家的策略如出一轍。2006年,在業界首創GSM智能手機交鑰匙(Turnkey)解決方案的聯發科,將手機主要功能集成在一塊芯片上,引爆國內山寨機快速擴張。當時在2G領域,歐洲的GSM陣營完勝美國的CDMA陣營。聯發科也從一家DVD小廠平步青雲,佔得移動終端芯片牌桌上的一席。


看見聯發科的功能機方案鋪天蓋地,眼紅的海思開始打造自己的Turnkey方案。


手機芯片的核心有兩塊:應用處理器(AP,Application Processor)和基帶處理器(BP,Baseband Processor )。AP包括CPU、GPU等;BP則負責處理GSM、3/4/5G等各種通信協議以及射頻等核心單元,代表了通信能力,之前我們提到的巴龍就屬於BP。


雖然2004年就組建了研發隊伍,但直到2009年,海思才發佈第一款GSM低端智能手機的Turnkey解決方案。這個方案採用來自華為GSM基站的自研BP技術,開發的AP芯片名為Hi3611(K3V1)。



“K3”同樣名自高山,是喀喇崑崙山脈自西向東的5座主要山峯中的第三高峯——布洛阿特峯(Broad Peak)的代號。它也是全球第12高峯,海拔8051米。


但這一寓意雄渾高遠的名字,並沒有給海思帶來好運。


K3V1採用110nm工藝,遠落後於對手採用的65nm/55nm/45nm工藝,操作系統又選了江河日下的Windows Mobile。屋漏偏逢連夜雨,此時華為自己的終端公司因為深陷在為歐洲運營商定製3G手機的泥潭中,無力應用K3V1。


無奈之下,海思借鑑聯發科,找了家華強北的山寨廠做整機。一時間,華為深圳阪田基地門口人聲鼎沸,到處充斥着小販叫賣山寨GSM智能手機的聲音,令人不堪其擾。


彼時山寨市場有展訊、聯發科等強敵鎮守,產品本身及銷售策略上的缺陷使得K3V1出師未捷身先死。


K3V1不僅受到外界羣嘲,連內部人員都不看好。負責營銷的副總裁胡厚崑認為,服務低端的GSM山寨機混淆了華為的定位,傷害了華為的高大上品牌價值,堅持要砍掉這條線。


2010-2014 穩定:巴龍出鞘,安防突圍


2009年11月,華為海思和華為終端等部門正式成立聯合項目。


歷經近千個晝夜的協同奮戰,王勁和同事們於2010年推出了業界首款TD-LTE基帶芯片巴龍700,支持LTE FDD和TD-LTE雙模,並在同年7月參加德國TOM認證,正式進入商用終端領域。


巴龍芯片的一次流片成功令上海研究所一片歡騰,但稍有遺憾的是,巴龍問世之時恰逢智能手機蠶食掉大部分數據卡市場,高通的芯片也不再稀缺。


儘管生不逢時,後續巴龍不僅被應用到數據卡、以及無線路由器和MIFI等多種終端設備,還成為手機芯片的核心競爭力。


華為基帶芯片歷代產品


2010年,任正非將手機業務升級為公司三大業務板塊之一,放出豪言要做到世界第一。安防領域冒出了人工智能(AI)的萌芽,德州儀器(TI)和華為都整起了買芯片送車牌識別算法的打法。


不過,兩者的技術方案卻有本質的不同。TI的視頻監控芯片採用ARM+DSP架構,而海思採用的是ARM+IVE架構,IVE是做成了芯片硬件內核的智能視頻分析加速引擎。


TI的數字信號處理單元(DSP)非常強大,華為的GSM基站就是基於TI的DSP來做基帶處理,開發成本低並且可以靈活加載。但從3G開始,海思全都採用自己開發的專用芯片,以進一步提升效率和降低功耗。


同樣在這一年,海思SoC開始大規模進入全球最大的安防攝像頭廠商——海康威視。


後來中國廠商在全球大賣DVR,鼎盛時期海思佔領了79%的全球DVR芯片市場份額。


伴隨着數字化和IP(互聯網協議)狂潮,海思在鉅變中抓住市場的需求,在性能提升、成本控制、開發門檻、配套算法和軟件等方面均優勢明顯。廠家只需拿一顆海思SoC芯片配上外圍的元器件,就能做成一個IP攝像機的電路板,再加上電源、鏡頭等光學器件,就能做成各式各樣的入門級攝像機。


贏得口碑的海思,開始在視頻監控領域和機頂盒領域一路高歌猛進。


2012年,駐杭州的Top銷售員,光是海康和大華的訂單就就賣了一千多萬片。同年機頂盒芯片開始出貨量大增,並於次年登上國內市場佔有率第一的寶座。據傳到2014年,海思安防系列芯片已佔據全球超過一半的市場,在國內的市佔率更是高達90%。


外銷的消費電子芯片發展勢頭正猛,但手機芯片還籠罩在一片陰雲之中。


時間回溯到2011年,華為新成立一個總研究組織——2012實驗室,主要面向未來5-10年的發展方向進行研究。大海思和研究人工智能的諾亞方舟實驗室等一起作為二級部門歸屬於2012實驗室。


任正非對何庭波説:“給你4億美金每年的研發費用,給你2萬人”,“一定要站立起來,適當減少對美國的依賴。


何庭波一聽嚇壞了,當時整個華為研發不到10億美元,員工僅有3萬人,而2011年海思的銷售額只有66.6億人民幣,華為全年淨利潤只有150億人民幣。


2012年,對於華為終端和海思而言都是值得載入史冊的年份。


8月,承載着海思希望的K3V2應用處理器問世。


9月,負責華為消費者業務的餘承東定下七條重要的調整戰略,其中就包括“啟用華為海思四核處理器和巴龍芯片”。



K3V2的研發吸取了K3V1的教訓,架構用谷歌的安卓系統取代了Windows Mobile,並花高價買來ARM架構的授權。雖説它採用的40nm工藝沒追上當時高通、三星芯片採用的28nm工藝,但它與上一代產品相比進步很明顯。


它是問世時體積最小、速度最快的手機處理器。一發布就引起競爭對手的警覺,網傳三星曾因此推遲對搭載該處理器的Accend D系列的屏幕供應,致使產品的上市時間延遲了大半年。


但這款芯片的短板同樣明顯,發熱量大、GPU兼容性問題層出不窮,用户體驗感極差。開發人員不得不“挖東牆補西牆”,從軟件層面來填補芯片上的漏洞和Bug。


因為芯片的問題,D系列手機綜合性能表現非常爛,銷量慘淡,很快就“壽終正寢”了。中端機P6因為強抓質控並在19個國家進行地毯式廣告轟炸,銷量和口碑都還不錯,而K3V2E芯片依然被罵“拖後腿”。


華為堅決用旗艦手機奶自家芯片的做法,引來了外界此起彼伏的質疑和謾罵,“萬年海思”的嘲諷已經深深烙印在每個使用海思芯片的機器上,而海思迴應那些負面聲音的唯一方式,就是沉默,在沉默中積蓄力量。


那些日子過得相當艱難,海思團隊揹負的不止是芯片的成敗,還有華為手機的口碑。每一位成員都憋着一股勁兒、吊着一口氣,在實驗室夜以繼日地投入研發工作。


終於,2014年初,海思發佈麒麟910芯片,一雪前恥。



這款芯片不再以雪山為名,而是用中國神話的瑞獸麒麟命名,並首次集成了自研的巴龍710基帶芯片,這也是海思第一次將AP和BP集成在同一塊SoC上。


K3V2出現的問題被一一改進,麒麟910在製程上追平了高通的28nm,並大大降低功耗,改善了兼容性。


隨後出場的麒麟920芯片,終於在性能上戰平上一代高通旗艦芯片。麒麟920還整合了巴龍720,LTE Cat.6的手機。


榮耀6一出來,就飆升到各跑分軟件的第一名,幾乎吊打吊打華為全線機型,使海思麒麟芯片第一次達到與行業領袖高通對飆的地位。


然而勝利的曙光剛剛出現,王勁,那個撕開高通防線的核心人物,剛從美國出差回來就連軸開會,回家後突發心臟病,猝然長逝,年僅42歲。


2015-2019 飛昇:勢不可擋,多面制霸


令人感到些許安慰的是,巴龍和麒麟芯片沒有辜負王勁的付出。


從麒麟925伊始,海思一掃昔日坎坷的命運,開始大步流星地向上攀升。


儘管志存高遠,華為對進軍高端的市場還是相當謹慎,搭載麒麟925的旗艦手機Mate 7首期只做了30萬部。


誰知幸運女神的橄欖枝,再一次伸到了華為的面前。


出人意料的是,手機雙霸蘋果和三星先後掉了鏈子。蘋果爆發嚴重的好萊塢“豔照門”事件,加上未在中國境內設服務器,安全隱私問題倍受質疑。同時三星Note4設計方面嚴重失誤,新機型仍沿用塑料外殼和滑動指紋,外觀土氣,揚聲器位置也設計的不合理。


於是乎一大批國內政企要人捨棄蘋果和三星,轉投華為的懷抱,霎時間,Mate 7一機難求,全球銷量超750萬,成功讓華為打開了高端市場的大門。


此時,飽受詬病的麒麟芯片終於趕上了華為手機發展的步伐。



麒麟品牌從出場到麒麟935,一直採用台積電28nm工藝。在研發麒麟950之前,海思團隊做出了一個大膽的決定——跳過20nm,直接挑戰更為先進的16nm FinFET。


他們從2013年底就開始與台積電等合作伙伴緊密合作,共同推動了16nm先進工藝的量產成熟,並於次年4月實現業界首次投片,2015年1月實現量產投片。11月,麒麟950正式發佈。


這是麒麟芯片的翻身之作。麒麟950成為業界第一款採用台積電16nm FinFET工藝製程的移動處理器,比採用三星14nm FinFET工藝製程的高通驍龍820提早面世了小半年,而且除了GPU之外性能幾乎和驍龍820打平。



另外,這款芯片開始集成海思自研的ISP模塊,使其吞吐率性能提升4倍,高達960Mixel/s,助力華為P10在專業相機評測網站DXOMARK公佈的拍照成績上趕超iPhone 7。


將時間往回撥1個月,還有另一件值得記入史冊的事情。海思擊敗高通等幾家巨頭,獨家獲得奔馳第二代車載模塊全球項目的超大訂單,合同期長達十年,這意味着奔馳乘用車未來十年都搭載有華為的芯片。這對中國芯片業同樣是值得紀念的里程碑。


很快,屬於海思巴龍和麒麟的高光時刻來了。


新興的5G和AI技術,給了華為突破高通重圍的土壤,破繭成蝶的麒麟芯片開始與高通、蘋果兩大國際巨頭進行新一輪的角逐。


2016年,華為在芯片領域的投資高達100億元人民幣。


2017年,海思推出第一代AI芯片麒麟970,業內首創在手機SoC芯片上採用獨立的AI計算模塊“NPU”設計,一舉拿下6個業界第一。而蘋果的自研AI芯片A11比麒麟970的發佈時間遲了2周。



這一年,壟斷4G基帶市場的高通先後拔下全球首款5G調制解調器和首個5G數據連接的頭籌。緊接着,華為在2018年2月發佈首款3GPP標準的5G商用芯片巴龍5G01和基於該芯片的5G商用終端華為5G CPE。


這意味着華為同時突破了網絡和終端這兩大5G商用的基礎條件,成為全球首家可以為客户提供端到端5G解決方案的公司。


乘勝追擊的海思,又在去年8月率先發布了新一代AI芯片麒麟980,採用最先進的7nm工藝製程和雙核“NPU”設計,尺寸小到僅比指甲蓋稍大一點,在其上集成了69億個晶體管(麒麟970的晶體管數為55億),還可與華為的巴龍5G01基帶芯片匹配,為5G通訊做好準備。



早在2015年,華為就已經開始投入7nm技術的相關研發,並於次年開始進行麒麟980這款芯片的IP儲備、2017年開始SoC工程驗證、2018年開始量產。麒麟980芯片從起始到發佈用時3年,投入數億美元的研發費用。


麒麟980在AI運算方面帶來了全面的提升。Mate 20超流暢的操作體驗以及視頻檢測、物體識別與分割、AI視頻留色、卡路里識別、3D結構光解鎖等豐富的AI應用,都離不開麒麟980這個幕後功臣。


從被國際巨頭們按地摩擦,到在高端手機芯片市場上與蘋果、高通、三星四足鼎立,海思麒麟上演了一場華麗的逆襲。


能做芯片的手機廠商僅有3家,能夠同時做芯片和基帶的手機廠商更是不超過2家,而能夠跟高通對抗且擁有芯片和基帶的手機廠商,唯華為爾爾。


不止是終端,作為國內雲計算市場的新秀,華為將造芯的目標已經擴展到雲端。過去一年內,華為緊鑼密鼓地發佈AI芯片昇騰系列和服務器芯片鯤鵬系列。


昇騰芯片採用華為開創性、可擴展的“達芬奇架構”,單芯片計算密度最大的昇騰910採用7nm工藝,主打高效計算低功耗的昇騰310採用12nm工藝。


服務器芯片鯤鵬920同搭載該芯片的泰山服務器在今年1月發佈,這一芯片同樣採用迄今最先進的7nm工藝,架構用的是ARM,性能跑分超出之前業界標杆產品的25%,能效提高30%,功耗也有所降低。


同一時期,巴龍亦有了新的突破。


新出場的巴龍5000採用業界標杆的多模設計,峯值下載速率是4G LTE可體驗速率的10倍,並在進行5G研發之時就已在華為體系內部進行網絡側、芯片側和終端側的協同。巴龍5000和基於該芯片的首款5G商用終端華為5G CPE Pro一起,將華為的5G優勢再次提升。



同樣在今年首秀的還有業界首款5G基站核心芯片——天罡系列。


這是全球第一個超強集成、超強算力、超寬頻譜的芯片,實現基站尺寸縮小超55%、重量減輕23%、功耗節省達21%,不僅安裝時間是標準4G基站的一半,還允許市場上存在的大多數基站直接升級到5G。


為了趕上5G的高速列車,華為投入5700多位從事5G研發的專家工程師,在全球範圍建立了11個5G研創中心,如今每當5G新版本出來,華為能在1個月內完成迭代。


“我們的5G產品對於歐洲來説是最合適的。”任正非在本月21日接受採訪時自信地説:“我們有幾十年都不會腐蝕的材料,這些特性很適合歐洲,歐洲跟我們溝通很密切。華為的5G是絕對不會受影響,在5G技術方面,別人兩三年肯定追不上華為。


變局出現在安防市場。


一方面,華為宣佈重新入局安防攝像頭;另一方面,海康、大華等也在積極推進AI算法和AI芯片的研發。這意味着華為要開始和它的老客户海康、大華等同台競技,同時核心業務的垂直整合正成為一種趨勢。


但沒想到華為、海康、大華的直接競爭還沒提上日程,他們就一併進入了美國的黑名單。


危機:至暗時刻,備胎轉正


2019年5月,黑雲壓城城欲摧。


在全球通信界勢如破竹的華為被美國視作國家安全的威脅,特朗普政府簽署行政命令,要全力壓制這顆“眼中釘”。


形勢極其嚴峻,美國政府的霸凌政策施壓下,華為的老夥計們——英特爾、高通、谷歌、微軟、ARM等不得不選擇停供,WiFi聯盟、SD協會、國際固態技術協會(JEDEC)、PCI-SIG外圍部件互連專業組標準組織、USB-IF這五大標準組織均暫時將華為除名,其後又陸續恢復華為的資格。


如果華為沒有應對之策,那麼此時已經是危急存亡之秋。


此時,任正非多年來未雨綢繆的戰略眼光,為華為提供了與美國政府叫板的底氣。


引用任正非在2012實驗室的講話:“哪怕(芯片)暫時沒有用,也還是要繼續做下去。一旦公司出現戰略性的漏洞,我們不是幾百億美金的損失,而是幾千億美金的損失。我們公司積累了這麼多的財富,這些財富可能就是因為那一個點,讓別人卡住,最後死掉。這是公司的戰略旗幟,不能動搖。


如今我們再回顧任正非的高瞻遠矚,不得不為之歎服。正是任正非做出極限生存的假設,對有朝一日先進芯片和技術不可得提前做了備案,才有了2019年5月19日海思總裁何庭波鼓舞士氣的那封致員工信:所有海思曾經打造的備胎,一夜之間全部轉 “正”。


高通斷供,華為有自己的麒麟和巴龍;英特爾斷供,華為有自己的CPU鯤鵬;ARM斷供,華為已經購買了ARM v8的永久使用權並熟練掌握ARM架構的設計和修改。


長遠的路依然艱險,至少暫時性的困難足以應對。


海思也有還沒能攻克的短板,自研GPU還未趕上國際一流GPU的水準,在射頻領域與國外頂尖企業暫時難較高下。


但,這不只是華為的危機,它像一面鏡子,折射出整個中國半導體產業的軟肋。


芯片設計必備的EDA工具、模擬芯片皇冠上的明珠射頻芯片都長期被歐美廠商卡脖子。


晶圓代工的形勢更為嚴峻。最先進的製程工藝掌握在台積電和三星手裏,內地最大的晶圓代工廠中芯國際的14nm工藝製程量產,還要等今年下半年。


中芯國際要想突破更小的製程,就需要買更精細的“刻刀”——光刻機。全球最先進的光刻機均由荷蘭ASML打造,而中芯去年花1億美元從ASML買來的中國唯一一台EUV光刻機遲遲未聞進入國內的消息。更危險的是,ASML造光刻機的光源、激光發生器等核心部件,掌握在美國公司手中。


這些短板有預備的解法嗎?或許有,或許沒有。但抵禦一切風霜的盔甲——人才一直都在,我們要等待的是下一個擁有極強戰略眼光的人,還有更多願意投入芯片事業的人。


結語


相比百年IBM、五十年英特爾,十五歲的華為海思在半導體產業還是一個勇闖無人區的“青少年”。


這個青少年踩過雷,也撞過運,承受過質疑和嘲諷,也享受過讚美和推崇。從默默無聞到鋒芒畢露,這個逆襲故事的每一處起承轉合,都是由海思數千名工程師共同書寫而成。


歷史證明,成大事者,不計較一城一池得失。在華為還是一個無足輕重的公司時,面對強手如林的新沙場,就敢於砸下重金去打造可能永遠都不會用到的芯片,華為海思的工程師們夜以繼日地積蓄力量,最終實現一個又一個反殺。


假設海思沒有這些前瞻性的佈局,沒有將這些關鍵的核心技術攥在手心,當美國亮出“禁供”的技術霸權殺手鐗,華為大概率很難有如今這“備胎轉正”的底氣和起訴美國政府的勇氣。


同時,這也是中國半導體產業長征的縮影,紫光、中芯國際等國產半導體企業們在努力突破西方世界的桎梏,千千萬萬個芯片研發人員正像曾經的徐文偉、何庭波、王勁、艾偉那樣前仆後繼地衝鋒陷陣於一線,在接下來的二十年,他們又將書寫出新的芯片故事。


他們也許不是天才,也許不會成為芯片事業的掌舵者,但為眾人抱薪者,不可使其凍斃於風雪,鮮花和禮敬不止屬於功成名就者,更是屬於這場艱苦長征中每一個鞠躬盡瘁的人。


參考資料:

1、劉文《華為往事》

2、張利華《華為研發》

3、任正非《在2012實驗室的講話》

4、張靜波《芯片女皇何庭波,終結華為“無芯之痛”》

5、集微網《追憶華為海思無線芯片開發部部長王勁》

6、戴輝《老兵戴輝:華為芯片事業是如何起家的?

7、戴輝《老兵戴輝:華為海思的麒麟手機芯片是如何崛起的?

8、戴輝《老兵戴輝講述從0到1的血淚史,海思的視頻監控芯片如何一步步成為行業霸主》

9、戴輝《老兵戴輝:海思機頂盒芯片是如何成為霸主,並與中國標準相互成就的?

10、項立剛 《為王勁送行》2014年

11、萌哈科技《華為海思麒麟處理器的成功之路》

12、方珺逸《海思成名前那些事兒》


 
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