現(xiàn)在可能是[山寨手機(jī)]最好的時光

黃祖奔

7月里悶熱的一天，深圳市華強(qiáng)區(qū)，這片區(qū)域橫跨了好幾條街道，像是一個巨大的菜市場，只不過，這里販賣的并不是海鮮或者肉食，而是電路板和手機(jī)。 《連線》雜志的記者和深圳本地人羅杰·王（Rogcr Wang）—起來到這里，小王毛毛躁躁的，但是很熱情，他的工作是為自己的公司——從事電子產(chǎn)品研發(fā)與制造的全匯通科技（AQS）進(jìn)行電子產(chǎn)品采購。我們今天要尋找的是紅米1S型手機(jī)，由手機(jī)產(chǎn)品初創(chuàng)公司中的佼佼者、中國最著名的電子產(chǎn)品制造商小米公司出品。 小米公司通過在線閃購的方式限制可出售產(chǎn)品的數(shù)量，從而改變了供需平衡。這種銷售模式以嚴(yán)格管控及精益生產(chǎn)為基礎(chǔ)，廠家每次僅放出很少貨量，很快就會被一搶而空，只有極少數(shù)非常幸運(yùn)的搶購者才能夠有機(jī)會以近乎出廠價的低價格買到產(chǎn)品。不過很多手機(jī)都落到了倒賣者手中，而我們今天的任務(wù)就是以最實(shí)惠的價格買到一兩部原裝正品的紅米1S。 小王帶領(lǐng)我在擁擠的人群中穿梭，來到了遠(yuǎn)望數(shù)碼商城，這里的手機(jī)產(chǎn)品交易大廳占據(jù)了整整一層樓面空間，好幾百個攤位緊湊地排列著。這里只接受現(xiàn)金交易，因此，有誠意的買家通常都會帶著幾厘米厚的大捆鈔票來到這里，每一個攤位都配有嵌在墻壁中的保險箱。如果你沒有帶著裝鈔票的皮包，你就一定是個游客；如果你是游客，你就會上當(dāng)受騙。所以我們背了一個包，雖然我們攜帶的那沓現(xiàn)金只有一厘米厚。 小王帶我們來到商城最里面的一個已經(jīng)有些陳舊的攤位，攤主拿出兩個塑封完整的牛皮紙盒子，要價800元人民幣每臺，比網(wǎng)上閃購的價格高出100多塊錢。我們擔(dān)心會買到假貨，便刮開包裝盒上的防偽碼，到小米官網(wǎng)上進(jìn)行驗證。這些手機(jī)是真貨——至少包裝盒是真的。我們給手機(jī)充上電，查看內(nèi)核與基帶配置的版本號。就在我們驗貨的同時，不時有其他買家過來買手機(jī)。成捆的現(xiàn)金轉(zhuǎn)手，驗鈔機(jī)在不停工作，攤主忙著開具收款證明。驗明真貨之后，我們滿意地把錢放在柜臺上，然后消失在嘈雜的商城里。 盡管價格低廉，紅米1S仍然是一部電池壽命超長并且性能可靠的手機(jī)。它使用高通驍龍400四核1.6GHz處理器——相對于三星S3機(jī)型使用的獵戶座4412四核1.4GHz處理器來說，是一個不錯的替代選擇，并且，前者的價格只是后者的一小部分。來勢洶洶的消費(fèi)者們似乎也認(rèn)同這一評價一僅在2014年，就有超過6000萬部小米手機(jī)售出。成立于2010年的小米公司是如何在短短5年時間內(nèi)迅速崛起，并且對蘋果與三星構(gòu)成相當(dāng)威脅的呢？ 一部分答案就在金屬硅材料本身。我們知道，一個處理器的內(nèi)部包含有億萬個晶體管。而每個晶體管的質(zhì)量則取決于一個單一的指標(biāo)，叫作“柵長（gatclcngth）”。簡單來說，晶體管的柵長越小，它的質(zhì)量就越高，在過去50年中，晶體管的柵長以每年16%的速度在持續(xù)縮短。英特爾公司聯(lián)合創(chuàng)始人高登·摩爾在1965年發(fā)表了一篇題為《在集成電路中整合更多元件》的著名文章，對這一趨勢做出了預(yù)測，隨后便形成了今天的“摩爾定律”。 如果物理學(xué)真能如此簡單就好了，我們就能夠把任何事物的發(fā)展規(guī)律簡化為一條在無限空間中永恒延伸的拋物線。2011年秋天，英特爾架構(gòu)事業(yè)部執(zhí)行副總裁兼董事總經(jīng)理保羅·歐特里尼宣稱，奔騰4型（Pcntium4）處理器的架構(gòu)能夠在其應(yīng)用壽命內(nèi)將運(yùn)算性能提高到10GHz?，F(xiàn)在已經(jīng)是2015年了，你使用的計算機(jī)的處理器性能可能還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5GHz。實(shí)際上，英特爾在2004年突然改變了產(chǎn)品策略，當(dāng)時該公司對酷睿（Corc）產(chǎn)品線重新做了調(diào)整，不再追求提高處理器的速度，而是將精力集中在研發(fā)多核中央處理器上。奔騰4型處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的假設(shè)存在太多問題，所以被推倒重來；如今的“酷?！碑a(chǎn)品線的架構(gòu)實(shí)際上是由奔騰3型衍生而來的。 那么問題出在哪里？實(shí)際上，早在十年前，通過將晶體管柵長減半而提升處理器速度的方法已經(jīng)到達(dá)了極限，因為隨著柵長不斷縮減，產(chǎn)生了一些瑣碎的物理問題，致使能量消耗驟增。奔騰4型處理器理論上是可以達(dá)到10GHz的運(yùn)算速度的，但是其雙級運(yùn)算器（ALU，是中央處理器的重要組成部分）的架構(gòu)產(chǎn)生的熱量會像個火爐一樣，沒有人愿意把這么燙的東西放在自己的膝蓋上。一貫清晰明確的摩爾定律開始變得含混起來，因為現(xiàn)實(shí)世界的各種局限性開始一一呈現(xiàn)。

限制性能的首要因素是我們需要電池有多長的壽命，或者，如果以筆記本電腦為例，我們能夠為中央處理器提供多少冷卻機(jī)能。而從另一個角度來審視這一局面，各平臺的處理速度趨于統(tǒng)一化，這意味著即使是非常年輕的初創(chuàng)企業(yè)，比如在競爭非常激烈的手機(jī)廠商中脫穎而出的小米公司，也能夠研發(fā)出具有相當(dāng)實(shí)用性的產(chǎn)品，并且其擁有的技術(shù)和產(chǎn)品性能很容易就可以與業(yè)界縱橫多年的老牌公司媲美。 與處理器速度之爭所不同的是，摩爾定律指出的規(guī)則（每過兩年，單位面積內(nèi)晶體管的數(shù)量就會增加兩倍，從而讓集成電路的性能提升一倍）在很多方面仍然奏效。比如固態(tài)硬盤（SSD，一種數(shù)據(jù)存儲裝置）現(xiàn)在已經(jīng)有能力存儲超過一兆兆字節(jié)的數(shù)據(jù)量；高端筆記本電腦已經(jīng)能夠配備12核中央處理器；而圖形處理器（GPU）則已經(jīng)達(dá)到千核量級。這種在相同成本之下獲得雙倍性能的能力被稱為成本比例（cost scaling）。 摩爾定律——以及與之密切相關(guān)的成本比例——一直以來都相當(dāng)可靠，因為它的基礎(chǔ)原則非常簡單。任何一個曾經(jīng)通過縮小字號的方式把一篇論文打印在一張單頁紙上的學(xué)生都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了摩爾定律的規(guī)則。打開一個僅有文字的文檔，將字號縮小50%。你處理的信息量沒有變化，但是打印頁數(shù)已經(jīng)減少了一半。祝賀你，你已經(jīng)省下了一半文檔打印的費(fèi)用。由于打印機(jī)是按頁收費(fèi)，你打印的每一張紙都輸出了雙倍的信息量。你已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了成本減半，性能加倍，這就是摩爾定律的規(guī)則。

晶體管柵長縮減比例的工作原理與打印機(jī)幾乎完全相同：業(yè)界每年都在縮小打印在硅片上的電路的“字號”?？墒菃栴}在于，我們現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了極限，一個晶體管的寬度僅僅相當(dāng)于幾個原子的尺寸。行業(yè)現(xiàn)在面臨的難題與你在屏幕上一直縮小字號時所面臨的問題相同：當(dāng)文字只有幾個像素大小的時候，再繼續(xù)縮小字號會讓文字無法辨識?，F(xiàn)有的替代方案，比如三維堆棧和由其他材料構(gòu)建的系統(tǒng)等或許能夠一次性滿足摩爾定律的規(guī)則，但是目前還沒有任N-種方案能夠優(yōu)雅并精確地實(shí)現(xiàn)柵長比例縮減；也沒有任何一種方案能夠像以前一樣實(shí)現(xiàn)幾個層級的成本縮減與性能提升。下一個發(fā)展方向?qū)窃佑嬎銠C(jī)。 可惜的是，在可預(yù)見的未來，原子計算機(jī)仍屬于非常專業(yè)的設(shè)備，并且可能需要低溫裝置進(jìn)行冷卻。換句話說，未來10年內(nèi)都不要指望你的口袋里能夠裝下一臺這種電腦。 成本比例也讓摩爾定律成為了電腦行業(yè)的倫敦銀行同業(yè)優(yōu)惠利率?？s小柵長可以讓單位面積硅片上的晶體管每年增加30%（因為這些晶體管是依照二維陣列排列，所以柵長縮減能夠在兩個維度上增加排列密度）。這就如同整個電腦產(chǎn)業(yè)都由一個每年增值30%的政府基金資助。而復(fù)利的影響力非常強(qiáng)大：利率出現(xiàn)幾個百分點(diǎn)的浮動就有可能使整個經(jīng)濟(jì)陷入或者擺脫大蕭條。同樣，摩爾定律揭示出的比例如果出現(xiàn)幾個百分點(diǎn)的減少，都會讓電腦產(chǎn)業(yè)發(fā)生翻天覆地的變化。 雖然電腦廠商已經(jīng)為下一代產(chǎn)品投入了數(shù)以百億計的資金，我們今天仍然可以看到價格比例已達(dá)極限的證據(jù)。圖形處理器是價格比例的最佳示例。它們基于幾千個處理單元制造，所以其性能、成本和單位面積硅片上能夠容納的晶體管數(shù)量之間都有著直接關(guān)聯(lián)。 還是在2011年，當(dāng)桌面電腦使用者們還在爭先恐后地升級他們電腦的圖形處理器，使其能夠顯示熱門游戲《天際帝國（Skyrim）》中效果驚人的圖像時，在夏威夷舉辦的國際貿(mào)易伙伴會議上卻爆發(fā)了一次危機(jī)。在一場主題演講中，顯卡廠商英偉達(dá)（NVIDIA）公司的技術(shù)副總裁約翰·陳（JohnChen）嚴(yán)厲譴責(zé)了他們長期的硅片制造伙伴臺積電（TSMC）。英偉達(dá)分析了臺積電公司生產(chǎn)的下一代20納米及14納米處理器之后的結(jié)論是：它們毫無價值。芯片生產(chǎn)成本的增加已經(jīng)超出晶體管柵長繼續(xù)縮減帶來的效益。因此，那些有幸在2012年買到-428納米顯卡的游戲玩家們會發(fā)現(xiàn)，過了三年以后，他們最好的選擇仍然是28納米的顯卡。摩爾定律預(yù)測的公車已經(jīng)晚點(diǎn)一年了，可是英偉達(dá)和超微（AMD）公司還在雨中等待它的到來。雖然某些高價值產(chǎn)品比如蘋果公司的iPhone6和三星蓋世S6在最新發(fā)售的機(jī)型中已經(jīng)開始分別采用20納米和14納米柵長的芯片，但是更多產(chǎn)品若想享受到摩爾定律帶來的成本比例縮減，仍然需要等待比以往更長的時間。

華強(qiáng)電子市場，我們繼續(xù)著了解電子行業(yè)脈搏的行程，我們來到了一個最受歡迎的地方——龍勝通訊市場。這座三層高的大樓霸占了整個街區(qū)，里面全是買賣手機(jī)和配件，并提供維修服務(wù)的攤位。走訪這個市場的感覺就像是為了探知電子工業(yè)不為人知的秘密而到它的垃圾堆里翻找。哪款手機(jī)最好賣，哪款返修率高，哪款已經(jīng)過時，哪款容易被黑客入侵，哪款容易被仿冒——一切都發(fā)生在這里。 效率極高并且與全球供應(yīng)鏈緊密相連的“山寨”廠商不會在配置過時、吹噓過頭或者尚未量產(chǎn)的產(chǎn)品上浪費(fèi)一丁點(diǎn)兒時間。讓我們格外感興趣的是出售行業(yè)工具的攤位；他們通常是挖到廠商內(nèi)部資料的金礦。終于，我們找到了這樣一個工具攤位，很不起眼，它的左邊是一個賣電池的攤位，攤主正在厚顏無恥地往假冒電池上貼正版全息防偽標(biāo)志，右邊的攤位上，一個膝蓋上抱著小嬰兒的婦女在出售琳瑯滿目的手機(jī)配飾。 這個工具攤位的主人是一位姓鄒的女士。她身材瘦小，有點(diǎn)兒害羞，柔聲細(xì)氣地回答我們的詢問。她的普通話帶有濃重的廣東口音。我們仔細(xì)翻看她的貨品，最終目光集中在焊料模板下面那堆毫不起眼的書本上。找到了！那是一些解釋手機(jī)的工作原理以及修理方法的手冊，包括iPhone6、iPhone5和一些最新型號三星手機(jī)的電路圖。我們花25塊錢買了一本iPhone6的電路圖。

回到相對私密的酒店房間里，我們翻開了這本電路圖手冊，開始目不轉(zhuǎn)睛地查看iPhone 6的小秘密。我們好像上了一堂電路設(shè)計的大師班課程——記下了背光驅(qū)動的型號，還查找了針對某些實(shí)際問題比如靜電和非預(yù)期無線電發(fā)射等的應(yīng)對措施。這讓筆者回憶起了自己在麻省理工學(xué)院求學(xué)時，從教科書上學(xué)習(xí)電子工程學(xué)的日子：理論很充足，但是實(shí)踐經(jīng)驗很少。因為在正規(guī)教育中不可能傳授這些極具商業(yè)價值并且非常重要的電路設(shè)計細(xì)節(jié)，一部分原因是教授不能把iPhone6的電路圖手冊列入學(xué)生必讀書單里面。然而，只需花上25塊錢，中國的工程師們就能夠通過鉆研這些設(shè)計而超過那些最優(yōu)秀最聰明的大學(xué)畢業(yè)生。一個自學(xué)成才的工程師即使需要花上幾年時間，經(jīng)過數(shù)次反復(fù)才能完成一件復(fù)制品，這款產(chǎn)品也并不會很過時：在過去4年中，iPhone的處理速度提升是相對平緩的，從iPhone4的1GHz，到今天iPhone6的1.4GHz。這種相對停滯現(xiàn)在很常見，這就讓工程師們有很大的時間窗口去學(xué)習(xí)和仿造出最好的設(shè)計。 這一現(xiàn)象引發(fā)的直接后果可能是對知識產(chǎn)權(quán)更為嚴(yán)格的立法保護(hù)。然而，無數(shù)法庭都已經(jīng)將逆向工程判為合法。因此，一個人可以盯著電路板畫出電路圖。與源代碼及其最終編譯出的程序所不同的是，電路圖與最終產(chǎn)出的集成電路是一一對應(yīng)的。 將硬件加密或者故意使其模糊不清也是不可行的；價格敏感度比較高的消費(fèi)電子產(chǎn)品必須易于進(jìn)行檢驗和測試，這也讓反向工程變得相對容易。因而由此產(chǎn)生了一種成熟且合法存在的產(chǎn)業(yè)，那就是繪制電路圖。隨著摩爾定律的準(zhǔn)確性逐漸消失，通過反向工程進(jìn)行學(xué)習(xí)研究成為一種更有效的方式，因為在下一代新產(chǎn)品出現(xiàn)之前，跟風(fēng)產(chǎn)品能夠有更大的空間來利用反向工程占領(lǐng)市場。 這個市場空間能大出多少？依照摩爾定律來看，最保守的預(yù)測也能產(chǎn)生戲劇性的影響：如果柵長縮減的速度縮小5%——從每年16%下降到11%——那么研發(fā)并推出同一代產(chǎn)品的時間窗口就會增加50%，從兩年增加到三年。 這些額外的研發(fā)時間對于深受時間與資源制約的小機(jī)構(gòu)來說是一種極大的恩惠，從深圳的初創(chuàng)公司到大學(xué)的研究實(shí)驗室。開源硬件更是尤為突出，它可以代表摩爾定律逐漸放緩的最大受益者。這些項目可能會需要好幾年時間才能出成果，摩爾定律對它們很不利，一個歷經(jīng)數(shù)年才推出的產(chǎn)品可能剛剛面世就已經(jīng)過時了。就拿我和我的商業(yè)伙伴肖恩.“肖布斯”.克勞斯為例。我倆在一個家庭辦公室里制造筆記本電腦。我們并非你們印象中的那種硅谷初創(chuàng)公司：我們把紙板箱和舊的瑜伽墊鋪在地上；3D打印機(jī)同時作為毛巾架使用。然而，三年里我們成功地設(shè)計、制造并銷售了一款開源硬件電腦“諾威娜”。 用三年的時間研發(fā)并制造出一部電腦，是注定會失敗的。如果摩爾定律仍然奏效的話，我們今天應(yīng)該可以看到樹莓派2代（Raspberry Pi2）處理器達(dá)到2GHz的運(yùn)算速度，這是根據(jù)3年前樹莓派處理器剛剛問世時700MHz的速度推測的。那么，我們這款12GHz的四核“諾威娜”筆記本電腦絕對過時了。但是讓我們高興的是，事實(shí)并非如此。雖然樹莓派2代采用了四核系統(tǒng)，它的處理能力也只能到900MHz。這個數(shù)字并沒有發(fā)生很大變化，是有其原因的：派處理器、派2型處理器以及“諾威娜”的中央處理器都采用了40納米的晶體管技術(shù)。像英偉達(dá)一般，3年來我們的芯片供應(yīng)商選擇放棄摩爾定律的公車，轉(zhuǎn)而依靠電路設(shè)計以及架構(gòu)改良，來獲取更有成效的突破。 這有可能是一個大趨勢的開端。與其在衰退的恐懼中奔逃，開源硬件研發(fā)者現(xiàn)在有時間基于平臺建立起研發(fā)社區(qū)；我們可以在完成最終的設(shè)計之前相互學(xué)習(xí)，分享藍(lán)圖以及樣機(jī)。時間上的寬裕也讓硬件產(chǎn)品的研發(fā)更加精益化——你不再需要燒錢趕工來緊扣產(chǎn)品日程。一個兩人團(tuán)隊可以在三年里利用業(yè)余時間，從藍(lán)圖開始生產(chǎn)出一部筆記本電腦，當(dāng)作一項愛好。這是一個研發(fā)硬件產(chǎn)品，特別是開源產(chǎn)品的偉大時代。 這個趨勢也從系統(tǒng)層面一直延伸到硅片層面。劍橋大學(xué)計算機(jī)實(shí)驗室主持開展的lowRISC項目致力于使用RISC V型指令集制造一款開源的中央處理器。“我們感覺像是正在推動一扇即將開啟的大門，”劍橋大學(xué)高級講師羅伯特.馬林斯（RobertMullins）說?！拔覀冃枰獎?chuàng)新的芯片設(shè)計，從而讓很多嶄新并讓人興奮的應(yīng)用有付諸實(shí)現(xiàn)的可能……只有開源這種方法才能提供你所需要的自由度和延展性?！焙婉R林斯一起工作的研究助理阿歷克斯·布拉德伯里（AlexBradbury）說，一年后這個項目就能以40納來或者28納米的規(guī)格進(jìn)行加工制造一這是“諾威娜”、樹莓派和當(dāng)今主流圖像處理器都在使用的規(guī)格。布拉德伯里說，“有人認(rèn)為，28納米或許是保值時間最長的規(guī)格節(jié)點(diǎn)，因為過了這個節(jié)點(diǎn)之后，晶體管的生產(chǎn)成本就會飆升?！比绻菍Φ模鸵馕吨鴏owRISC雖然只是個大學(xué)研究項目，但卻有絕好的機(jī)會具備強(qiáng)勁的商業(yè)競爭力。 雖然硅片廠商仍在努力往單個芯片上置入更多晶體管，他們所需要的時長以及成本比以往任何時候都高。摩爾定律逐漸式微之后，全世界發(fā)明者聚集的小型社區(qū)都有了更大余地去聚合他們的力量，制造出能夠與主流供應(yīng)廠商媲美的產(chǎn)品。今天的山寨現(xiàn)象和開源硬件或許只是針對傳統(tǒng)企業(yè)壟斷打響的第一槍。