一顆芯片的“生死關(guān)”

向治霖

上海，張江，再明顯不過地彰顯著“科技氣質(zhì)”。這里的道路以著名科學家命名，像牛頓路、哈雷路，以及華佗路、張衡路等等。一個據(jù)稱的規(guī)律是，橫向的路（東西向）多以中國科學家命名，縱向的路（南北向）多以外國科學家命名。橫“中”豎“外”，看不出什么講究，沒意思得頗有意思。

東西向的祖沖之路，看上去并不特別。祖沖之，南北朝時期的人，最有知名度的成就，是算出了圓周率，并精確到小數(shù)點后7位，這個成就，領(lǐng)先了世界一千多年。他在書中自述說，“專功數(shù)術(shù)，搜揀古今”，按今天的說法，他是數(shù)學家、天文學家，以及機械工程師。

從歷史中看，數(shù)學和天文學，叩開了近代科學大門。機械制造，成就了解放雙手的工具。它們，改變著當下的世界。

毋須諱言，同時被改變了的，是中國曾經(jīng)的領(lǐng)先地位。祖沖之路上的紫光展銳，知名度并不很高。論行業(yè)，它是一家獨立的芯片設(shè)計廠商，同類型的公司是高通、聯(lián)發(fā)科。論成果，在5G的浪潮下，它是全球僅有的5家具備開發(fā)5G手機芯片能力的公司之一，其它四家是三星、高通、聯(lián)發(fā)科和華為海思。然而，紫光展銳的競技伙伴們，顯然有著更高關(guān)注度—對大眾而言。

不過，事情正在起變化。

臺下“十年”功

最近兩年，國產(chǎn)芯片的環(huán)境突變，帶來了一個“雙城記”式的時代—或許是最好的時代，也可能是最壞的時代。好的一面是，它讓人們看清楚了，最緊要的技術(shù)在哪個行業(yè)，從而自上而下地重視起“芯片自主”道路。

紫光展銳，是在這樣的突變中，于競爭慘烈的芯片行業(yè)脫穎而出。

2019年4月，韓國首先宣布5G商用，5G的競逐自此搬上了臺面。當年6月，國內(nèi)三大運營商在發(fā)過5G牌照后，宣布了規(guī)模更大的投資計劃。這條賽道上，中國企業(yè)一改2/3/4G時期的“從屬”角色，奪得了先聲。最吸引關(guān)注的，當然是華為海思。2019年年中，海思的第一顆5G芯片“麒麟990 5G”發(fā)布，到年底，它就使用在了華為mate 30的5G版手機上。

展銳的步伐也不算慢。2020年5月，展銳開發(fā)的5G芯片，被使用在一款海信手機上，并投入了市場，和距離最領(lǐng)先的華為的發(fā)布時間，只隔6個月。與國際其它知名的芯片廠商，如高通、MTK等相比，步調(diào)基本一致。實際上，展銳早早就有準備，2019年2月，公司就發(fā)布了首款5G芯片“馬卡魯”，以及基于該平臺的5G基帶芯片“春藤V510”。自此，展銳進入了“第一梯隊”。

5G浪潮鋪開的同時，芯片也轉(zhuǎn)入“高光”時期，芯片行業(yè)的殘酷與重要性同時凸顯。要知道，就在2019年4月，英特爾宣布退出5G智能手機調(diào)制解調(diào)器業(yè)務(wù)，意味著它退出了5G手機芯片的競逐賽道。其中研發(fā)所需要的成本，即便是如英特爾等巨頭公司，一旦錯過也支撐不住。于是，賽道上的選手漸漸消失，“4G的時代，可能還有十多家競逐的公司，到了5G時代，現(xiàn)在只剩下了5家”，紫光展銳高級副總裁夏曉菲介紹說道。

而芯片行業(yè)的重要性，現(xiàn)在早就無需贅言。要強調(diào)的是，芯片有很多分類，其中的5G手機芯片（基帶芯片），是5G產(chǎn)業(yè)鏈中的驅(qū)動引擎，同時也是最核心的技術(shù)之一。以手機為例說明，在手機中，有兩個重要的芯片組，一個負責執(zhí)行操作系統(tǒng)、用戶界面和應(yīng)用程序的處理器AP（Application Processor），另一個則是運行手機射頻通訊控制軟件的處理器BP（Baseband Processor）。BP上集成著射頻芯片和基帶芯片，負責處理手機與外界信號通訊，為了減小體積和功耗，通常射頻芯片和基帶芯片會被集成到一塊芯片上，統(tǒng)稱為基帶芯片。

芯片制造的產(chǎn)業(yè)鏈遍及全球，核心技術(shù)為各方掌握，離開了合作就沒有芯片。

展銳的成功，靠的是長期、大規(guī)模投入。對普通人而言，5G的到來，像天降一般排山倒海，但在行業(yè)中，早在2016年，展銳在內(nèi)的芯片廠商就開始布局5G。通訊技術(shù)的迭代，起牽頭主導作用的是行業(yè)協(xié)會3gpp，每一代技術(shù)的更迭中，3gpp提出新的標準，各家廠商參與其中討論，對標準的跟隨、解讀中，公司布局自家技術(shù)，開發(fā)新的方案。

5G的第一個標準“R15”，在2018年6月就制定完成。5G定義了增強型移動寬帶（eMBB）、超可靠低延遲通信（URLLC）、大規(guī)模機器類型通信（mMTC）三大場景。夏曉菲介紹說，在標準出現(xiàn)的時候，芯片廠商們包括展銳，事實上已經(jīng)做了大量工作。

環(huán)環(huán)相扣

標準的制定，是個時間緩慢、且多方博弈的過程，它是芯片制造的第一步。

跟蹤標準的制定過程，是每家芯片廠商的必修課。以5G手機芯片為例，各廠商參與3gpp協(xié)會，在討論中形成的下一代通訊制式，會指明未來目標。紫光展銳天山實驗室副主任粱旺平介紹說，在展銳，有一個專門的標準團隊，負責長期跟蹤這個協(xié)會，“我們就會知道，5G大概在什么時候來”。

一旦知道，就要著手技術(shù)準備。比如R15標準在2018年6月完成，但對5G開始投入研發(fā)成本，在粱旺平印象中是在2016年。首先，要對標準進行理解，有專門團隊解讀標準，并且在標準的制定動態(tài)中時時調(diào)整。一個好的標準團隊，不僅是作出正確解讀，還負責起一部分預(yù)測工作。預(yù)測成功，就能快人一步。

接下來，算法團隊介入工作。標準團隊的人員與他們交流，看需要什么樣的算法。仍以5G芯片為例，粱旺平說：“5G對4G而言，算法的部分改動不是特別大，所以，我們早早就把算法準備好了”。再下一步，是去做驗證工作。

做的同時，廠商也是有技巧的。首先是，它依靠標準團隊的解讀，預(yù)判出趨勢走向，所以在芯片設(shè)計時，會放一些冗余設(shè)計進去。目的同樣是快人一步，它可以很快量產(chǎn)，但功耗方面，方案可能不算最優(yōu)。這個問題留給快速的迭代解決，“因為我們知道，問題是在哪兒，只要把冗余設(shè)計拿掉，很快就把功耗和性能提上去了”。

“所以說，在標準出來之前，我們就做了大量工作，甚至芯片都可能在投入過程中了?！绷煌奖硎尽?/p>

速度要快，是芯片研發(fā)行業(yè)本身的要求?！翱臁钡暮锰帲?G變革中體現(xiàn)得淋漓盡致，華為海思和紫光展銳的快人一步，令中國成為通訊強國之一，不再受制于人。2021年3月16日，有消息傳出，華為將與三星、蘋果商議5G的專利使用權(quán)，或?qū)⑹杖＠褂觅M。盡管說，華為的舉動或許存在被“圍堵”時的無奈，但也從側(cè)面證明，“快”所帶來的優(yōu)勢地位。

而“快”沒有實現(xiàn)，從而導致的弊端，英特爾或許是個典型例子。在2/3G時代，英特爾旗下的英飛凌曾是全球龍頭企業(yè)，但在4G時代，英特爾“一步慢、步步慢”。最終為了止損，在5G時代出局。

以上是從工作流程考慮，從標準制定到廠測，是一顆芯片的從無到有。換一個角度，在芯片生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈條上，同樣是環(huán)環(huán)相扣。芯片先經(jīng)手芯片設(shè)計公司，如展銳、高通或聯(lián)發(fā)科，下一步進入芯片制造公司，如臺積電、中芯國際。接著，是對芯片的封裝測試，最后流入市場。

從產(chǎn)業(yè)鏈條看，芯片設(shè)計公司是芯片制造廠商的“甲方”。如臺積電等制品制造廠，提供的產(chǎn)品是它的工藝，如手機愛好者耳熟能詳?shù)? nm工藝，當前是臺積電的看家本領(lǐng)。不過，區(qū)別在于，芯片行業(yè)中的甲方乙方，并沒有一般行業(yè)的優(yōu)勢與弱勢對比。明顯的是，一顆芯片的從無到有，是行業(yè)各方力量競逐博弈，相關(guān)的標準，各方了然于胸，所以在生產(chǎn)鏈條上，更多是合作關(guān)系。

談及合作，這或許是芯片行業(yè)最重要的特征。芯片制造的產(chǎn)業(yè)鏈遍及全球，核心技術(shù)為各方掌握，離開了合作就沒有芯片。夏曉菲介紹說，芯片制造的鏈條，雖然只有四五環(huán)，但每一環(huán)又涉及很多公司，真正綜合來看，一款芯片的形成，涉及幾百家公司的合作。

比如說，展銳是芯片設(shè)計公司，但設(shè)計的工具EDA，并不是自家的，而是來自三家美國公司，Synopsys、 Cadence和Mentor。此外，芯片設(shè)計中，“有的代碼是我們的算法團隊來寫，但又一些IP，或者CPU、GPU等等，它們來自安謀公司，這都涉及合作”，夏曉菲說。

共生關(guān)系

芯片制造中的強合作關(guān)系，即是一種掣肘，也是一張底牌。以臺積電為例，芯片緊缺的現(xiàn)狀，將它推到了鎂光燈下，令它的地位舉重若輕。然而，在這張嚴密的網(wǎng)中，雖然地位相對強勢，臺積電也做不到自產(chǎn)自銷。比如晶圓的前身“硅柱”，就不是臺積電自產(chǎn)。再比如說，芯片制造的終極“大殺器”光刻機，尤其是最先進的極紫外光刻機EUV，是來自荷蘭的ASML公司。進一步，制造EUV的零器件，又多來自日本。

一個制式的發(fā)展，開發(fā)復(fù)雜程度很高，代際之間的提升很大。從4G到5G，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個巨大的升級，開發(fā)難度高了5～10倍，后來者很難追上。

緊密的產(chǎn)業(yè)鏈條中，一旦落后，難再追趕，“馬太效應(yīng)”鮮明。夏曉菲介紹說，在芯片這個行業(yè)，沒有什么能保證一家公司永遠立于不敗，能夠做的，只有持之以恒，堅持做長期的、大規(guī)模的研發(fā)投入，保持領(lǐng)先的決心。否則，整個工業(yè)體系，不會為誰做停留的。

尤其殘酷的是，在通訊芯片領(lǐng)域，“只見舊人哭，不見新人笑”。意思是說，在通訊技術(shù)每一次迭代中，永遠只有被淘汰出局的，從來沒有新公司加入。通信芯片中，如今還在賽道上的企業(yè)，三星、高通、聯(lián)發(fā)科、華為海思和展銳，都是從1/2G時代就存在。通信行業(yè)的迭代，每一次都是“老牌友開新局”，但“牌友”越來越少。

原因無它，唯門檻高。5G標準的從無到有，再到5G芯片的從無到有，每一次都是長跑。夏曉菲介紹說，一個制式的發(fā)展，開發(fā)復(fù)雜程度很高，更關(guān)鍵的是，代際之間的提升很大。從4G到5G，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個巨大的升級，開發(fā)難度高了5～10倍，后來者很難追上。

即便開發(fā)一個單獨的制式，成本已經(jīng)不容小覷。夏曉菲以海思舉例說，在2/3G模塊的開發(fā)上，海思用了大概6年時間。4G模塊的開發(fā)用了3～4年。5G模塊，如前文所說的，用時4～5年。制式的開發(fā)，包括大量工作，如制定標準時的參與，定義合適的通訊架構(gòu)，還有對海量軟件的通訊開發(fā)和測試，“每一代制式，花上5年的時間，這應(yīng)該是保底的”。

而前輩們做的工作，不會隨著技術(shù)迭代取消，它本身的積累是一個門檻。5G通訊芯片的要求，是要兼容1/2/3/4G模塊。道理很簡單，一款只能使用5G的手機，不會受到市場歡迎。那么，假設(shè)有一家新的公司加入，它必須重走前輩的路，但整個行業(yè)仍在高速向前，這條路根本行不通。

長期積累的制式、算法，還有人才儲備，是紫光展銳競逐的底氣。根據(jù)公司消息，2020年公司業(yè)績實現(xiàn)了增長，工業(yè)電子業(yè)務(wù)營收較去年增長了150%，預(yù)計將達到2.5億美元。消費電子業(yè)務(wù)在疫情影響下，從9月份開始也較去年同期實現(xiàn)了大幅增長。其5G芯片的節(jié)奏，也和預(yù)期相比提前2年。

當然，行業(yè)風云的變幻下。展銳處在“雙城記”式時代，前途沒有絕對的保證。但這是一個好的開始。