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芯片自研的另一堵墻:為什么高通難以逾越?

Linelayout ? 來源:遠川研究所 ? 2023-06-16 09:42 ? 次閱讀

今年5月,oppo旗下的芯片設計公司哲庫突然宣布關閉后,oppo前營銷副總沈義人在隔天凌晨發了條微博:錢不能解決的問題,往往才是真正的“難題”。

哲庫關閉的原因尚無定論,外界的猜測既有財務層面的計算,也有地緣層面的考量。比如美國很有可能如法炮制對海思的禁令,導致芯片無法生產。考慮到哲庫的自研NPU芯片采用了6nm制程,這種觀點并非沒有可能。

同時,包括哲庫在內,大多數中國手機品牌在自研芯片上都選擇了一種漸進策略——把手機SoC想象成多個芯片拼裝起來的大芯片,國內品牌的策略則是從邊緣的芯片開始,一點一點換成自研芯片,最終實現整塊SoC的自研。在關閉前,哲庫已經發布了NPU芯片,據說自研的AP芯片也即將量產。

不過,無論這種策略進展如何,最終都會觸及高通的核心地帶。

高通與手機品牌的關系比較復雜:高通的收入依賴手機品牌的出貨量,但由于高通在高端SoC上的巨大份額,導致手機品牌也依賴著高通,比如“首發驍龍芯片”會成為賣點。另外,高通的拳頭產品除了驍龍系列SoC,還有技術難度更大的基帶芯片——這是蘋果都沒跨過的高墻。

2019年初,蘋果公司的COO杰夫·威廉姆斯(Jeff Williams)向美國聯邦貿易委員會(FTC)證實,蘋果曾希望在最新iPhone中使用高通的4G LTE處理器,但被高通拒絕。

此前,高通為蘋果提供用于支持手機通訊的基帶芯片,而蘋果控訴高通對收取過高專利授權費用,高通則指責蘋果扣留約80億美元的應付專利費用。

基帶芯片是手機的核心零部件之一,在華為的芯片無法獲得代工后,能夠在主流市場站穩腳跟的幾乎只有高通和聯發科,在高端機型里,高通幾乎處于壟斷地位,這也為它帶來了巨大的商業話語權。

在與蘋果的合作中,高通只向蘋果提供通訊相關的服務,卻按照整機售價5%的金額進行收費。也就是說,只要蘋果手機漲價,高通都能等比例沾光。

2016年后,蘋果一邊和高通打官司,一邊引入二供:從iPhone 7開始,到了iPhone XS和iPhone XR一代,全部使用了英特爾的基帶芯片。

也是從那時起,iPhone就不斷被曝出信號問題,并且隨著5G開始普及,除了華為,幾乎所有的5G機型的內置基帶芯片都來自高通。此時蘋果蠢蠢欲動,但革命戰友英特爾卻不出意外的掉了鏈子:5G基帶芯片遲遲沒有進展,最早也要2020年才能發布5G手機。

2018年第四季度,蘋果創下三年來最大銷量降幅。2019年第一季度,出貨量繼續暴跌30%[11]。

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于是,蘋果做了一件不太符合其行事風格的事:向高通低頭。

蘋果也啃不動的硬骨頭

2019年4月16日,蘋果、高通發出一紙公告,宣布彼此握手言和,撤銷雙方在全球范圍內的全部訴訟。當日,高通股價應聲上漲23%,創下1999年以來單日最高漲幅。

這場長達兩年的法律糾紛圍繞著手機上最關鍵的零件之一:基帶芯片

基帶芯片之于手機,相當于大腦之于人體。簡單來說,它負責將外界語音、數據信號編譯成用來發射的基帶碼,又將收到的基帶碼解碼成人類可以理解的語音或其他數據信號。

從技術層面看,基帶/BP芯片的技術難度比手機的處理器/AP芯片還要高。2G/3G時代,飛思卡爾、德州儀器英飛凌意法半導體都曾稱霸一方。早期的iPhone基帶芯片就由英飛凌獨家供應,到了4G時代,市場迅速集中,主流基帶芯片的開發商只剩下了高通、華為、聯發科幾家。

華為一度早于高通發布第一款5G基帶芯片,但由于制裁無法獲得代工。因此在高端手機市場,高通幾乎是唯一的選擇。

2010年,蘋果在iPhone 4中引入高通,與主供應商英飛凌同臺競爭,結果裝配了高通芯片的iPhone性能完勝。隨后,高通趁熱打鐵和蘋果簽訂了獨占協議:高通每年支付蘋果10億美元,以此換取與蘋果的獨家合作;而蘋果則需要向高通支付專利費:每只蘋果手機售價的5%[5]。

伴隨iPhone的暢銷,這筆協議蘋果越算越虧。在2016年協議到期前,蘋果開始謀劃引入基帶芯片的二供,把目光投向了英特爾。

英特爾的基帶芯片業務來自英飛凌,后者在失去蘋果訂單后就把這塊業務賣給了英特爾。當時,高通正因為飽受爭議的商業模式引發眾怒,在韓國、歐盟和中國都被反壟斷調查。

英特爾時任CEO歐德寧在采訪時信心滿滿,順便借蘋果夸獎自己的高瞻遠矚:“喬布斯認為這筆收購是明智之舉。”

蘋果的策略是先用英特爾的基帶芯片將高通一軍,然后逐漸過渡到自研芯片,市場一度有消息稱蘋果會與聯發科合作研發。2016年,覺得時機已到的蘋果在iPhone 7中引入英特爾作為二供,同時對高通發起訴訟。

然而蘋果千算萬算,沒算到英特爾掉鏈子:根據Cellular Insights的測試,高通基帶版的iPhone網絡性能,普遍比英特爾版高出了30%。而為了讓兩個版本的網絡性能齊平,蘋果甚至故意降低高通版本的信號能力[2]。

到了2019年,高通已經開始向三星供應5G基帶芯片,眼看著英特爾連4G還沒整明白,蘋果只好放下身段,與高通達成和解。

基帶芯片的研發難點主要在于兼容性。比如,5G基帶芯片需要同時兼容2G/3G/4G網絡,同時還要適應各個國家和地區使用的手機通信頻段,這也是為什么有基帶芯片設計能力的,往往都是歷史悠久的通信巨頭。

另外,后來者往往還需要繞開先發公司的專利墻,這又增加了研發難度。英特爾的基帶芯片業務收購自英飛凌,后者則又脫胎于西門子半導體部門。2015年,英特爾還收購了威睿電通,獲得CDMA相關技術,但顯赫家世加上資本運作,依然補不足技術的短板。

蘋果和高通和解后,打包收購了英特爾的基帶芯片部門。按照規劃,蘋果打算到2024年,80%的iPhone使用自研芯片,20%向高通采購。然而,根據果學第一人郭明錤的爆料,蘋果自研5G基帶芯片失敗,高通仍將是新機型5G基帶芯片的獨家供應商[7]。

在英特爾的基帶部門被收購后,原本在中國西安300人規模的研發團隊也就地解散[3]。有媒體報道稱,大部分員工被哲庫陸陸續續收入麾下。至于哲庫在內部是否啟動了基帶芯片的研發,已經不得而知。

而對高通來說,基帶芯片上的技術優勢,會變成公司經營決策力一個重要的杠桿,撬動巨大的商業話語權。

買基帶送芯片

2015年2月,在經歷14個月的調查后,高通在中國支付了9.75億美元的罰款,并被責令調整專利授權模式。同年12月,歐盟也指控高通濫用市場地位,打壓競爭對手;2016年12月,韓國反壟斷機構對高通處以8.54億美元的罰款。

一系列訴訟本質上抗議的是高通的商業模式:高通將芯片和專利許可進行捆綁銷售,使得世界幾乎所有手機廠商都無法繞過高通。

高通的迅速發展開始于90年代初期對CDMA路線的押注,并在這個過程中積累了大量的專利。2G時期,CDMA的優勢并不明顯,但到了3G時代,高通專利積累的價值被迅速放大。這一技術的所有專利,基本都被高通包圓。后來者想要使用,要么向高通支付高額專利費用,要么繞開所有專利。

所以,蘋果自研基帶的難點并不全是技術問題,而是如果依舊使用高通的專利,那么自研的意義就幾乎為零。

由于海思的基帶芯片只供應華為手機,在利潤最豐厚的高端機市場里,基帶芯片幾乎被高通壟斷。比如三星有自己的基帶芯片,但高端機型依然采用高通的方案。這也讓高通創造了一種特殊的商業模式,業內戲稱為“買基帶送芯片”。

一部手機里有上百個芯片,理論上來說,手機品牌可以自由選擇芯片廠商,但在高通的框架下,如果手機品牌選擇高通之外的芯片供應商,就需要支付更高的專利使用費[6]。舉例來說,如果手機品牌同時采用聯發科的處理器和高通的基帶芯片,那么就要向高通多交錢。

捆綁銷售在半導體產業中并不鮮見。博通就曾將電視機頂盒芯片和寬帶調制解調器芯片等產品捆綁出售。這本質上是科技公司基于優勢業務上的領先地位,打壓競爭對手,擴大商業話語權的手段。但這也導致利潤率本就不高的手機品牌對高通形成依賴,手機“含高量”爆表。

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而為了保證專利的壟斷地位,高通往往還會要求手機品牌簽署“反授權協議”。舉例來說,比如A品牌和B品牌都采購了高通的芯片,并且與高通簽署了反授權協議,那么A/B都會將自己的一部分專利反向授權給高通。如果A品牌的手機使用了B品牌的專利,也不會被認定為侵權。

由于手機市場產品同質化極強,在專利上侵權的風險比較高。反向授權的好處是加入了一個專利聯盟,但壞處是聯盟的掌舵者是高通。

中國手機品牌的芯片自研路線,通常從邊緣的ISP(圖像信號處理器)入門,哲庫則從技術難度更大的NPU入手,最后攻克難度最大、成本最高的CPU、基帶芯片等環節,最終實現一整塊SoC對高通的替代。但無論這個路徑多么完美,最后都會不可避免的和高通產生利益糾紛。

從高通多年的訴訟過程來看,這是一塊不折不扣的硬骨頭。盡管被各國政府罰了個遍,但目前高通正在準備上訴,推翻歐盟的反壟斷制裁。

目前,除了中低端市場的展銳,中國大陸能在處理器和基帶芯片上打破高通壟斷的,只有海思一家。不過由于海思的芯片不外供,其他品牌長時間里也只能依賴高通。

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2014 年至 2021 年全球基帶處理器份額

另一方面,華為被制裁后,也帶來了嶄新的問題:包括基帶芯片在內的產品無法獲得代工,導致海思空有設計能力,卻無法生產。目前,華為的手機也只能使用高通的芯片組

繞不開的臺積電

2020年6月,美國針對華為的禁令再度升級,海思推出了迄今最后一代手機SoC:5nm制程的麒麟9000。依靠這款芯片,華為在全球5G手機中一度占據54.8%的份額。

華為一直是臺積電第二大客戶,在制裁升級前的2019年,華為貢獻了361億元銷售額,占臺積電總營收的14%。

從2009年的K3V1算起,海思花了近十年的時間,讓麒麟芯片在性能參數上超過了高通驍龍,這一方面是海思在漫長時間里積累的的設計能力,但另一方面,臺積電是這個過程中很容易被低估的一個角色。

由于格羅方德、聯電等晶圓廠早早宣布不再探索10nm以下的先進制程,目前高端制程的代工廠實質上只有兩家:臺積電和三星。2019年,兩家公司都已經量產5nm工藝。

需要特別指出的是,所謂5nm已經脫離了物理學的含義,本質上是一個代工廠技術迭代的宣傳概念,并非指實際工藝水平。

麒麟9000原本的對標產品是高通的驍龍888,此前,高通的驍龍855和865兩代芯片都選擇臺積電7nm工藝。但驍龍888最終采用了三星的5nm工藝,同工藝的產品還有三星自家的Exynos 2100,而麒麟9000和同期的蘋果A14選擇了臺積電5nm。

事實證明,雖然工藝節點相同,但三星的5nm工藝卻在功耗控制上不敵臺積電,驍龍888因為功耗過高,頻繁出現手機發燙和電池不耐用的問題,一眾旗艦機型在發布前給驍龍888做足了宣傳,結果慘遭打臉。

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搭載驍龍888的小米11在長時間重度游戲負載的場景下,機身溫度一度逼近50℃。B站整活up主還做了用小米11煎雞蛋的視頻,雷總也因小米11的發熱問題被罵上熱搜,替三星和高通背了黑鍋。

另一位三星的大客戶是英偉達,其RTX30系GPU采用了三星8nm工藝,但到了RTX40系產品,英偉達也換成了臺積電N4(4nm)工藝。驍龍888的后續產品驍龍8 Gen1換成了三星4nm工藝,但依然存在“火龍”問題。去年7月,分析師郭明錤透露,2023年至2025年的驍龍8芯片,將全部轉由臺積電代工[8]。

簡而言之,海思從麒麟980開始的領先地位,既有本身的芯片設計能力,很可能也有臺積電的技術優勢發揮的作用。

另一方面,考慮到針對華為的制裁,海思很有可能拿出了更多超前的技術儲備。

一般來說,芯片設計公司都有明確的研發路線圖,比如英特爾去年發布了13代酷睿處理器,但15代酷睿很可能已經在流片試產了。而海思在遇到制裁的背景中,有可能將研發規劃中的未來產品提前上線,實現了更強的參數性能。

當然,這只是一種推測——突然的制裁,也有可能打亂原本的研發規劃。

要真正要全方位超過高通,恐怕比我們想象的更難。而到2022年,1000萬片麒麟芯片幾乎用盡,海思在手機芯片市場的份額已經接近歸零。

無論哲庫的研發規劃如何謹慎,它都不可避免的會撞上高通的專利墻和臺積電的代工。考慮到哲庫的第一代產品馬里亞納X已經采用了非常激進的臺積電6nm制程——同期蘋果的A系列芯片還停留在7nm。

一旦哲庫在技術上逼近高通的核心區域,是否會遭遇類似的制裁,顯然不能排除這個可能性。

而海思當年的成功,凝聚了太多東風。比如恰逢智能手機高速擴張,同時也有安防、運營通訊等多個業務線支撐龐大的芯片研發支出,半導體產業的深度分工,也為芯片設計公司創造了一個紅利期。

時至今日,即便哲庫拿出同樣的投入與信心,那些勾勒產業格局的歷史進程,也都正朝著相反的方向行進。

尾聲

哲庫關停后,市場對其背后的原因有諸多猜測,但回歸商業的本質,哲庫關停最根本的原因或許正如CEO劉君所說:“營收不達預期,難以承受芯片負擔。”

我們在上一篇文章中提及,自研芯片的核心目的是通過技術獨占,與競爭對手在產品差異化上形成優勢。但這也會導致自研芯片的市場天花板,完全取決于自身品牌的出貨量,顯然難以攤薄研發成本,成本增加甚至會影響手機本身的銷售。

考慮到手機市場整體的蕭條,以及未來很有可能面臨的專利與代工問題,收攤不干也許在商業上是對的選擇。

但如果只考慮“替代高通”這個目的,最理想的方案可能是國內手機品牌依靠龐大的出貨量總額,一起培養一家大陸的芯片設計公司,這在行業里并非沒有先例。

如今的***巨頭ASML,其發展契機就源于英特爾、摩托羅拉、AMD、IBM等美國企業希望打破日本在***上的壟斷,一邊入股一邊送訂單,一口一口喂成出全球頂級的芯片設備公司。

世紀初,國內彩電巨頭TCL、創維、康佳等公司也一度計劃聯手解決LCD面板卡脖子問題,拉來京東方和深圳政府,想依托深圳的雄厚財力上馬6代線——不過最終被夏普攪黃,這才有了后面京東方落戶合肥的佳話。

但考慮到手機市場競爭之激烈,手機品牌對市場份額愈加激烈的你爭我奪,這個方案有顯得過于理想,缺乏實際的可行性。 長期的愿景與商業的現實向來難以權衡,這讓孤注一擲的勇氣便更顯得彌足珍貴。





審核編輯:劉清


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