十年磨一剑的华为海思能否冲破封锁?

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芯片集成电路
亿欧
李思文
2019-09-30 · 15:00
[ 亿欧导读 ] 正如华为海思总裁何庭波所说:滔天巨浪方显英雄本色,艰难困苦铸就诺亚方舟。
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暗潮汹涌

9月25日,Arm中国在深圳举办的媒体沟通会上表示:华为和海思是Arm长期的合作伙伴,经过实体名单之后,已经理清,不论是之前的V8架构还是以后的V9架构,都是基于英国的技术,Arm与华为和海思的合作,不会受到目前形势的影响。

除了Arm公开宣布对华为的支持,美国时间24日,高通公司首席执行官史蒂夫·莫伦科夫表示,高通非常看好中国在5G领域的领先势头,希望继续加强与中国伙伴在移动通信领域的战略合作,共同推动全球5G部署和技术创新。

今年5月,华为被美国列入“实体名单”,禁止华为在未经美国政府批准的情况下从美国企业获得元器件和相关技术,谷歌、高通、Arm等企业相继宣布中止与华为的部分业务往来。但近日Arm、高通两大世界级芯片商又相继发声对华为表示支持,无疑让华为面临的处境变得缓和不少。

5月17日,针对美国的压制,华为海思总裁何庭波的一封“华为总裁凌晨致员工信”让国人激情澎湃。原来华为在多年前就做出了极限生存的假设:有一天所有美国的先进芯片和技术将不可获得。为了应对这个假设,华为一直在潜心打造“备胎”。这让大众明白和了解到华为的高瞻远瞩,居安思危,蛰伏十多年的海思也进入大众视野。

崛起历程

任正非曾在2012实验室指出:“我们在价值平衡上,即使做成功了,(芯片)暂时没有用,也还是要继续做下去。一旦公司出现战略性的漏洞,我们不是几百亿美金的损失,而是几千亿美金的损失。我们公司积累了这么多的财富,这些财富可能就是因为那一个点,让别人卡住,最后死掉。……这是公司的战略旗帜,不能动掉的。”因此,上世纪90年代,在华为还在通信设备行业为生存而努力之时,任正非就已经意识到芯片的重要性。在1991年,华为就成立了自己的ASIC设计中心,专门负责设计「专用集成电路」(Application-specific integrated circuit,ASIC)。

到了2004年,有了一定底气的华为,在ASIC设计中心的基础上,成立了深圳市海思半导体有限公司,也就是——华为海思。海思的英文名是HI-SILICON(HUAWEI-SILICON的缩写)。因为硅是制造半导体芯片的关键材料,所以硅这个词也就成了半导体的代名词。在当时的海思主要是为华为的通信设备研发芯片,2005年华为就研发出自己的通信基片,在这个过程中华为也积累了技术研发实力和在通信领域芯片的基础。

到2009年,海思推出第一款手机应用处理器——K3V1。这款处理器原本打算卖给山寨机市场与联发科等芯片厂商竞争,华为自身的手机并没有使用,但因为产品不够成熟,其研发成功之时已经与当时主流芯片形成了足足一代多的性能落差,所以并没有获得成功。

在2012年,华为手机芯片首次实现商用,华为K3V2芯片开始使用在自家手机上。但同样,这款芯片的性能也并不突出,推出后也并没有产生良好的市场反馈。“平心而论,K3V2虽然是麒麟芯片当时较为成熟的一款产品,但相比同时期高通的旗舰处理器仍有明显差距。”华为高级副总裁艾伟曾这样表示。

2013年底,华为海思推出麒麟910,这是华为海思第一款手机SoC芯片,但是因为性能和兼容性等方面的原因,并没有得到市场的认可。

所以时间直到2014年9月,应用了麒麟925芯片的MATE7在市场上大获成功,此时华为麒麟芯片才真正成熟。华为海思生产的手机芯片从这时开始才真正大放光彩。新版的麒麟芯片在华为荣耀多款手机以及P7等手机中开始放量使用。从2004年到2014年,华为海思花了整整十年的时间才开始跻身手机芯片领域主流。

此时,华为海思手机芯片终于赶上了华为手机的发展步伐。中国手机联盟秘书长、芯片媒体集微网的创始人王艳辉曾提出这样的观点:前三年(从海思手机芯片首次实现商用到麒麟925芯片的成功)是华为手机拖着麒麟芯片走,后面则反了过来。的确如此,麒麟芯片自麒麟925之后便开始了迅速发展,后来海思接连推出了为大家所熟知的麒麟930、麒麟960、麒麟970等,产品性能越来越令人称赞,到目前已经推出了麒麟990 5G芯片。华为最近宣称这款麒麟990 5G芯片性能已经超过苹果的A13芯片。

艰难困苦

从华为海思在手机芯片领域的发展历程来看,经历了十余年的努力研发和投入,华为海思才在手机芯片领域获得市场承认,再到如今能够与苹果、高通、三星等在手机芯片领域深耕多年的厂商相争,这背后所需的付出可想而知。

发展自己的手机芯片技术需要投入大量资金,而作为需要挣钱的企业,直接采用国外的技术必定相对投入少很多,所以许多手机公司会放弃自主研发这条道路。而华为却能够一直坚持走这条必定艰难的道路如此长的时间,正是因为华为意识到独立自主掌握核心技术的重要性。

众所周知,半导体属于技术密集型产业,需要大量资金的投入。华为海思的手机芯片能够发展起来,很大程度上得益于它背靠华为。一方面是因为海思长时间以来得到了华为持续性不吝啬的大量研发投入,而另外一个重要原因是海思研发的手机芯片能够在自家华为手机上使用,不需要其他市场的反馈,自家芯片和移动端的捆绑策略让两方都能够有更大的压力和责任,同时也能相辅相成、不断迭代技术。

手机芯片的研发不仅需要投入大量资金,同时也具有很大的风险,困难重重。尽管小米在芯片领域的投入已经超几十亿,但继小米发布澎湃处理器S1后,时隔近两年的时间澎湃S2依旧没有发布的消息,同时用户对于已发布处理器的反馈也并不理想,澎湃处理器在研发方面依旧有很多的不足和缺陷。同样,芯片巨头英特尔今年4月份宣布退出手机5G基带芯片业务,英特尔公司首席执行官司睿博(BobSwan)表示:“我们对于5G和网络‘云化’的机遇感到兴奋,但对于智能手机调制解调器业务而言,显然已经没有明确的盈利和获取回报的路径。”即便是投入巨额资金,每一步发展策略和方向的选择也会对后续产生极大影响,很可能血本无归。由此可见,华为在芯片研发这条道路上坚持到现在属实不易。

亮眼成绩

华为海思为大众熟知,源于华为手机的缘故,但事实上华为海思对于芯片的研发并不限于手机。在安防领域,海思芯片打败了德州仪器、博通等,占据超七成的市场份额;在机顶盒市场,海思打败意法半导体和高通等,仅次于博通;同样,电视芯片领域华为海思所占中国电视芯片市场的份额超过五成。

而在手机芯片领域,中国信息通信研究院副总工程师史德年在行业峰会上曾表示,智能手机核心芯片的国产化率从2014年的11.9%增长到了2018年的23.6%,增长了一倍。同时根据国金证券研究创新中心的数据显示,由下图中2018年各主要厂商市场份额可以看出,23.6%的国产化率是由华为海思和紫光展锐两家厂商贡献,最主要还是华为海思。在2018年第四季度,由于华为推出了麒麟980芯片,同时华为持续拉高其海思手机芯片的自用比重,使得海思在第四季度的市场份额出现明显增长达到了23%的份额。

亿欧智库:2018年各主要厂商国内市场份额

正是由于华为海思在多个芯片领域取得的突破,根据IC Insights发布的报告显示,在2019年第一季度全球前25强半导体公司中华为海思表现突出,营收达17.55亿美元,同比增长41%,排名自去年同期的第25位到今年的14位,同时在全球前15大半导体厂商中业绩增幅最大。

亿欧智库:2018Q1及2019Q1全球15强半导体公司营收规模及增速(百万美元)

根据台湾研究机构DIGITIMES Research发布的2018年全球前十大无晶圆厂IC设计公司排行榜单显示,华为海思位居第五名,前三名厂商分别为新博通、高通、英伟达,第四名为联发科,其中海思在2018年相较2017年的营收增速达到34.2%,同样位居第一。

亿欧智库:2018全球前十大芯片设计公司营收规模及增速(百万美元)

由此可见,华为海思近几年保持较快速发展,营收规模不断增加,市场份额也有逐步扩大趋势,保持着良好的发展势头。不过,亮眼的成绩并不意味着华为海思的手机芯片生产不受国外势力的影响和阻碍。

前路漫漫

芯片的生产由于技术的复杂性,产业结构高度专业化,目前市场产业链主要分为芯片设计、芯片制造和芯片封装、测试,然后再到下游应用。芯片生产的产业链如下图所示。

亿欧智库:半导体产业链

由于产业链的特点,全球半导体产业的商业模式主要分为两种,即IDM(Integrated Device Manufacture,集成器件制造)模式和垂直分工模式(主要包括Fabless(无晶圆制造的设计公司)+Foundry(晶圆代工厂)+OSAT(封装测试企业))。

IDM模式即企业布局整条芯片产业链,从最初的芯片设计,到芯片制造,再到芯片封装测试,最终给市场提供完整的元器件,企业全部包揽,独自完成。这种模式在芯片行业发展之初广为流行,但随着产业和技术的发展,追逐摩尔定律所需要的资金随着工艺节点的提升会呈倍数甚至指数级增长,越来越多的芯片厂商发现缺乏足够的生产规模将入不敷出,于是这种模式随着市场的扩大发展逐渐消退。目前全球仅剩一家纯IDM厂商即Intel。

而张忠谋创建的世界上第一家纯做芯片制造的工厂(foundry)——台积电(TSMC)的发展则对芯片行业的商业模式产生了颠覆性影响,使芯片行业产生了纯设计公司(fabless)+纯芯片代工厂(foundry)的商业模式。这种模式成功解放了一大批中小型芯片公司,让它们能够省下大量的工艺研发投入,从而专注于芯片设计,很大程度上提高了芯片的研发效率,从而促进了芯片产业的蓬勃发展。

毫无疑问,华为海思是垂直分工模式中的一家从事芯片设计的半导体公司。华为海思的芯片固然已经实力不错,但要实现技术的完全独立自主不受国外势力的遏制并非易事,以下内容将从芯片产业链角度分析华为海思目前可能受国外政策或企业决策影响的环节。

芯片设计

华为海思专注于芯片设计领域且取得了卓越成果,但华为海思的芯片设计也并非能完全独立自主。

像全世界很多企业如苹果、高通等一样,华为也购买了ARM的授权。ARM的商业模式就是出售IP(Intellectual Property,知识产权)授权,收取一次性技术授权费用和版税提成。华为的芯片设计均需要向ARM公司获取授权。尽管华为已经获得最新Arm V8架构/指令集层级的永久授权,拥有在Arm V8架构上独立开发32/64位处理器的基础条件,但若ARM终止架构升级后对华为的授权,可能会导致华为在技术方面相对落后于其他企业。同时,对于现在的市场格局来说,许多软件都是基于ARM指令集的,已经形成生态,华为若脱离生态生产芯片也是很难融入市场的。

而对于设计芯片使用的EDA软件工具,目前行业已被国外公司高度垄断,据公开资料显示,前3家EDA公司(Synopsys、Cadence及Mentor)垄断了中国本土芯片设计95%以上的市场。即便目前国内的EDA厂商同样发展迅速,但这些厂商中目前依然存在缺乏全面支撑产业发展的能力、产品不全、与先进工艺结合存在不足等问题。因此从短期内来看,华为海思的芯片设计使用工具依旧需要依赖于国外公司。

芯片制造

华为海思专注于芯片设计,芯片的制造以及封装测试要依靠这些领域的高度专业化企业来完成。

台积电是现今芯片代工领域最大的企业,根据IC Insights数据显示,台积电所占市场份额达到54.39%,第二名的三星仅占14.4%,而国内发展最好的企业中芯国际排名第五,其市场份额仅占据5.34%。台积电目前的地位对于华为来说具有不可替代性。国内企业中芯国际目前的技术和台积电尚有很大差距,例如台积电已经能够实现7纳米芯片的量产,而中芯国际只能完成14纳米级,12纳米工艺才刚进入客户导入阶段,即如果华为选择让中芯国际代工高端芯片,相当于时间退后了几年。

即便台积电已经两次回应会继续供货于华为,不过依然存在风险。美国政府的规定是无论制造地是否在美国,所有销售给华为的产品当中,涵盖硬件、软件等的美国技术含量不能超过25%。但是由于进行生产的机台设备单价高且以美商居多,如果把这些都算进去可能会超过25%。同时,虽然台积电是台湾本土企业,但荷资和美资控股达八成以上,台积电可能会受美国施压的影响。

在芯片的生产原料方面,例如对于二氧化硅的提纯,用于做太阳能发电的低纯度硅我们可以做到出口,但对于能达到电子级别的极高纯度材料则几乎完全依赖进口。在芯片生产设备方面,例如芯片生产中一个很重要的设备就是光刻机,然而在全球范围内生产光刻机的企业极少,而荷兰的ASML公司在行业中占据绝对的霸主地位,这对于想要独立自主实现芯片生产的中国企业来说同样是一个难以逾越的瓶颈。

芯片封装、测试

而相比于设计和制造,封装测试是半导体产业链中技术门槛最低的环节。在封装测试方面,由于封测的技术含量相对较低,国内企业也是最早以此为切入点进入半导体产业,国内封测企业近些年获得了良好发展,目前技术实力和销售已进入世界第一梯队。2018年国内企业巨头长电科技、华天科技、通富微电在全球行业中分别排名第三、第六、第七。因此,在这个领域,目前国内的企业发展程度基本能够支撑国内芯片封测需求。

展望

至暗时刻也许就是曙光之时。美国的压制,或许能让国产芯片受到更多的重视,也会给国产芯片更多被市场接纳的机会,同时促使国内芯片产业不再习惯于依赖国外技术而奋力发展自身核心技术。倘若能够投入足够多的资源,吸引更多的一流人才进入这个领域,伴随着时间的发展,国产芯片的发展潜力无穷。

中国的芯片产业要实现独立自主,的确依旧有很长的路要走。ASML的成功并非一蹴而就,而是经过西方无数寡头和财团的鼎力支持和投资才形成如今的行业地位。英特尔能够维持IDM模式的原因也是在于它较为单一的产品线(几乎只生产CPU)。大部分半导体企业,基本没有能力形成完整的产业链条,这就导致大多数半导体企业习惯了分工合作的生产链条并对其产生强烈的依赖性。对于中国的芯片产业同样如此,虽然在各分工领域中国的芯片企业并不算完全空白,但中国芯片目前仍强烈依赖于全球化的分工合作,在实现独立自主道路上任重道远。

对于华为来说,投入大量资源自研芯片,未雨绸缪,预防被国外技术卡脖子无疑是一个正确的决定。目前对于海思,对于国内芯片产业,对于国家,在发展国产芯片的道路上我们仍有很长的路要坚持,我们不仅需要掌握更多的核心技术,还需要更多的本国芯片企业,更需要构建更完整的芯片生态。我们需要更多的华为海思,需要更多具有社会责任意识的企业来共同构建良好的国内行业生态环境。发展科技没有捷径,我国的科技发展相较西方国家起步晚,唯有踏踏实实付出和投入,才能让我们更加接近建设世界科技强国的梦想。

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