断供华为?起底海思芯片28年发家史

原标题:断供华为?起底海思芯片28年发家史

作者上观新闻 戴辉

前两天,美国商务部的工业和安全局(BIS)把华为公司加入其Entity List(实体清单)。华为面临着美国供应商“断供”的巨大压力。

华为又进入了一个“至暗”时刻。

海思是华为的全资芯片子公司,承担了为华为系统(包括手机)供应芯片的重任,“备胎”转正计划的消息刷屏,海思一下子到了风口浪尖。

我们不妨来看下华为芯片和海思这28年来的发展历程。

1991年有了第一颗芯片

1990年,徐文伟(“大徐”)去了深圳,在鼎鼎大名的港资企业亿利达从事高速激光打印机的开发,电路设计和汇编语言是他的强项。1991年,因其杰出的硬件设计能力,被隔壁一家名叫“华为”的startup一眼看中,于是被小老板任正非“忽悠”了过来。

1991年,当时的华为刚结束代理生涯,研发用户交换机HJD48,郑宝用负责整个系统的开发。

大徐来了之后,建立了器件室,从事印刷电路板(PCB)设计和芯片设计。

恰在此时,集成电路行业已经有了伟大的变革,台积电创始人张忠谋先生打破了大一统的格局,初创企业也有机会设计芯片了!

半导体诞生之初,Intel、IBM等少数美国公司包揽了芯片的设计和生产(所谓IDM集成设计与制造),初创企业根本无法插足半导体行业。

大一统的局面被台积电的张忠谋先生终结了。1987年,张忠谋在台湾新竹科学园区创建了全球第一家专业代工公司——台湾积体电路制造公司(台积电),并迅速发展为台湾半导体业的领头羊。他开创性的定义了Foundry(芯片代工厂)这个行业,将设计和生产分开,为初创企业开辟了生存空间。

从此后芯片设计企业只需要做轻资产的无晶圆设计(Fabless Design),拼的是人才、知识和市场;生产(包括流片)环节就外包给台积电和中芯国际这样的Foundry。

该图是交换网板(NET板),红色圈里是可以根据需要撬起来的EPLD可编程逻辑芯片,绿色长条里的就是四颗SD509了。

程控交换机上数量最大的器件是用户板,一块板接8或16对用户线,接口控制和音频编解码(CODEC)芯片用量很大。如果使用大家都用的通用芯片,不仅成本高,而且集成度低。要生猛甩开竞争对手,只能开发自己的芯片。

大徐首先在PAL16可编程器件上设计自己的电路,在实际应用中验证,如果有问题还可以修改。等到成熟之后,再将可编程器件上的方案,委托一家拥有EDA能力的香港公司设计成ASIC芯片后,去德州仪器(TI)进行流片和生产。

代价是不菲的,一次性的工程费用就要几万美元。90年代初有外汇管制,外汇额度非常稀缺。这今天看来是区区小钱,当时任老板可是左思右想才痛下决心拍的板!

大家日以继夜的埋头苦干。每天晚上9点许,任正非都会提着一个大篮子,装着面包和牛奶,前来劳军。

就这样,华为首颗具备自有知识产权的ASIC诞生了,这就是华为芯片事业的起点!

它不负众望,降低了成本,提高了性能,产品自然也卖得越来越红火。

芯片元老李征回忆,当时大家都说,如果那次流片失败,几万美元打了水漂,后果难以想象。一方面,吃饭的产品没有了差异化竞争力,就会卷入无休止的价格战中。另外一方面,新产品的研发要采购境外的器件和设备,要大量美元。因此,即便任老板初衷依旧,也未必还有能力去研发新产品,也就没有今天的华为了。

华为这颗应运而生的芯片是颗多功能的接口控制芯片。当参数为00的时候,用于用户板,为01的时候,用于E/M中继板,为10的时候,又可有其他用途。

1993年,有了第一颗自己使用EDA设计的芯片

1993年,徐文伟领衔开发的JK1000,以很小的代价,在最后关头获得了电信局的入网证,华为战略转型,进入了利润丰厚的电信市场。

随后开发出来的数字程控交换机C&C08,大卖成为行内的主流机型,开启了华为的辉煌大业。

自研芯片成为了提升竞争力的关键,任老板尝到了甜头后,又有了新的梦想:芯片开发更进一步!战略既定,大家就撸起袖子大干吧。

徐文伟领导的器件室挖来了一个重要的人,他就是无锡华晶中央研究所从事芯片设计的李征。华晶是国家集成电路908工程中最重要的项目,培养了不少人才。

李征曾参与了上世纪末为打破禁运,由国家牵头的国产电子设计自动化软件(EDA)的开发,国产EDA先后在工作站和PC上开发成功。甫一成功,西方世界就立马解除了对中国的EDA禁供。解禁之后,李征被派去美国学习西方EDA的使用和芯片设计,改行做了芯片设计师,随后加入华为。

任老板咬咬牙,花大价钱买来了西方的EDA设计系统,从此有了自己的EDA 设计平台,不用再委托香港公司了。最近了解到,国内不少政府都建立了共享的EDA设计平台,此举甚好。

当时,2000门的数字程控交换机(C&C08 A型机)只能用小容量的通用器件级联使用来实现时隙交叉(就是数字交换),要用整整一个机柜的器件来实现。因此迫切需要瘦身,自研一款芯片就成了当务之急。

还是一样的套路,但说来容易做来难。先用可编程逻辑器件调试时隙交叉系统网片,再把调试好的可编程逻辑器件用自己的EDA设计成ASIC ,送到国外流片和加工。

1993年,第一颗用自己的EDA设计的ASIC芯片问世,成功实现了数字交换机的核心功能——无阻塞时隙交换功能,这就是基于TDM的2K X 2K 交换矩阵。

这次徐文伟给它取了个大气的名字“SD509”,S代表“semiconductor半导体”,D是“数字芯片“。后来还有了模拟芯片“SA“系列,厚膜电路“SH系列。

C&C08程控交换机的画风一下子从粗犷变得柔丽起来。一个模块用两个NET板(热备份)就可以轻松搞定时隙交叉功能!

华为进入快车道。气势磅礴的“中央研究部”正式成立了,其下成立了基础业务部,李征任总工。这个部门存在的唯一目的就是为通信系统做芯片,用任老板的话,叫“为主航道保驾护航”。

任老板经常得意地带着客人参观EDA实验室。EDA设计时,等结果有时要等很久,年轻的开发工程师百无聊赖之际,就玩玩Windows自带的挖地雷。有次,挖得正爽时,撞见了任老板。他非常担心地问:“你们玩游戏不怕电脑得病毒吗?” 无言以对。后来,不知道哪个有才的家伙在门口贴了张条子“开发重地,闲人免入”,从此,老板带客人就只在玻璃窗外指指戳戳,里面的大家也就放心地挖地雷了。

徐文伟升为研发副总裁之后,刘启武、叶青等人相继负责过基础业务部,但徐文伟常常踱步来指导工作并鼓舞士气,或者叫“督战”!

第一块高集成度数模混合芯片实现了华为第一个世界第一

华为开发了数字芯片来处理音频CODEC(编解码)和接口控制,也开发了SLIC厚膜电路芯片SH723。后来还有更加牛叉的4COMB(型号为SA506)芯片,干脆把SLIC及接口、SLAC等都组合到了一个芯片里,并使用在32路用户板上。

4COMB芯片是第一块高集成度的数模混合芯片,难度高,李征到处抓人来攻关。项目曾经一筹莫展,徐文伟一直鼓励大家:不怕失败,放手干!

历经三年努力,终于在世纪之交,4COMB成功了。曾经历艰难岁月的孙洪军(绰号“小二”),郭辉(昵称“辉辉”)等年轻一代的芯片专家们迅速成长了起来。

自家有了“芯”,底气十足,海量出货的交换机和接入网产品不仅集成度更高,价格还敢比竞争对手低上一大截。胡庆虎曾经历了程控交换机和移动通信交换机的硬件开发。他认为:自研芯片是降低成本最关键的环节,尤其是在用量非常大的用户板上。

负责C&C08 iNET (100万用户,128模块) 研发的是曾浩文。在窄带数字程控交换机领域,128模终于坐上了世界第一的交椅。当时有句话:我们不想成为世界第一,却走在成为世界第一的路上。

正如这个例子,华为为通信系统开发了大量芯片,有效地提高了通信系统设备的竞争力。

何庭波出现在聚光灯下

SD518交叉芯片、SD519映射开销芯片是光传输最早的芯片,由何庭波、周永杰、周志清,还有传输部的几个同仁开发设计。采用RTL 高层次设计语言设计,由于规模大、速度要求高,在Layout 阶段就搞死了布局/布线的软件,差点没做出来。

何庭波1996年来到华为,就这样从工程师开始做起,历任总工、中研基础部总监。2004年,海思成立后,先后担任研发管理部部长、海思总裁、2012 实验室副总裁等。

她说:“作为一名半导体芯片工程师,我入行已经二十年了。我经历了从0.5微米到0.35、0.25,再到现在的28、16、10纳米,如今,我们开始做7纳米,也在跟着业界一起看5纳米这些更先进的工艺。随着摩尔定律的演进,我也在跟不同的工程师合作,在这个过程中,我们总会有新的问题、新的探索、新的学习、新的合作者、以及新的解决方案。”

海思诞生

2004年,成立了全资子公司海思半导体(HiSilicon),内部称为“小海思”。独立核算,独立销售。对系统芯片的研发以及公共平台,仍在母公司华为技术的体内,内部称为“大海思”。

大小海思都归属于2012实验室旗下,这里是面向未来的研究机构,被誉为中国黑科技神秘基地,参考“贝尔实验室”。

海思的具体业务先后由艾伟、何庭波负责。有一段时间,海思的总裁是徐文伟兼任。

很长的时间里,徐直军(小徐)都是海思的幕后老大。

海思的外销业务前三年收入几乎为0

任老板为海思的发展定下了的目标是:招聘2000人,三年内做到外销40亿人民币。前者很快就完成了,后者却遥遥遥遥遥遥无期。

海思第一个产业直接挂掉,是SIM卡芯片。立项的时候,市场上一片卖到几美元。等做出来的时候,价格已经跌到人民币几元一片了。技术门槛不高,竞争激烈,海思直接放弃了这个业务。真是当头一棒啊。

海思规划了几款多媒体芯片:视频监控芯片和机顶盒芯片等。

2004年至2007年的这三年里,海思外销芯片对外销售几乎为0!

要获得芯片的第一个大客户非常艰难,这就是所谓“从0到1”困境。理想总是很美好的,但是现实却很骨感。

屡战屡败,屡败屡战。上帝为你关了一扇门,就会给你打开一扇窗。如果都不开,那就开空调!

海思误打误撞进入了数字安防市场。

第一个机遇是DVR硬盘录像机。

本世纪初,随着数字技术的发展,对模拟摄像头设备进行数字化改造。但是前端模拟摄像机存量很大,同轴电缆连接也一时半会很难改造。后端的传统磁带录像机因为集中,很容易改造成硬盘录像机DVR。机会来了!

传统的磁带录像机,要使用大量的磁带,存储空间消耗很大,要查询历史资料也很麻烦。老监控人郑晖说,一个银行网点的视频监控记录通常要保留一个月,要有一个房间来保留堆积成山的录像带。

DVR硬盘录像机的硬盘存储容量很大,可以管理多块硬盘。资料超过保存时候后(如一个月),可以自动被新的视频所覆盖。第二代DVR从2005年开始发展,典型特征是:采用MPEG4/H264视频压缩算法,具备VGA/HDMI高分辨率显示接口,当时国内外支持H.264压缩的芯片也都是刚发布不久。

在DVR硬盘录像机市场上,中国厂家(如海康和大华)是以开拓者和领导者身份出现在中国和全球市场上,并异军突起。

来得早不如来得巧。海思的H.264视频编码芯片就在这个关键时候,出现在市场上!

当时,华为软件公司在配合运营商的“全球眼”来做视频监控软件平台,没有摄像机,就去和海康与大华都去谈合作购买。

软件公司隔壁老王就和海思负责华东的孙微风与浙江的销售员殷建国一起去了!今天大名鼎鼎的海康CEO胡扬忠以及大华股份董事长傅利泉都出来见华为的代表团。

大华在开发第二代DVR,支持H.264的芯片当时也挺少。大华在DVR上也想守正出奇,做出新意来。殷建国就象蚂蟥一样,死盯着安防老二的大华不放,并推动海思与大华在研发层面进行紧密的战略合作。

也就在2007年,大华和海思签订了20万片H.264视频编码芯片的合同(3510、3511),用于当时快速发展的第二代硬盘录像机上。最近,我也向大华总裁李柯先生确认了以上的信息。

看来这个事实已经是板上钉钉,谁也赖不掉了:大华股份的这份订单,是海思成立后,第一个真正意义上的外销芯片大合同。特别值得划重点的是,这款芯片之前并没有机会在母公司的设备里先使用!

海思从单独的编解码芯片出发,后来又做出了系统芯片(SoC)。2010年开始大规模进入全球最大的安防摄像头厂家——海康。

海思提供了比较完整的解决方案,还不用昂贵的入门费,中国厂家在中国和全球大卖DVR!鼎盛时期海思也占领了79%的DVR芯片市场份额。

第二个历史机遇来临!数字化和IP(互联网协议)狂潮来临。支持IP的网络摄像机(IP Camera)迅速发展了起来。中国成为了全球最大的安防市场!

华为的IP摄像头芯片爆炸式的发展起来

2012年8月14日,屡次持枪抢劫的悍犯周克华在重庆沙坪坝童家桥一家皮鞋厂内被警方击毙,其中海康的高清摄像机立了大功。后来高清就成为平安城市标配了。

第三个历史机遇是人工智能。

海思打包赠送了车牌号码的识别算法。“无卡停车”这个大市场被发掘出来,现在绝大部分停车场都是直接做号码识别,不用再费事拿卡了。

北大深圳研究院赵勇先生说道:车牌号码识别可以认为是最早一个阶段的人工智能。海思的成功之处是将视频编解码算法和人工智能算法都做成了专用的芯片内核,使用硬件解码,因此效率更高。

手机芯片第一炮成为了“试错

2009年,海思推出了一个GSM低端智能手机的TURNKEY(交钥匙)解决方案。这个方案里的基带处理器(BP)技术是自研的,技术源自华为的GSM基站。开发的应用处理器(AP)芯片名叫K3V1。可惜先天不足,工艺上采用的是110nm,当时竞争对手已经采用65nm甚至45至55nm,操作系统上选择的是日落西山的Windows Mobile。

自家的终端公司深陷在为欧洲运营商定制3G手机的泥淖中,客户也不找华为做GSM手机,想帮也无从帮起。

海思迎难而上,借鉴联发科,也去找了家华强北的山寨厂来做整机,记得是仿HTC(多普达)。一时之间,坂田基地门口,小贩摆摊兜售做工粗陋的山寨GSM智能手机。

主要还是性能不理想,“海思芯”山寨手机于是迅速灰飞烟灭。我甚至都没来得及买到一个作为纪念。

失败是成功之母。用郭平的话,这是“试错成本”。华为第一次尝试“turnkey solution”,这个经验后来在外销的机顶盒(STB)芯片上立了大功。

2009年11月,“烫手山芋”移动终端芯片的研发从海思转到了手机公司。

山穷水尽之时,大家终于意识到联发科的模式不可能在华为复制。如果自己的手机不用自己的芯片,自己的芯片必然难以生存。如果芯片与手机分别产在两个窝里,利益就不可能保持一致。自己的蛋只能由自己来孵。

海思移动终端芯片的商业模式,自此彻底改变了!

郭平让有“拼命三郎”之称的王劲来做移动终端芯片的研发负责人。王劲是打研发攻坚战的悍将,曾主持过研发BTS30基站,一度是华为有史以来销售收入最大的单一产品。

华为从1996年开始做基站,无线产品线人称“无线一部”。04年成立手机公司,人称“无线二部”。“无线二部”的核心人员从余承东开始,很多都是从“无线一部”调过来的有成功经验的干部。不过,长江后浪推前浪,现在二部比一部要有名多了!

用于数据卡的巴龙基带,成功开了第一炮

第一款成功的移动终端芯片并不用于手机,而是用于数据卡(无线广域网调制解调器)的“巴龙”芯片,主要的功能是基带处理(BP),处理通信协议。

当时欧洲耗费巨资建设了不少3G网络,但是缺少杀手业务(killer application),亏损累累。迫不得已,运营商们大力发展手提电脑上网业务,卖3G宽带数据卡。2005年底,做沃达丰市场的彭博在绝望的低谷捕捉到了这个千载难逢的好机会。

不过,3G数据卡的基带芯片一直由高通独家供应。欧洲市场数据卡的需求急剧增长,高通出现了严重的芯片供应紧缺。高通在华为和中兴之间实行平衡供应政策,很多项目华为就是因为拿不到芯片而无法签单。

2006年,时任欧洲总裁的徐文伟还兼任着海思总裁一职,既是客户又是供应商。在海思的电话会议里,他拍了板要做3G数据卡芯片。大徐可是华为芯片事业的第一人,曾在1991年牵头做了第一颗ASIC,深知芯片的价值。

大徐后来回忆说:这款数据卡芯片只需支持纯3G,只用做基带。相比手机芯片而言,不用做GSM基带,不用做应用处理器(AP,CPU+GPU),对功耗也不敏感。无独有偶。

巴龙芯片在2010年一次流片成功,上海研究所一片欢腾。记得当时我在深圳第一时间听到了上海传来的喜讯,兴奋不已。

手机强拉芯片上马

ARM+安卓体系带来了整个中国的智能手机产业发展的巨大机缘。

从巴龙基带出发,华为开发出了第二颗手机芯片:K3V2,将AP和BP合二为一。这个技术叫SoC (system on chip)。

艾伟说:“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。” K3V2工艺是40nm,发热量大,游戏的兼容性不强。同时期的高通APQ8064和三星Exynos4412都已经用上了28、32nm的工艺。坊间传说,这是一个“被高端”的芯片。

既然手机芯片与手机都是终端公司一母所生,相互扶持就责无旁贷了。一切问题都是人民内部问题,一切矛盾都是人民内部矛盾。夜以继日地从软件侧来弥补芯片上的众多漏洞和BUG 。

较早用上了自己芯片的手机是D1的四核版。由于芯片问题未能如期解决,不得不推迟了发布时间。功耗是个老大难问题,我就拥有D1暖手宝一枚。后来的D2加了防水特性,余承东演示时还将之放到了金鱼缸里,但依然卖得不好。D系列就“寿终正寝”了。

知情人透露,余承东对用自研的芯片也曾深表担忧,甚至抵触过。站在他的立场看,这也完全可以理解。2011年,华为手机开始建立自己的品牌,为此不惜砍掉了欧洲运营商数百上千万台的定制手机。这是余承东执掌手机业务后最艰难的时刻,压力山大啊!我估计高层给了老余承诺:不成功,也不必成仁!这才将麒麟芯片强行拉上马!

用在自家的手机里,麒麟芯片算是实现了“从0到1”,终于商用了!

2013年6月发布的P6是个质控的标志性事件。P6用中端手机的定价,却采用了大量最前沿的工艺,实现了史上最薄(6.18毫米),很时尚。他和研发团队在生产线上没日没夜地蹲守,现场解决各种质量问题,不断修改工艺。研发必须全流程地对大批量生产后的质量负责,大家身上的担子几乎到了“不能承受之重”。

“逼上梁山,背水一战”。如果P6失败,老余可能就下课了。

P6发行时,动员了所有的力量,在19个国家同时推广,耗费巨资进行地毯式地广告轰炸和媒体投放。当时上上下下都充满着最后决斗的悲壮!每个人都不得不做得精细再精细,挑战极限!

天道酬勤,P6卖得还不错,口碑也过得去。华为手机奋斗了九年,终于在中端机型上有了爆款,尽管代价甚大。

P6搭载的就是海思的AP应用处理器K3V2E,在K3V2上做了少许改进但没有本质区别,只能说可以用。这个时期,是华为的手机拉着海思的芯片在”末路狂奔”。

麒麟芯片,获得了从1到10的发展!

芯片助力手机,由Kirin925MATE 7开始

2014年发布的MATE 7,代表华为第一次突进了高端机市场。

MATE7用了Kirin925芯片。这款芯片不再用雪山名字命名,而是以中国神话中的圣兽麒麟命名,意味着这款芯片将缔造全新的传奇。

此时,华为麒麟芯片真正成熟了。新版的麒麟芯片在荣耀、P7、MATE2等手机中开始放量使用。

采用28nm工艺,真正与高通的高端芯片在同一档次了,功耗也大大下降。改善了GPU图形处理单元,游戏的体验和兼容性更好了。

据艾伟分析:余承东意识到要在中高端市场上完成突破,就必须具备自己定义芯片的能力,而不是陷入产品同质化的红海竞争中。同时他还得竭力避免陷入关键核心元器件上被“卡脖子”的境地。

值得说明的是,因为麒麟芯片只用于华为自己的手机,所以不属于海思(称小海思),而属于2012实验室的芯片大平台(称为大海思)。

麒麟芯片,获得了从10到100的发展!

作者:上观新闻

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