解密華為芯片旗艦海思:一個”備胎”的28年”轉正”征途
華為被逼到牆角,“備胎”走到了台前。5月15日,美國商務部宣布,把華為及其70家附屬公司列入管制“實體清單”。這意味著,沒有美國政府的許可下,美國企業不得給華為供貨。在半導體和高端器件全球供應鏈高度依賴,你中有我、我中有你的現實背景下,華為面臨供應鏈“斷供”風險,這可能使華為無法繼續為客戶提供最優質產品和服務。
對此,華為創始人任正非5月18日在深圳公司總部接受日本媒體採訪時表示,華為公司將繼續開發自己的芯片,減少生產禁令帶來的影響。他還指出,即使高通和其他美國供應商不向華為出售芯片,華為也“沒問題”,因為“我們已經為此做好了準備”。
“備胎”之一,就是華為旗下的半導體旗艦海思。
5月17日凌晨,華為旗下的半導體公司海思總裁何庭波的一封內部信刷屏網絡。何庭波在信中稱,華為多年前已經做出過極限生存的假設,預計有一天,所有美國的先進芯片和技術將不可獲得,而華為仍將持續為客戶服務。她宣布,之前為公司的生存打造的“備胎”,一夜之間全部“轉正”。
海思這個原本在華為內部異常低調的部門,在華為陷入巨大生存危機的關口,站出來為華為正常業務開展保駕護航。
海思總裁何庭波。
海思發展史
海思的前身是華為1991年成立的ASIC(超大規模集成電路)設計中心。
當時,華為創始人任正非從港資企業億利達挖來了徐文偉(現華為董事、戰略研究院院長)。徐文偉來到華為後,建立了器件室,從事印刷電路板(PCB)設計和芯片設計。開啟了華為的芯片事業。
電信設備中芯片成本佔比很高,購買通用芯片價格高,產品沒有差異化,價格戰“刺殺”後,企業的利潤空間很小。這是華為決定開發自研芯片的大背景。
1991年,華為首顆具備自有知識產權的ASIC正式流片成功。這是一顆用在交換機上的多功能接口控制芯片。這就是華為芯片事業的起點。
有了自己的芯片,讓華為的產品降低了成本。
1993年,華為第一顆用自己的EDA設計的ASIC芯片問世,成功實現了數字交換機的核心功能——無阻塞時隙交換功能。
後來隨著華為進入快車道,華為成立了“中央研究部”,其下成立了基礎業務部。這個部門存在的唯一目的就是為通信系統做芯片,用任正非的話,叫“為主航道保駕護航”。
2004年,華為決定成立海思半導體,把這塊業務獨立成公司發展。海思英文名為“HiSilicon”,大意就是華為的芯片部門。
任正非對芯片研發一直非常重視。他曾明確表示,芯片業務是公司的戰略旗幟,一定要站起來,適當減少對美國的依賴。
在華為的架構中,一級部門找不到海思的身影,但海思的地位等同於一級部門。海思負責華為所有的半導體以及核心器件的開發和交付,與華為大名鼎鼎的2012實驗室一樣,都是華為“秀肌肉”的部門。
海思成立後,徐文偉曾主管後一段時間,後來徐直軍(現華為輪值董事長)也主管過海思,隨後就由何庭波擔任海思總裁。
據一位前海思人士介紹,海思之所以獨立發展,另一個背景是華為此時要做手機業務,海思藉此可以進入消費級芯片業務。
2003年11月,華為終端公司正式成立。之前任正非曾表示“誰要說做手機就開除誰”,但由於手機龐大的市場,任正非冷靜反思後決定接受下屬的建議,決定開始手機業務。
在一次會議上,任正非指示公司負責財務工作的紀平說:“紀平,拿出十億來做手機。”
海思成立後先進入了數字安防芯片市場,海康威視和大華都是海思的客戶。
華為進入手機業務後也並非一帆風順,為運營商做貼牌只賺取微薄的利潤,2008年遭遇金融風暴,曾經一度有賣掉的想法。
據說,華為一度找來了多家投資機構,最終因價格未達到預期放棄了出售手機業務的計劃。
2009年,海思推出了一個GSM低端智能手機方案,將處理器打包成解決方案提供給山寨機使用,芯片名叫K3V1。這個方案採用了Windows mobile操作系統,工藝採用110nm製程,當時競爭對手已經採用65nm甚至45至55nm,所以海思的第一代芯片談不上成功。
FT中文網2019年的一篇報導提到,據普華永道(PwC)去年底公佈的一份報告,中國當時有超過500家設計公司,但其中三分之二的公司僱員不超過50人,即使是其中最大的公司海思(Hisilicon),2007年的收入也僅有1.70億美元。
華為手機業務的轉變開始於2011年,當年余承東從歐洲回歸執掌華為消費者業務。
2012年,海思發布了第二款手機芯片K3V2,號稱是全球最小的四核ARM A9架構處理器。
隨後幾年,隨著華為手機的暢銷,海思麒麟系列的知名度也越來越大。2018年,華為推出了麒麟980系列,有了與蘋果A系列芯片和高通驍龍8系列芯片叫板的基礎。
如今,海思旗下的芯片共有五大系列,分別是用於智能設備的麒麟系列;用於數據中心的鯤鵬系列服務CPU;用於人工智能的場景AI芯片組Ascend(升騰)系列SoC;用於連接芯片(基站芯片天罡、終端芯片巴龍);其他專用芯片(視頻監控、機頂盒芯片、物聯網等芯片)。
2019年初,Gartner發布了2018年全球前十大半導體廠商的排名,三星繼2017年首次登頂之後,2018年又以26.7%的增速繼續保持領先,收入達到758.54億美元。根據芯榜發布的國內2018年半導體設計企業收入排名,海思2018年以501.18億元人民幣(折合73.9美元)依舊排名第一,遙遙領先第二名,但與國際巨頭仍有不小差距。
海思總部位於中國深圳,在北京,上海,成都,武漢,新加坡,韓國,日本,歐洲和世界其他地區的辦事處和研究中心擁有7000多名員工。
海思官方介紹:經過20多年的研發,海思已經建立了強大的IC設計和驗證技術組合,開發了先進的EDA設計平台,並負責建立多個開發流程和法規。海思已成功開發了200多種擁有自主知識產權的模型,併申請了8000多項專利。
海思女掌門何庭波
何庭波執掌海思和2012年實驗室兩個研發關鍵部門,在華為的研發系統中是一位舉足輕重的人物。但她本人非常低調,很少出現在媒體面前,喜歡稱自己是一名“芯片工程師”。
華為的官網顯示:何庭波出生於1969年,畢業於北京郵電大學,碩士。1996年加入華為,歷任芯片業務總工程師、海思研發管理部部長、2012實驗室副總裁等,現任海思總裁、2012實驗室總裁。
何庭波曾經在給新員工的寄語中自我介紹,她最早加入華為是在深圳工作,做的第一顆芯片是光通信芯片。後來華為為了發展3G,認為無線很重要,1998年何庭波前往上海搭建了華為無線芯片部,並把3G無線網絡芯片做起來了。
幾年後,華為又派何庭波去矽谷工作兩年時間,“我在矽谷工作了兩年,這讓我看到了半導體設計的很多差距,後來海思積極吸引很多的全球人才,和我當時在矽谷的一段經歷也有關係。”
這次美國商務部對華為實施出口管制,何庭波5月17日在給海思員工的內部信中表態,華為有能力繼續服務好客戶。“是歷史的選擇,所有我們曾經打造的備胎,一夜之間全部轉正!多年心血,在一夜之間兌現為公司對於客戶持續服務的承諾。是的,這些努力,已經連成一片,挽狂瀾於既倒,確保了公司大部分產品的戰略安全,大部分產品的連續供應!”
“今天, 這個至暗的日子,是每一位海思的平凡兒女成為時代英雄的日子!”何庭波在內部信中這麼寫道。
麒麟芯片和華為手機的相互成就
2018年,華為賣出了2億台手機,銷量排名全球第三;從營收結構上看,消費者業務已經佔據了華為總營收的半壁江山,2018年這一數據為48.4%。
這是麒麟系列和華為手機相互成就的故事。借助華為手機的暢銷,海思旗下的麒麟芯片也開始打出知名度;而麒麟芯片本身,也為華為手機帶來了差異化的競爭力。
手機芯片的核心主要是兩塊,一個是應用處理器(AP),包括CPU(中央處理器)和GPU(圖形處理器);另外一個是基帶處理器(BP),負責通信信號處理。近年各芯片廠商都開發SOC芯片集成電路的芯片,把射頻等核心部件都合在一起形成一塊整體解決方案。海思麒麟系列就是SOC芯片。
海思麒麟系列芯片的突破不得不說余承東。
在美國商務部把華為列為“實體名單”後,余承東在朋友圈評論稱“消費芯片一直就不是備胎,一直在做主胎使用,哪怕早期K3V2競爭力嚴重不足,早年華為消費者業務品牌和經營都最困難的時期,我們也始終堅持打造自己芯片的核心能力,堅持使用與培養自己的芯片,同時繼續使用一部分美國芯片及部件。”
2012年,海思發布了K3系列第二款芯片K3V2,號稱是全球最小的四核ARM A9架構處理器。與同時期的高通APQ8064和三星Exynos4412都已經用上了28、32nm的工藝。K3V2工藝是40nm,發熱量大,遊戲的兼容性不強,也沒有獲得市場認可。
但任正非一直堅持自家的手機搭載K3V2芯片,華為的D系列、P系列和Mate系列都搭載了這款芯片。這也是任正非的理論自家的狗糧自己先吃。
但正是這種大規模使用,不斷改進,使得海思的芯片不斷提升。
2014年9月,華為在柏林發布了Mate 7,搭載了麒麟925。這款手機迎合了消費者對大屏手機的需求,最終出貨量超過700萬台,開始扭轉華為在消費者心中低端機的印象。
2015年11月,華為發布麒麟950 SoC芯片。該款芯片陸續用在華為旗下的Mate 8、榮耀8、榮耀V8運營商定製版和標配全網通版等手機上。2016年4月,華為發布麒麟955 SoC芯片,帶領華為P9系列成為華為旗下第一款銷量破千萬的旗艦機。2017年9月2日,華為發布全球麒麟970,是全球首款內置獨立NPU(神經網絡單元)的智能手機AI計算平台,採用台積電的10納米工藝。搭載這款芯片的華為Mate 10系列全球出貨量累計達1000萬台,創華為Mate系列出貨量同期新高。
2018年,華為發布麒麟980芯片,採用7納米工藝。半年後,高通同樣採用7納米工藝的驍龍855才正式發布,兩者在性能上不差上下。
十多年的發展,海思麒麟芯片已經成為華為手機構築競爭力的重要武器,加上華為近年積累的攝影優勢和軟件系統的優化,使得華為手機的銷量一直保持快速增長。今年第一季度,華為手機銷量超過蘋果,成為全球第二。
備胎計劃仍有短板
招商證券分析師方競接受澎湃新聞記者採訪時表示,針對美國的出口管制,華為短期內加大了庫存背後,預計採購庫存夠6-12個月使用;長期來講,華為一方面加大對海思的研發投入,芯片爭取全面取代,另一方面尋找潛在供應商,要求部分供應商轉移產業,放寬對國內供應商的認證資格條件。
據了解,華為向台積電提出要求,將部分芯片生產轉移至南京,也希望日月光和京元電子等台企轉移產地。
5月17日,余承東還透露,除了自研芯片外,華為還具有操作系統的核心能力。據了解,2012年華為開始開發自己的操作系統,可用於手機、平板電腦和個人電腦等。
即便如此,華為的供應鏈依然有短板。方競表示,從拆機角度來分析華為手機業務自給率,目前主要表現在射頻芯片領域有差距,對美系廠商依賴嚴重,華為之前採購Skyworks、Qorvo、博通三家美資企業的產品;無線充電採用是IDT的產品,儘管IDT在去年被日本瑞薩收購,但也受到美國禁令影響。
圖中紅字為美國公司。圖片來自招商證券研報
射頻被認為是模擬芯片皇冠上的明珠,但模擬芯片一直是中國的弱項,主要是模擬芯片更加依賴研發人員的經驗,中國屬於後進者,經驗較少。2017年國產射頻芯片市佔率只有2%。國內射頻PA廠商唯捷創芯2018年打入了華為供應鏈。
方競表示,基站中,射頻芯片門檻高企,芯片的自給率極低。據產業鏈驗證,海思早已開始射頻Transceiver的研發,但前期測試結果相對不太理想。除海思外,國內還有金卓網絡的射頻Transceiver芯片在研發中,目前仍處於FPGA早期驗證階段。
華為還有以來美資公司是一個芯片設計工具EDA(電子設計自動化)。在集成電路發展的早期,人工即可完成集成電路設計。但隨著摩爾定律的推進,要完成單位平方毫米內上億個門級電路的芯片的設計,則必須通過EDA輔助工具進行芯片設計。
目前國際上主要有三大集成電路EDA公司,分別是Synopsys,Cadence,Mentor Graphics。三家在EDA行業的市佔率幾乎形成壟斷,且均為美國公司。
方競稱據產業鏈調研了解到,由於EDA License授權是多年制的,所以目前海思使用EDA仍一切正常,與華為手機使用的安卓操作系統同理。
去年底,華為對外公佈了供應商的名單,共有92家核心供應商,其中美國供應商最多高達33家,其次是大陸供應商25家,日本11家,中國台灣10家。
據媒體報導,目前高通、英特爾、GF、ARM、安森美、泰瑞達等公司收到郵件要求終止與華為交易,暫停已有訂單。
5月18日,任正非接受日本經濟新聞採訪時稱,即使高通和其他美國供應商不向華為出售芯片,華為也“沒問題”,因為“我們已經為此做好了準備”。