第1章 芯：智能时代的科技制高点

第1节 打破藩篱，自研芯片的偶然与必然

在过去的2020年，有关芯片的新闻几乎霸占了科技领域的全部头条。

抛开底层光刻机技术不谈，行业内被讨论最多的是自研芯片。以往，芯片产业一直由少数几个巨头所垄断，英特尔掌控计算机芯片，英伟达掌握显卡芯片，三星和SK海力士等则瓜分内存芯片。

寡头的把持，不但让芯片产业的技术发展逐渐平庸，也在一定程度上造成了芯片市场的垄断。到底是继续采购第三方芯片产品，还是斥巨资自研芯片，已经成为众多科技巨头不得不面对的难题。

跟“挤牙膏”说再见

在芯片圈里，英特尔有一个不太好听的外号——“牙膏厂”。

之所以叫牙膏厂，是因为英特尔的CPU产品在每一次迭代升级时，都会刻意控制性能提升幅度，精准地做到只比对手高10%～15%。这种“吝啬”的升级方式，被网友们戏称为“挤牙膏”，其牙膏厂的“美誉”也由此而来。

作为一家企业，英特尔的手段无可厚非。它既保住了领先优势，又可以将技术升级的投入充分均摊。但对硬件企业来说，这种做法显然无法接受。以手机为例，在同质化竞争逐渐严重的当下，消费者下单很大程度上取决于性能提升的多寡。拍照是否更清晰、运行是否更流畅、体积是否更纤薄，每一项改变的背后都需要围绕芯片做文章。

换句话说，芯片的性能直接决定了产品最终的使用体验。摆在硬件厂家面前有两条路：一条是与芯片厂家共同开发定制芯片；另一条则是自研芯片并交由代工厂生产。前一条路并不好走，定制芯片价格极高，且有订货数量要求，成本和投入难以平衡；后一条路方法虽然可行，但需要长期且高昂的投入，还有很高的失败风险。

最先动手的是硬件领域的头部企业——苹果公司。

2020年11月，苹果推出了自研的M1芯片，并将其运用在自己的笔记本产品线中。M1采用了最新的5纳米制程工艺，并集成了160亿个晶体管。与之前的英特尔芯片相比，其计算速度提升了近3倍之多，耗能却下降了50%。不仅如此，M1还创新地将内存与GPU集成在芯片内部，解决了不同芯片间数据反复交换造成的算力浪费。

从使用体验上看，搭载M1芯片的笔记本的续航时间从此前的6小时变成了16小时。得益于芯片功耗的降低，苹果甚至移除了主板上的散热风扇，彻底解决了传统计算机风扇噪声的问题。最重要的是，在同样性能的前提下，M1系列产品的售价比英特尔系列便宜了20%，极具市场竞争力。

当然，M1并非完美无瑕。一方面，市面上的软件多采用英特尔架构进行设计，无法完美匹配苹果自研芯片，需要软件厂家重新研发；另一方面，受制于初代技术，苹果自研芯片接口较少，想要外接设备必须购买转接头。

抛开微观层面的得与失，在宏观层面上，自研芯片的问世破除了芯片寡头们对技术迭代的性能限制，也增大了硬件厂家在芯片领域的话语权，有效促进了行业的良性发展。

应对“芯慌”的良药

2021年2月，一则芯片供应短缺的新闻出现在各大媒体头条。

彼时，超级寒潮席卷全球，极端恶劣的低温天气导致美国陷入大规模停电。其中，以得克萨斯州最为严重，作为全球较大的芯片生产地，当地的三星与恩智浦等多家半导体企业被迫停产。无独有偶，就在得克萨斯州大面积停电的前一周，日本瑞萨电子的工厂也被迫停产，原因是日本近海发生了7.3级大地震。

此轮芯片的产能短缺，除了影响手机与计算机等消费数码领域，还对新能源汽车造成了不小的打击。宝马、奔驰与特斯拉等一众汽车制造企业，纷纷延后了产品交付时间，最慢的订单交付时间甚至延期到了2022年。

在新能源汽车的研发和制造上，除了电池技术，电控也是非常重要的一个部分。电控主要用于传达整车控制器的指令，使汽车按照命令行驶。逆变器是电控系统的核心，而IGBT（绝缘栅双极型晶体管）芯片则是逆变器的核心。新闻中所说的芯片供应短缺，指的正是IGBT。

令人欣喜的是，比亚迪和蔚来等国产新能源车企在这次“芯慌”中完全没有受到影响。比亚迪董事长王传福表示，比亚迪具有芯片制造能力，不存在芯片短缺的情况，更不存在因此导致的停产问题，旗下所有车型全部正常生产。

比亚迪的临危不乱源于未雨绸缪。早在2005年，比亚迪便成立了IGBT研发团队。从相对容易的封装入手，到之后的车用IGBT模块生产线，再到如今的IGBT全产业链，比亚迪已经完成了对IGBT生产链的全掌握，其相关专利超过200件。

供应短缺并不是“芯慌”的唯一体现，兼容性与匹配度同样制约着新能源汽车的发展。

在自动驾驶领域，图像传感器也是制约车企技术迭代的拦路虎。自动驾驶的级别越高，对汽车摄像头的图像传感器要求越高。安森美半导体是图像传感器领域的头部企业，但它目前仅能提供120万像素的解决方案，已经远远跟不上车企的需求。

比亚迪没有把希望寄托在安森美身上，而是选择自己研发图像传感芯片。经过近8年的发展，比亚迪已经能够量产200万～500万像素的图像传感芯片，即便不采用国外的技术，也能将自己的自动驾驶提升到接近Level 2的水平。

自研芯片的价值在“芯慌”的风波中得到了充分的验证。它将更多成长中的优质国产汽车芯片企业推至舞台中央，并凭借稳定的供应和极高的匹配度，走向更为广阔的市场。

走出无序与“内卷”

如果要用一个词描述半导体行业近年来的发展，那么“内卷”显然是无比贴切的。

常规意义上，内卷是指同行之间为了争夺有限资源，从而导致收益下降的现象。引申到芯片行业中，则是制程越来越先进，晶体管数目越来越多，而行业的收益却越来越低。不少芯片领域专家表示，在5纳米制程成熟之后，芯片的设计会面临更加复杂的问题，研发和制造成本将呈指数级上升。

既然“天花板”已经近在眼前，那为什么非要在制程上纠缠呢？

原因不言而喻，技术惯性推动着芯片企业强行前进，而行业内部的激烈竞争则让它们无暇反思与自省。实际上，随着应用场景的不断细分，作为底层支撑的芯片注定要提供精细化的能力。

比如，5G就是芯片精细化应用的绝佳场景。

2020年，中国市场5G手机出货量约为1.63亿部，抢占5G高地成为众多手机厂家的首要目标。此前，大部分5G手机都采取的是“4G芯片+5G路由器”模式，这种外挂5G基带的方式虽然能够实现5G通信，但需要额外的接口来传输数据，占用空间较大，信号强度也难以保证，断线成为常态。这也是早期的5G手机难以实现真5G通信的原因。

通信出身的华为，很早就意识到了这个问题。既然外挂5G基带难以解决信号波动问题，那就必须针对5G场景开发特定的芯片产品。华为的麒麟9000芯片便是在这一背景下诞生的。

麒麟9000芯片将处理器和5G基带进行了有效集成，即用系统级芯片的方式来制造5G芯片。这一做法的好处是5G基带可与CPU共享内存和散热系统，保证基带不会被其他部件干扰。根据测试结果，在SA网络的测速软件中，麒麟9000芯片下行速度可以达到2.6Gbps，差不多超出行业平均水平一倍，带来了目前业界最快的5G体验。在这之后，高通的骁龙888、三星的猎户座1080都采用了同样的搭载方式，也验证了华为技术路线的正确性。

类似的案例还有很多，比如索尼凭借自研的图像信号处理芯片，将手机拍照的有效像素提升到8000万；三星打造的AI算力芯片，赋予了手机深度学习功能。这种将应用场景与芯片相结合的方式，为当下盲目追求制程进步的芯片产业带来了新的增长空间。在可见的未来，芯片的精细化研发将会在更多领域收获硕果。