作為當(dāng)下同行對標(biāo)與學(xué)習(xí)的對象，蘋果A系列的開山之作A4芯片，在十五年前的初次登場其實算不上體面。
超過1個小時的發(fā)布會上，A4芯片在PPT上的停留時間加起來不到20秒。產(chǎn)業(yè)界對A4普遍持“套殼三星”的嘲諷態(tài)度，但這已經(jīng)是蘋果最大限度資源投入的結(jié)果。
隨后，蘋果又收購了一家做主頻加速的芯片設(shè)計公司Intrinsity，這也是A4被認(rèn)為和三星S5PC110“同父異母”的原因——三星采用了Intrinsity的技術(shù)開發(fā)了S5PC110芯片，搭載后者的三星Galaxy S大賣特賣，是iPhone的頭號競爭者。
一般來說，芯片可以劃分為設(shè)計、制造、封測三大環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)獨(dú)立存在，相互協(xié)作又涇渭分明，構(gòu)成了集成電路產(chǎn)業(yè)最大的特征：全球化語境下的高度分工。
在芯片設(shè)計這個環(huán)節(jié)，又需要用到新思、Cadence、Mentor Graphics（被西門子收購更名為Siemens EDA）開發(fā)的EDA工具，以及ARM為代表的公司開發(fā)的芯片IP。
EDA和IP是芯片工程師的Photoshop與素材庫，把畫電路變成了素材排列組合+寫代碼的腦力活。在指甲蓋大小的芯片里集成上百億晶體管，離開了EDA顯然是天方夜譚。
芯片設(shè)計完成后，流片和生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以由臺積電、三星電子、格羅方德這類代工廠完成。這些代工廠又需要使用ASML提供的光刻機(jī)，應(yīng)用材料提供的刻蝕設(shè)備，東京電子提供的涂膠顯影設(shè)備，科磊提供的檢測設(shè)備。
一臺EUV光刻機(jī)由幾萬個零件組成，其中最核心的零部件是蔡司提供的反射鏡片和Cymer提供的光源——通過每秒5萬次二氧化碳激光轟擊液態(tài)錫，產(chǎn)生強(qiáng)度足夠大的EUV光源。這是美國限制EUV光刻機(jī)出口的技術(shù)源頭。
而在生產(chǎn)過程中，以光刻膠為代表的半導(dǎo)體材料，大多由信越化學(xué)和羅姆這些公司供應(yīng)。
封測環(huán)節(jié)的領(lǐng)頭羊是中國臺灣的日月光，美國的Amkor，中國大陸的長電科技、通富微電等等，但除了中國大陸，大部分工廠都建設(shè)在東南亞。
從設(shè)計電路到終端設(shè)備上點(diǎn)亮，一顆芯片游歷的國家和地區(qū)很可能超過了地球上80%的人類。蘋果、三星、華為和小米這些手機(jī)品牌，完成的其實是其中一個環(huán)節(jié)，即芯片設(shè)計。
把芯片視為樂高積木，設(shè)計環(huán)節(jié)可以比作拼裝圖紙。這個過程中，日本公司提供積木的生產(chǎn)材料，臺積電或三星電子完成生產(chǎn)，在東南亞進(jìn)行包裝，最后擺在貨架上。
如果我們將“國產(chǎn)芯片”定義為芯片的知識產(chǎn)權(quán)由該國公司掌握，那么蘋果的A系列，小米的玄戒O1都屬于“國產(chǎn)芯片”。
但倘若“國產(chǎn)芯片”的定義是“芯片的全部生產(chǎn)流程都由一國公司完成，并且生產(chǎn)線上所有設(shè)備及其零部件都由一國公司供應(yīng)”，那么全世界沒有任何一部手機(jī)里的SoC可以被稱為“國產(chǎn)芯片”。
玄戒O1在設(shè)計過程中，采用了ARM提供的公版IP，這也衍生出了另一個問題：玄戒O1是不是自研芯片？
IP是指芯片內(nèi)部能夠執(zhí)行某一特定功能的電路，一顆芯片由多個IP“拼接而成，一顆SoC芯片可以達(dá)到幾十上百個。
芯片設(shè)計的過程就像拼積木，積木就是IP。不同公司用同樣的積木，有的可以拼成別墅，有的可以拼成城堡，這就是蘋果和小米的工作。
ARM出現(xiàn)之前，芯片IP大多由芯片設(shè)計公司自行設(shè)計，承擔(dān)后續(xù)的驗證和調(diào)試，一個簡單的數(shù)字IP驗證成本在10萬-50萬美元，一顆CPU則在200萬美元以上，驗證時間從3個月到兩三年。
高投入和長周期拖垮了無數(shù)芯片設(shè)計公司，也為ARM開辟了市場空間。ARM不做芯片設(shè)計，專司架構(gòu)和IP研發(fā)，通過授權(quán)的方式為芯片設(shè)計公司提供經(jīng)過驗證的IP。后者可以通過購買ARM現(xiàn)成的IP“拼接”成芯片產(chǎn)品，也可以ARM IP+自研IP。
ARM的授權(quán)模式和良心收費(fèi)，讓想擁有自己芯片的公司大幅降低了設(shè)計成本，整體拉低了行業(yè)門檻。從2000年至今，全球芯片設(shè)計公司的數(shù)量從200多家增長到超過1000家。
ARM也提供定制化IP服務(wù)，即公版IP對應(yīng)的非公版IP，設(shè)計公司可以按照需求對IP進(jìn)行定制化修改，除了收費(fèi)更貴之外，設(shè)計公司還得承受后續(xù)驗證的時間成本以及可靠性風(fēng)險，可謂機(jī)會與風(fēng)險同在。
蘋果的A系列芯片從第三代A6開始采用ARM非公版IP，自研Swift核心，性能開始對齊頂級SoC，到第四代A7反超友商。
高通則比較坎坷，從驍龍820開始自研Kryo核心，后又因為研發(fā)成本過高以及下游軟件適配問題，轉(zhuǎn)向公版IP+非公版IP定制的模式。直到2021年收購脫胎于蘋果芯片團(tuán)隊的Nuvia，基于后者的自研核心推出Oryon核心，“去ARM化”才慢慢走向正軌。
最悲劇的是三星，2016年推出第一代采用自研核心Mongoose的Exynos 8890，欲與同期高通驍龍820打擂臺，結(jié)果功耗爆炸，能耗比感人。最后一代Exynos 990還被歐洲消費(fèi)者貼臉開大，聯(lián)名要求更換為高通驍龍。
用同樣的積木，可以設(shè)計不同的排列組合方式，這個設(shè)計的過程可以視為“自研”。但在集成電路產(chǎn)業(yè)，決定芯片好壞的指標(biāo)通常是具體清晰的參數(shù)規(guī)格，以及與軟件搭配組合形成的差異化體驗。
2014年10月，小米開始著手研發(fā)手機(jī)SoC，其產(chǎn)品澎湃S1在2015年7月完成硬件設(shè)計、首次流片，9月樣品回片、首次點(diǎn)量，2017年3月，小米5C搭載澎湃S1上市[2]。
澎湃S1定位終端，芯片設(shè)計中的核心部分來自大唐電信（與小米共同成立松果）旗下聯(lián)芯科技的SDR1860平臺技術(shù)。然而澎湃S1投入10億元，耗時3年，只存活了6個月，繼任者澎湃S2無疾而終。
手機(jī)SoC的研發(fā)不僅僅是個技術(shù)問題，而是對一家公司技術(shù)研發(fā)、組織治理、財務(wù)管理的全方位考驗。
一般來說，旗艦機(jī)型需要在上市日期的一年之前拿到SoC，開始軟硬件適配的開發(fā)，所以芯片設(shè)計部門的Deadline就是新機(jī)上市的一年前。
在這個時間之前，芯片設(shè)計部門需要完成架構(gòu)設(shè)計與規(guī)劃、驗證仿真、IP集成、物理實現(xiàn)、流片等多個步驟，時間跨度在18-36個月[3]，每個步驟都可能遇到反復(fù)修改、推倒重來的情況。整個流程就像多米諾骨牌，牽一發(fā)而動全身。
一顆SoC（System on Chip/片上系統(tǒng)）是一塊大芯片上集成了多個小芯片的系統(tǒng)。每顆小芯片相當(dāng)于一個小組作業(yè)，整顆手機(jī)SoC則是畢業(yè)論文。
畢業(yè)論文寫不完可以延期畢業(yè)，但手機(jī)是個快速迭代的電子產(chǎn)品，哪怕一個季度的延期，對銷量的影響都是災(zāi)難性的。
芯片設(shè)計的另一個風(fēng)險在于，芯片的研發(fā)過程中不產(chǎn)生任何現(xiàn)金流，很容易造成財務(wù)失控。
流片環(huán)節(jié)是成本的大頭，也是最“不可控”的一環(huán)——所謂流片，可以理解為將設(shè)計好的方案交給臺積電等代工廠，由后者生產(chǎn)出樣品以芯片檢驗是否達(dá)到設(shè)計要求。
一顆6nm ISP流片一次的價格是4000萬美元，芯片越復(fù)雜，制程越先進(jìn)，價格越高。同時，流片環(huán)節(jié)容錯率為零，哪怕一個微小的環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤導(dǎo)致流片失敗，就得重新掏錢。
根據(jù)西門子EDA/Wilson研究小組出具的一組數(shù)據(jù)，2024年首次流片成功率僅在14%[4]。澎湃S1的后繼者S2傳聞就是多次流片失敗最終流產(chǎn)。
手機(jī)SoC的競爭往往涉及到最先進(jìn)的工藝，為了提高流片成功的概率、降低流片失敗的損失，往往需要與代工廠提前溝通，根據(jù)制程技術(shù)細(xì)節(jié)調(diào)整芯片設(shè)計結(jié)構(gòu)。
這里又有優(yōu)先級的問題，蘋果可以在臺積電3nm開發(fā)初期就知道晶體管密度、金屬線間距、用的光刻機(jī)通光口徑是多少，最大程度提高設(shè)計環(huán)節(jié)的容錯率。顯然，不是所有公司都有這個待遇。
2007年，蘋果內(nèi)部造芯計劃已箭在弦上，這一年的iPhone發(fā)布會上，喬布斯引用了“個人計算之父”Alan Kay的一句話：真正在意軟件的人，應(yīng)該自己造硬件。
Alan Kay的“個人計算”概念指向一種以個人為中心的計算模式，強(qiáng)調(diào)計算設(shè)備應(yīng)該具備易用性、靈活性和個性化。用現(xiàn)在的話來說，就是提高消費(fèi)者體驗。
消費(fèi)者是為體驗買單的。iPhone 4的暢銷不是因為蘋果自研了芯片，而是它真的能玩憤怒的小鳥。芯片的性能再強(qiáng)，沒有適配的軟件和功能打配合，不過是給瞎子拋媚眼。
產(chǎn)業(yè)的分工讓高通、聯(lián)發(fā)科這一類第三方芯片供應(yīng)商拔地而起，終端廠商依靠供應(yīng)商的硬件方案找到了性價比高點(diǎn)，也給軟件的開發(fā)設(shè)定好了結(jié)界。
第三方供應(yīng)商的芯片講究通用性，但這種通用性最大的問題在于，高通會按照所有客戶需求的最大公約數(shù)指引芯片設(shè)計，不可避免的會忽略特殊的需求。
特斯拉在轉(zhuǎn)向自研FSD芯片前，采用Mobileye的自動駕駛芯片，但很由于無法自定義或修改邏輯底層，想要優(yōu)化算法還得等待Mobileye的通用更新，完全脫離了馬斯克預(yù)期的軟件快速迭代的節(jié)奏。
2016年官宣分道揚(yáng)鑣之際，馬斯克在一封郵件中之直言“同行太菜”，“不幸的是，Mobileye必須支持?jǐn)?shù)百款來自傳統(tǒng)車企的車型，因此無法跟上特斯拉的步伐?！盵7]
手機(jī)品牌自研芯片與特斯拉最終轉(zhuǎn)向FSD自研的理由是一致的：提升軟件的適配性。
蘋果通過移除ARM公版IP上冗余的NEON指令，減少了12%的晶體管浪費(fèi)，同時定制AMX矩陣擴(kuò)展單元，使得芯片的AI推理性能提升了8倍——這就是自行設(shè)計滿足特殊需求的典型案例。
設(shè)計SoC是一件門檻非常高的事情，十年前小米風(fēng)頭無兩，但在線下渠道、IoT業(yè)務(wù)、供應(yīng)鏈管理等環(huán)節(jié)還有諸多欠賬要補(bǔ)。
十年后二戰(zhàn)SoC，背景是小米重回全球三巨頭序列，第二大業(yè)務(wù)AIoT年收入突破1000億元。人有錢了就會有冒險精神，干點(diǎn)長期主義的事，對公司來說也一樣。
如果成功的標(biāo)準(zhǔn)是通過芯片實現(xiàn)了預(yù)期的技術(shù)目標(biāo)，并得到市場的驗證，那么玄戒O1還沒有。
設(shè)計芯片的目的不是擺在展示柜里瞻仰，而是參與充分的市場競爭，實現(xiàn)產(chǎn)品體驗的提升和正向的財務(wù)回報，是一場名副其實的馬拉松——第一圈落后20米，第二圈只落后15米，直到齊頭并進(jìn)甚至超車領(lǐng)先。
蘋果第一代A4還是“套殼三星”，第二代A5多核性能甚至落后英偉達(dá)Tegra 2，直到第三代A6憑借自研的Swift架構(gòu)單核性能翻倍，開始與同代頂級SoC平起平坐，再到A7率先進(jìn)入64位時代，將仍處在32位時代的高通、三星遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在身后。
當(dāng)SoC開始穩(wěn)定迭代，也代表著整體架構(gòu)、研發(fā)思路的確定，而圍繞SoC展開的軟件開發(fā)、零部件創(chuàng)新也會有跡可循，硬件升級的方向走向明晰，最終的目標(biāo)是從手機(jī)業(yè)務(wù)延伸到其他硬件——即平臺化。
手機(jī)SoC的“三大天王”——蘋果、三星、華為，共同點(diǎn)是擁有足以與手機(jī)業(yè)務(wù)媲美的硬件產(chǎn)品矩陣來分?jǐn)傃邪l(fā)成本，比如手機(jī)和平板SoC之間大部分IP均可復(fù)用，高通此前諸多車載座艙芯片，都由同代的手機(jī)SoC魔改而來。
小米是世界一流的消費(fèi)電子公司，但也是集成電路產(chǎn)業(yè)的新兵，他們面前有足夠多的教材可以參考，但這些被當(dāng)作教材的企業(yè)當(dāng)年躬身入局時，也曾抱著前輩的教材栽過跟頭。
集成電路產(chǎn)業(yè)的復(fù)雜性在于，定義這個產(chǎn)業(yè)的巨人建立起了密不透風(fēng)的壁壘，足以讓任何躍躍欲試的挑戰(zhàn)者望而卻步；而它的魅力也在于，它有足夠長的技術(shù)空間和足夠大的市場規(guī)模，容得下不止一家的偉大公司。
[2] 雷軍說，小米做手機(jī)芯片是九死一生，我為什么還要做？steam在線] 芯片工程師“保質(zhì)期”有多久，路科驗證
復(fù)刻下一個LABUBU？全紅嬋都在曬的WAKUKU爆火，幕后推手年內(nèi)股價暴漲超400%
華為Matebook Fold支持DP in：秒變18英寸大屏 爽玩《黑神話》
南美輸了巴西沒輸！巴甲4隊本屆7場5勝2平不敗 3隊榜首&1隊已出線強(qiáng)：拜仁&弗拉門戈提前出線席
《編碼物候》展覽開幕 北京時代美術(shù)館以科學(xué)藝術(shù)解讀數(shù)字與生物交織的宇宙節(jié)律
Astell&Kern 推出 SP4000 旗艦 Hi-Fi 播放器，28888 元
必一運(yùn)動有限公司