移動芯片為何越來越“卷”?

嗨朋友，今天你卷了嗎？

“內(nèi)卷化”這個略顯殘酷的名詞，已經(jīng)成為了當代年輕打工人互相調(diào)侃的社交密碼。而整個行業(yè)一旦內(nèi)卷，卻是腥風(fēng)血雨的肉搏戰(zhàn)。這個場景，對于移動芯片領(lǐng)域的玩家來說，并不陌生。

如果你關(guān)注近年來的半導(dǎo)體行業(yè)，會發(fā)現(xiàn)幾乎有實力的芯片廠商都陷入了一個所謂的“高水平均衡陷阱”。

比如迄今為止業(yè)界能達到的集成度最高、可規(guī)模化量產(chǎn)的芯片制造工藝——5nm制程，就在兩個月左右的時間，幾乎集齊了全球手機SoC芯片設(shè)計界的“五張王牌”。

10月份，蘋果iPhone 12系列手機搭載的A14，搶下了5nm芯片的全球首發(fā)；隨后華為Mate40系列搭載的麒麟9000系列芯片，又成為當時工藝最先進、晶體管數(shù)最多、集成度最高和性能最全面的5G SoC。而就在前不久，三星又發(fā)布了全球第二款5nm制程、集成了5G基帶的芯片Exynos1080。高通、聯(lián)發(fā)科、英偉達雖然還沒有流片，但也早有媒體爆出了將開始 5/4nm 量產(chǎn)的消息。

眾所周知，芯片制程越先進，單位面積內(nèi)需要容納的晶體管數(shù)目就越多，就越逼近物理體系的極限。業(yè)內(nèi)已有共識，那就是在5nm制程之后，芯片設(shè)計會面臨更加復(fù)雜的物理效應(yīng)問題，難度指數(shù)級增加，也意味著研發(fā)和制造成本的上升。

今天的移動芯片領(lǐng)域，似乎與內(nèi)卷化及其所導(dǎo)致的“高水平均衡陷阱”異常契合。

美國人類學(xué)家吉爾茨認為內(nèi)卷化是邊際效用持續(xù)遞減的過程，一種社會或文化模式在某一發(fā)展階段達到一種確定的形式后，便停滯不前或無法轉(zhuǎn)化為另一種高級模式的現(xiàn)象。那么，從移動芯片的“內(nèi)卷化”中，我們能夠讀出什么？

困守摩爾定律圍城：移動芯片為何越來越“卷”？

美國經(jīng)濟學(xué)家曼瑟爾·奧爾森曾經(jīng)用“集體行動的邏輯”，來解釋現(xiàn)代化國家內(nèi)卷化的成因。一個公平正義的制度，能夠讓人們按照亞當斯密的自利原則展開活動，進而促進公共利益最大化。但“集體行動的邏輯”會擊潰這一制度，進而導(dǎo)致增長有限，陷入內(nèi)卷。

顯然，如今半導(dǎo)體領(lǐng)域被作為政治博弈工具，進入逆全球化模式的情況，正是一種內(nèi)卷化的制度。失去了共建、合作、貿(mào)易動能的移動芯片市場，就如同閉關(guān)鎖國的國家一樣，因為割裂而卷得干脆。

除了制度方面的原因，智能手機作為高性能芯片的最大消費市場，如今的增長環(huán)境和商業(yè)模式也都發(fā)生了重大變化，各個廠商都進入了存量市場的白熱化競爭中，當產(chǎn)品增速超過市場增速，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈自然也就進入了漫長而痛苦的調(diào)整期。

為什么集體選擇要在制程上掰手腕？“摩爾定律已死”的話已經(jīng)喊了好多年，大家都知道它的物理瓶頸近在眼前。量子計算雖然美好，但尚未進入實踐階段，距離落地微型移動芯片就更加遙遠；新型半導(dǎo)體材料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，也有著醬醬釀釀的技術(shù)問題有待解決；光芯片、腦芯片則更停留在暢想階段。主力軍還是只能跑在摩爾定律的制程大道上。

當然，這一路徑的天花板也是清晰可見的。按照蘋果官方公布數(shù)據(jù)，A14相比A13，工藝制程從7nm升級到了5nm，但CPU只提升了17%，GPU只提升了8%，和理論值差了不少。

“八仙各顯神通過獨木橋”的場景，決定了芯片廠商們必須精耕細作才能擁有機會，但最終的解決之道一定是告別無止境地內(nèi)卷，向外尋找更高遠的天空。

尋路：小術(shù)，大道

歷史上成功突破內(nèi)卷的國家有很多，比如農(nóng)耕文化深重的法國就轉(zhuǎn)型出海，荷蘭、英國、美國也曾在發(fā)展中掙脫內(nèi)卷化的魔咒，其中典型的推動力如亞當斯密的《國富論》、瓦特的蒸汽機等，恰恰說明了新技術(shù)與新思想的開放、交流，最終打破內(nèi)卷化。

具體到移動芯片領(lǐng)域，有哪些新增量值得關(guān)注呢？

首要機會，當然是5G。

中國信通院的數(shù)據(jù)顯示，2020年1-9月，中國市場5G手機累計出貨量達到 1.08 億部，這是移動通信行業(yè)里產(chǎn)業(yè)發(fā)展節(jié)奏最快的一年。

驟增的市場需求，也吸引了各家廠商群雄逐鹿。蘋果、華為、三星、高通爭先領(lǐng)跑，聯(lián)發(fā)科、紫光展銳等也在積極布局。

蘋果的5G手機也在今年千呼萬喚始出來。雖然有了5G，但大家一看，有點傻眼。中國臺灣地區(qū)《聯(lián)合新聞網(wǎng)》發(fā)布的iPhone 12拆解文章中確認，A14芯片是外掛高通X55基帶芯片。

而緊隨其后的麒麟9000、三星Exynos1080，都采用了將應(yīng)用處理器和5G基帶集成在一起，也就是SoC的方式來制造5G芯片，這樣做的好處是，性能更強，功耗低，更加省電。業(yè)內(nèi)的跟隨也證明了麒麟路線的正確性。

目前看來，已經(jīng)推出了三代5G SoC芯片的華為顯然在5G方面更加游刃有余。麒麟9000內(nèi)置了華為自研基帶芯片巴龍5000，5G通訊比蘋果A14明顯強不少。

在麒麟9000上，支持200M的雙載波聚合，在Sub-6G SA網(wǎng)絡(luò)理論下行峰值速率達到4.6Gbps，上行峰值達到2.5Gbps，在測速軟件中可以達到2.6Gbps，超出平均水平一倍，也讓5G超高速率傳輸?shù)奶刭|(zhì)充分落地到用戶體驗端，在5G SA現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下能打造了目前業(yè)界最快的5G體驗。

為什么蘋果、高通等頭部玩家堅持“外掛模式”，因為5G SoC對設(shè)計和IP方面的要求很高，天線設(shè)計、信道測量，甚至基站、現(xiàn)網(wǎng)協(xié)議匹配等等，都是學(xué)問。

作為業(yè)界唯一能提供端到端SA/NSA解決方案的供應(yīng)商（含系統(tǒng)、芯片、CPE/手機），華為和麒麟9000在5G領(lǐng)域的基本功毋庸置疑。技術(shù)品牌本身就是一種“話語權(quán)”，在移動芯片必須擁抱5G的趨勢下，麒麟9000和華為在5G領(lǐng)域的積累與突破，也讓中國頭一次躋身通訊革命浪潮的頭號牌桌上，只要上了牌桌不下去，一切皆有可能。

移動芯片的第二個焦點，是架構(gòu)。

隨著人工智能等新能力的出現(xiàn)，移動芯片紛紛開始強調(diào)異構(gòu)協(xié)同，整合CPU、GPU、NPU、DSP等單元，針對不同終端、不同任務(wù)提供彈性調(diào)用。

要根據(jù)不同產(chǎn)品的受眾來打造差異化體驗，采購高通、聯(lián)發(fā)科等的芯片顯然不夠，所以蘋果、華為、三星都涉足了自研架構(gòu)，VIVO也選擇與三星深度合作來試圖擴大核心部件的差異點。

其中，蘋果憑借其軟硬件一體優(yōu)勢，其芯片領(lǐng)先于安卓芯片一直是業(yè)內(nèi)所公認的， A14使用的自研架構(gòu)，跑分成績就超越了依靠ARM公版架構(gòu)的其他芯片。

麒麟9000全新升級Cortex-A77 CPU，采用1+3+4三檔能效架構(gòu)CPU，大核主頻突破3.1GHz。GPu搭載了ARM架構(gòu)上的G78微架構(gòu)，在極小空間堆了24個GPU核心，與上一代麒麟990相比增加了一半，在性能和能效上協(xié)同打造最佳手機體驗。另外值得一提的是NPU升級到了達芬奇架構(gòu) 2.0 版本，創(chuàng)新采用雙大核+微核架構(gòu)，卷積網(wǎng)絡(luò)性能翻了一番，可以靈活應(yīng)對復(fù)雜或簡易的AI任務(wù)。

Exynos1080 則是三星放棄自研架構(gòu)后，與 ARM、AMD 深度合作打造的。采用新一代 ARM 架構(gòu)，增加了NPU和AI解決方案，大家可能注意到了，相比CPU等等傳統(tǒng)計算單元，NPU的存在與升級，就像GPU專用于圖像計算一樣，憑借其在機器學(xué)習(xí)上的特殊能力，引起移動芯片廠商的廣泛重視。高通驍龍 845 發(fā)布之時，還因為沒有順應(yīng) NPU 的趨勢而 AI 能力落后，遭到了批評。

這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，也是在2017年由麒麟970首次引入手機的。適應(yīng)AI趨勢，蘋果則在華為推出NPU同期選擇了用傳統(tǒng)硬件模塊進行AI適配。高通的AI Engine（人工智能引擎）也是用調(diào)整CPU、GPU、DSP等多個硬件模塊來達到NPU的效果。如果遇到高通量計算，就需要將數(shù)據(jù)上傳到云端進行AI推理再回傳到本地。

自研架構(gòu)被業(yè)內(nèi)稱作是移動芯片設(shè)計領(lǐng)域的“成神之路”，到底有多重要？舉個例子，蘋果處理器一開始對比安卓并沒有絕對優(yōu)勢，直到開始自研CPU，從基于ARM Cortex-A8架構(gòu)的A4芯片開始，擺脫了對三星的依賴，也逐步形成了自身的性能優(yōu)勢?？梢灶A(yù)見的是，接下來的移動芯片架構(gòu)之戰(zhàn)，依然還是蘋果、三星、華為這樣擁有底層自研技術(shù)的巨頭同臺競技。

巨頭們打得火熱，可用戶最在乎的是什么，體驗，體驗，還是體驗。

每到手機新品發(fā)布會環(huán)節(jié)，參數(shù)對比或許不是所有人都能看懂，但一到AI拍照、人臉識別、AR互動之類的創(chuàng)新應(yīng)用分享，觀眾們立馬精神起來。而當代用戶最離不開的基礎(chǔ)功能之一，就是攝影攝像。

iPhone的相機功能從第一代產(chǎn)品開始，就不斷有創(chuàng)新出現(xiàn)，比如2012年的全景拍攝，2015年的光學(xué)圖像穩(wěn)定，2016年的肖像模式等等。

安卓陣營也在不斷追趕，近年來有許多令人印象深刻的創(chuàng)新，像是算法層面的AI攝影，以及最近麒麟9000在硬件層面將NPU與ISP芯片相結(jié)合，打造出了差異化視效。

ISP圖像信號處理，是圖像處理的硬件核心，拍攝時的對焦、曝光、合成等都離不開它，也直接決定了成像效果。傳統(tǒng)的手機芯片，并不會集成ISP，而麒麟9000則創(chuàng)新性地將NPU的AI能力與ISP的影像能力融合在一起。

這樣做的好處是，影像處理有了強大的算力支撐，能夠在每一幀的時間里做復(fù)雜的算法處理，同時讓手機有了從“看清”走向“看懂”世界的能力，比如實時包圍曝光HDR視頻合成，即使在暗光下也能實時捕捉光影細節(jié)，再合成出細節(jié)充分展現(xiàn)的視頻。

帶來的改變也是用戶可以直觀感受到的影像體驗提升，在看視頻時自動調(diào)節(jié)視頻網(wǎng)站的清晰度，將網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或是片源質(zhì)量比較差的視頻，利用AI讓原本低分辨率的圖像變得清晰；

又或在拍攝視頻轉(zhuǎn)場時，突然的明暗變化會導(dǎo)致細節(jié)消失，不得不暫?；蚍珠_拍攝，而搭載麒麟9000的手機則可以很好地捕捉和處理不同光線條件下的細節(jié)，為手機影像的提升提供了基礎(chǔ)保障。

站在今天，麒麟9000令人驚艷的革新與它面臨的難題，讓我想到了一首詩：如果不被河流接受，那就成為一艘船，等待風(fēng)雨過后即可?？v被浪擊，也絕不沉沒。

在內(nèi)卷化中重建未來，可能嗎？

美國 政治學(xué)家薩繆爾·P·亨廷頓在《文明的沖突與世界秩序的重建》中指出，高水平的經(jīng)濟相互依賴“可能導(dǎo)致和平，也可以導(dǎo)致戰(zhàn)爭，這取決于對未來貿(mào)易的預(yù)期”。如果各國預(yù)期高水平的相互依賴不會持續(xù)，戰(zhàn)爭就可能出現(xiàn)。

顯然，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的相互依賴關(guān)系，必然會在地緣政治局勢下變得充滿不確定性，因此，各大廠商之間的戰(zhàn)爭恐怕會變得更加激烈。

所以我們會在內(nèi)卷化的同時，看到一些微妙的故事，華為高端麒麟芯片的供應(yīng)困境，OV米對高通芯片采用比例下調(diào)，三星迅速入場有制衡高通的意味，高通又將驍龍875 5G芯片交給了三星來生產(chǎn)……一切都說明，沒有人永遠是這個舞臺上的主角。

在移動芯片的牌局上，中國占據(jù)的位置、手中的牌面，也備受關(guān)注。關(guān)于未來，我們沒有答案，而是想講兩個故事：

中美韓紛紛研究新材料以期替代硅材料制造半導(dǎo)體，日本學(xué)者曾向當局抱怨“政府支持不足”，英特爾CEO Bob Swan 也曾寫公開信號稱“先進芯片在美制造比例不足”，希望美國政府鼓勵建生產(chǎn)廠。到底應(yīng)該像日本一樣牢牢抓住自己的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，還是像美國一樣選擇查漏補缺、全面撒網(wǎng)，對于多年造芯的中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，需要選擇的智慧。

另一個故事發(fā)生在不久前，2018年華為手機出貨量首次超過蘋果，這是麒麟970（首款搭載了NPU處理器的華為芯片）在市場上收獲的漂亮一仗。其實這款產(chǎn)品推出時，蘋果和谷歌也都曾在產(chǎn)品上強調(diào)過AI，但并未深挖，這給了華為Mate10系列憑借AI攝影、GPU Turbo等技術(shù)打破了智能手機線性發(fā)展的固有路徑，遇上了洗牌品牌認知、沖擊原本市場結(jié)構(gòu)的窗口期。

在以技術(shù)為原力的移動芯片世界里，勞而無功的事情經(jīng)常會發(fā)生，但超車機會是否會在一次次碰壁、探索中出現(xiàn)，考驗的是勇氣與毅力。

1793年，馬戛爾尼率領(lǐng)英國使團訪問中國，當時大國余威仍在，耕地面積不斷增加，人口增加到3億，幾乎達到了農(nóng)耕文明的極限，年逾八旬的乾隆自得地自稱為“十全老人”。

然而上，封閉的帝國其實早已陷入了“停滯”。黃宗智在《 長江三角洲小農(nóng)家庭與鄉(xiāng)村發(fā)展》中將康乾盛世時期評價為“沒有發(fā)展的增長”，即“內(nèi)卷化”。但乾隆沒有感覺，他拒絕了使團擴大貿(mào)易的要求，“一點兒新鮮事物都為之膽戰(zhàn)心驚”，希望他們速速回國。

對新事物始終保持一點敏銳、一點盼望、一點希冀，或許是行走在逆旅之中的全球移動芯片行業(yè)，以及中國都需要學(xué)習(xí)的。
責(zé)任編輯:tzh