中国芯片突围战，是科技史上最悲壮的长征

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中兴、华为事件给我们敲响的警钟，余音绕梁， 5G时代和AI时代我们没有理由不奋起直追。想要中国芯，这是最好的年代。

记者丨腾讯深网（ID：qqshenwang）

编辑丨郭一刀

“我们害怕华为站起来后，举起世界的旗帜反垄断。”多年前，时任微软总裁史蒂夫·鲍尔默、思科CEO约翰·钱伯斯在和任正非聊天时都不无担忧。

华为显然不会这么做，“我才不反垄断，我左手打着微软的伞，右手打着CISCO的伞，你们卖高价，我只要卖低一点，也能赚大把的钱。我为什么一定要把伞拿掉，让太阳晒在我脑袋上，脑袋上流着汗，把地上的小草都滋润起来，小草用低价格和我竞争，打得我头破血流。”

这是任正非的回答，在他看来，狭隘的自豪感会害死华为，并提醒华为尽可能用美国公司的高端芯片和技术。

这只是硬币的A面，硬币的B面是，落后就要挨打，中国企业在硬件（芯片）和软件层面（操作系统）都受制于美国。

“如果他们突然断了我们的粮食，Android 系统不给我用了，芯片也不给我用了，我们是不是就傻了？”2012年，在华为“诺亚方舟实验室”专家座谈会上，任正非说到。

据传，任正非看了美国电影《2012》以后，认为信息爆炸将像数字洪水一样，华为想生存下来就需要造一艘方舟。于是华为成立了专门负责创新基础研究的“诺亚方舟实验室”。

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早在实验室成立八年前，任正非便已经布下一颗棋子。“我每年给你四亿美金的研发费用，给你两万人。一定要站立起来，适当减少对美国的依赖。“

仓促受命的华为工程师何庭波当时一听就吓坏了，但公司已经做出了极限生存的假设，预计有一天，所有美国的先进芯片和技术将不可获得，那时华为要如何才能活下去？为了这个假设，“数千海思儿女，走上了科技史上最为悲壮的长征，为公司的生存打造“备胎”。何庭波回忆。

任正非的坚持和何庭波团队的负重前行，很可能决定了华为未来的生死存亡。

中兴事件和此次美国制裁华为给我们敲响的警钟，早已将芯片产业推至风口浪尖。命运的年轮带来了滔天巨浪，我们能做的，只有正视过去的长期落后和悲壮的前行之路，正视5G和AI时代下的新机遇，警钟长鸣、知耻而后勇。

失效的摩尔定律

带给我们新机遇的，不单单是5G和AI时代的到来，还有摩尔定律。

我们要讲的，不是“每18-24个月，集成电路上的元器件数目，就会增加一倍，性能和性价比也提升一倍”，而是摩尔定律的消亡。近年来，这个说法几次爆发，很多人不屑一顾，但作为英特尔创始人之一的摩尔本人早已认可。

先解释一下，它为什么会失效以及我们的机会在哪里。

1946年，人类社会第一台计算机诞生，重达30吨。形象点，它就是一堆电路。在这个电路中，电子元器件挺少，计算能力很弱。一年后，电子管迎来颠覆者，晶体管诞生，电子元器件开始微型化。

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庞大的电路，随之被集成到了一块硅片上，它的名字叫芯片。

微不可见的晶体管和电阻器，替代了电路中的电子管和电阻；而线路之间的间距，就是摩尔定律这些年进步的领域。就像在一个广场上，人们排列的越规律越紧密，能挤下的人就越多。电子元器件的数量直接决定着计算力。

近年来，芯片线路间距已经突破到了22nm、10nm或7nm（纳米），所以未来能缩小的空间有限。1nm是什么概念，一张纸的厚度也有100000nm。

当然，把芯片往大里做提高计算能力理论上可行，但成本太高。商用芯片太大的话终端设备也塞不下。

基础科学何时再次进步难以预测。以前有的选，产业界都在压缩间距。现在没得选了，间距压缩不了了，芯片性能想提升必须换方向。

不管是尝试新的线路架构，还是直接在晶体管上做文章，甚至换掉硅片的“底盘”角色，新的方向都代表着空白或浅薄，是没有技术壁垒的新机会。穷则变、变则通，况且我们一向擅长集中力量搞基建。

芯片制造

做芯片要经历设计、制造、封装、测试这一系列流程，其中的主要环节是设计和制造。通常情况下，这些环节是分离的，由不同企业负责。即使是巨头阿里，也只是设计针对自身业务的定制芯片，制造环节找台积电和中芯国际代工。

芯片制造需要重资金投入，还得度过长期的技术积累阶段。遍观全球五大芯片制造地——美国、欧洲、日本、韩国、中国台湾，都是在上世纪全球产业分工调整的时期，靠政策和资金崛起的。

当时韩国和中国台湾处于落后地位，三星受益于美日之争，买下了许多破产企业的生产线，台积电则认准芯片行业会产生分工，专心做芯片制造代工厂，也都翻了身。

芯片制程曾在157nm处卡过壳，当时就有摩尔定律失效的说法。全球头部厂商砸进几十亿美金，技术提升却微乎其微。

这时一位华人出手拯救了产业界，林本坚以一己之力，改变了台积电在芯片制造业的地位。

早年，林本坚效力于IBM，曾提出IBM与产业界一直追求的“X光”光刻机不是正确的方向。后来他辗转来到专注芯片制造的台积电，继续不走寻常路。

光刻机都是干式的，以空气为介质，产业界想在光刻机的“光”上做文章；林却想做浸润式的光刻机，在介质上下功夫，采用液体的水。芯片行业实行分工理念，有专门生产光刻机的企业，例如当时领先的尼康和佳能，还有落后的ASML。

2002年，风暴降临，传统介质的193光刻机走到了末路，几位继承者集体发难。光刻机生产商尼康和佳能终于烧出了一点成绩，做出了157nm干式光刻机。林本坚则出席了一场国际研讨会，抛出了浸润式光刻机理论，业界一片哗然。一种13nm的紫外线光刻机EVU，也被人提出。

这两个不被看好理论，最后都和ASML捆绑在一起。成品实现后，代表了其两个时期的最高水平。先做出产品的是林本坚设计出原型概念的193nm浸润式光刻机，EVU从193nm进步到13nm的步子太大，还要研究。

193nm浸润式光刻机成品出现后，原先订购了157nm干式光刻机的IBM等十多个大厂纷纷退单。 到2007年，IBM直接放弃了芯片制造业务，专注设计。台积电则靠着芯片代工成为了一家利润率超过苹果的庞然大物。

如今最常用的光刻机依然是193nm浸润式光刻机，最先进的则是已经实现的EVU光刻机。

2018年5月21日上午，ASML向华虹六厂交付的一台193nm双级沉浸式光刻机入驻上海浦东新区。同时，中芯国际又向荷兰ASML公司下单了EVU光刻机，预计排队到2019年初交付。遗憾的是，年初一场大火，烧到了ASML荷兰供应工厂，我们想要实现7nm芯片的制造，恐怕还得再等等。

光刻机这样扼住整个芯片行业喉咙的机器，也值得我们重视。它被誉为人类最精密复杂的机器，站在整个半导体行业食物链的制高点。没有制造生产设备和利用设备制造芯片的能力，除了烧得起钱的特殊领域，我们所探讨的芯片设计的机会，都是无根之水。

华为与IBM陷阱

实力强劲的巨头把持着从设计、制造、封装、测试到销售的整个链条，这种模式叫IDM模式，其中最大的是美国的Intel、其次是韩国的三星和SK海力士。

世界前十的IDM厂商中没有中国企业，因为我们基本采用着分工合作的Fabless+Foundry（设计+代工）模式。

前文大篇幅介绍了代工过程中生产技术和设备的重要性、目前的现状及机会，接下来的重心将转为芯片设计。

所谓的5G芯片、AI芯片，不管是巨头还是独角兽，基本都是着眼于芯片设计。

经过几十年的不断前行，我们终究还是积累出了近两千家芯片设计公司，位列世界首位。但论及总营收，却只占全球芯片营收的13%左右。 由此可见，国内的芯片企业大多着眼于中低端产品，利润很低。尤其是近年来芯片产业迎来发展，不到十年间数量翻了三倍，可以想象有多少同质化的产品。

而据IC insights 2017年报告，全球营收前十的芯片Fabless（设计）公司中，中国占了三席：联发科、海思、紫光。其中，华为旗下的海思半导体，可谓风头最盛。当然，这份名单排除了欧美日韩那些既设计又生产的IDM企业。

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芯片设计有多难？首先，企业要确定芯片种类和用途，在此基础上选用恰当的设计架构。其次，要付出高昂的成本，来购买设计工具EDA软件，它可以辅助电路设计提高效率。遗憾的是，美国的三家EDA企业几乎垄断了全球市场，据称华为海思每年为此付费在千万级别。

海思创建之时，华为还远没有今天财大气粗。1996年，海思日后的掌门人何庭波才刚念完北邮硕士加入华为。这一年，华为芯片事业起步，为了让团队用上国外的EDA软件，任正非不惜欠下高利贷。

华为的事业成长很快，何庭波也很快被委以重任，开始带团队。2004年，华为凭借在欧洲市场的优势成功突围。任正非缓了一口气，思考良久后，决定收回“谁再胡说（做手机），谁下岗”的决定。

任正非也有顾虑，当时的手机芯片基本都是西方的，华为要做手机就得把心脏攥在西方的手上，海思由此诞生。 任正非想起了有3G芯片研发经验的何庭波，把她找来做手机芯片。

华为手机发展有了起色，虽然国内的3G牌照一直卡着不发，但华为跑到了欧洲给运营商做定制手机，勉强立住了脚跟。2009年，好事儿都赶到了一块：国内3G牌照发放、华为有了第一款安卓手机、海思发布了首款应用处理器K3V1。

K3V1的制程为110nm，远远落后于人，能耗和兼容表现都很差，被自家手机放弃，只有山寨机愿意用它。海思刚发出第一声啼哭，就被市场教育得体无完肤。

又过了三年，海思用尽全力做出了K3V2，成功的安在了华为D1四核手机上。2012年是四核ARM的爆发年，K3V2是中国大陆首个四核心智能CPU，市场期待很高，但K3V2的能耗问题依旧堪忧，被失望的用户调侃为“暖手宝”。

之后，两年时间海思没有再出新芯片。“做得慢没关系、做得不好也没关系，只要有时间，海思总有出头的一天”，喜欢被称作工程师的何庭波，带着海思熬到2014年，八核芯片麒麟系列问世。以麒麟910为始，麒麟系列一扫K3系列的颓势，掀起了一段波澜壮阔的逆袭。

一直到今天的麒麟980，海思气势如虹，制程达到了全球最领先的7nm，性能与功耗的平衡也堪称业界绝佳。

 CPU是所有人都很熟悉的，电脑和手机的大脑。谁都想要一颗更聪明的大脑，同样也想要性能更好的CPU，因此芯片上的电子元器件越多越好，必须要按合理的设计架构来设计电路。

 Intel占据先机，提出了x86架构，几乎垄断了整个电脑芯片市场。装在电脑里的Intel芯片虽然体积稍大一点，用电多了点，但性能极佳。同期一家叫ARM的企业，提出了一种体积小巧又省电的芯片架构，在PC电脑时代芯片这完全是鸡肋。

直至智能机横空出世，体积小巧又耗能低的ARM架构成为首选，几乎垄断了手机芯片。ARM公司并没有像Intel一样，借助架构成为垄断地位的行业霸主。这是因为，在上世纪末，ARM为了活下去，决定不再自己做芯片，而是授权给其他公司，赚取授权费。

终端的电脑和手机芯片，对应着X86和ARM两种架构，分别诞生出Intel和高通两大芯片霸主。

华为并不仅仅有终端，事实上，作为全球五大通信设备商之首，华为最值得骄傲的产品是自家的基站。想要用上5G，既要看用户的手机能否接入5G网络，还得看运营商的基站能否提供5G网络。

华为独揽着5G标准的1600多项核心专利，早在今年1月就发布了首款5G基站芯片—天罡，同时宣布截至当时已获得30份5G商用合同，其中18份来自欧洲。

目前来看，5G芯片TOP 2的玩家，大概率就是高通和华为。 

华为，如果既想卖5G基带芯片，又想卖5G手机，需要警惕IBM陷阱。

“IBM陷阱”是指：IBM野心太大满盘通吃，无论是芯片、系统还是产品都亲自上阵。但IBM既生产服务器芯片，又生产搭载这种芯片的服务器。试问，哪家服务器生产商愿意用Power架构芯片呢？

诚然，IBM的Power架构优点很多，性能也很好，但IBM注定无法用它撼动Intel服务器的地位。

有道是“无欲则刚”，Intel的X86服务器架构成功垄断市场，恰恰是因为它只钻研服务器芯片，却坚决不生产服务器，留出一部分利润给下游。

ARM早已被大范围授权，手机芯片不是高通一家的生意。华为，在2016年研发出了首款ARM服务器芯片。“麒麟”ARM手机芯片更是达到了世界顶级水平。

5月22日，ARM宣布将暂停与华为的全部业务。值得注意的是， 华为拥有ARM V8永久授权，可以长期自主研发ARM处理器。

能把握5G时代芯片机会的毕竟还是少数，对多数企业而言，机会在于即将到来的AI时代。

AI芯片新机遇

中国最有机会以弱胜强的领域，还在于AI芯片。寒武纪，背景是中科院孵化，目前估值位列全球AI芯片独角兽之首。

在AI芯片这条赛道上狂奔的企业，主要分三类：针对自身业务开发AI芯片的巨头，比如阿里、华为、特斯拉；针对自身业务开发芯片的AI创业企业，比如这两天靠着发布芯片登上新闻联播的依图；还有一类就是寒武纪之类的AI芯片创业公司。

从使用设备来看，AI芯片分为终端和云端两种。

终端很好理解，比如手机里除了5G基带芯片，当然也需要一些跑AI算法的芯片：华为的AI芯片更多的是服务摄像头拍出更好的照片，苹果的AI是为了更好的图像处理效果。云端芯片也有依图、寒武纪、阿里、百度等等选手参与。

从算法步骤来看，AI芯片分为训练和推断两类。

机器学习一般就分为这两步：先输入大量数据，训练出网络模型；再利用此模型，推断新数据的结果（比如语音识别说了什么，面部识别此人是谁）。其中训练过程设计海量数据和深度神经网络结构，目前主流选择是适合并行运算的英伟达GPU，但这并不是最优解，谷歌为此设计出了自己的TPU芯片，阿里也有此意向；而推断环节的可用芯片更是五花八门。

从CPU到GPU，再到偏通用的FPGA芯片和针对功能定制的ASIC芯片，其针对特定AI功能的倾向逐渐加深。这意味着从通用芯片年代积累下来的技术少，壁垒低，未来可探索空间高，机会更多。

更何况，这些都只是基于冯·诺依曼架构的芯片，运算器和存储器分离，只能单纯的提升运算速度，却很难压缩数据访问消耗的时间。因此，类脑芯片的构想也逐渐出现在了学术界和产业界。

因此，AI芯片几乎是一个另类的领域，给了芯片从业者们“回到过去”重新竞争的机会。

细数半导体行业，PC时代诞生了英特尔，移动互联网造就了高通和苹果，5G和人工智能时代这个全新的机会，谁又能成为霸主呢？

中兴、华为事件给我们敲响的警钟，余音绕梁， 5G时代和AI时代我们没有理由不奋起直追。想要中国芯，这是最好的年代。

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