小米玄戒O1是不是國產芯片？是不是自研芯片？研發難在哪？_風聞

來源 | 遠川科技評論

作者 | 何律衡

問題一：玄戒O1是不是國產芯片？

這個問題可以換成另一個問題：蘋果大名鼎鼎的A系列SoC**，算不算“美國芯片”****？**

作為當下同行對標與學習的對象，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個小時的發佈會上，A4芯片在PPT上的停留時間加起來不到20秒。產業界對A4普遍持“套殼三星”的嘲諷態度，但這已經是蘋果最大限度資源投入的結果。

A4在蘋果第一代iPad發佈會上初次亮相

為了這顆芯片，蘋果請來了傳奇芯片架構師Jim Keller、IBM頂級工程師Johny Srouji，以及通過收購PA Semi吸納的“大D哥”Daniel Dobberpuhl（領導了Alpha和StronARM項目）等一眾硅谷芯片設計頂級人才。

隨後，蘋果又收購了一家做主頻加速的芯片設計公司Intrinsity，這也是A4被認為和三星S5PC110“同父異母”的原因——三星採用了Intrinsity的技術開發了S5PC110芯片，搭載後者的三星Galaxy S大賣特賣，是iPhone的頭號競爭者。

而投入重金招兵買馬，蘋果才算完成了一顆芯片生產的第一個環節：設計。

一般來説，芯片可以劃分為設計、製造、封測三大環節，每個環節獨立存在，相互協作又涇渭分明，構成了集成電路產業最大的特徵：全球化語境下的高度分工。

在芯片設計這個環節，又需要用到新思、Cadence、Mentor Graphics（被西門子收購更名為Siemens EDA）開發的EDA工具，以及ARM為代表的公司開發的芯片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裏集成上百億晶體管，離開了EDA顯然是天方夜譚。

芯片設計完成後，流片和生產環節可以由台積電、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，應用材料提供的刻蝕設備，東京電子提供的塗膠顯影設備，科磊提供的檢測設備。

一台EUV光刻機由幾萬個零件組成，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錫，產生強度足夠大的EUV光源。這是美國限制EUV光刻機出口的技術源頭。

High-NA EUV光刻機鏡片，蔡司將其形容為“世界上最精確的鏡子”

而在生產過程中，以光刻膠為代表的半導體材料，大多由信越化學和羅姆這些公司供應。

封測環節的領頭羊是中國台灣的日月光，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，大部分工廠都建設在東南亞。

從設計電路到終端設備上點亮，一顆芯片遊歷的國家和地區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品牌，完成的其實是其中一個環節，即芯片設計。

把芯片視為樂高積木，設計環節可以比作拼裝圖紙。這個過程中，日本公司提供積木的生產材料，台積電或三星電子完成生產，在東南亞進行包裝，最後擺在貨架上。

如果我們將“國產芯片”定義為芯片的知識產權由該國公司掌握，那麼蘋果的A系列，小米的玄戒O1都屬於“國產芯片”。

但倘若“國產芯片”的定義是“芯片的全部生產流程都由一國公司完成，並且生產線上所有設備及其零部件都由一國公司供應”，那麼全世界沒有任何一部手機裏的SoC可以被稱為“國產芯片”。

現在沒有，過去沒有，將來也很可能不會有。

問題二：玄戒O1是不是自研芯片？

玄戒O1在設計過程中，採用了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是指芯片內部能夠執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芯片可以達到幾十上百個。

芯片設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出現之前，芯片IP大多由芯片設計公司自行設計，承擔後續的驗證和調試，一個簡單的數字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。

高投入和長週期拖垮了無數芯片設計公司，也為ARM開闢了市場空間。ARM不做芯片設計，專司架構和IP研發，通過授權的方式為芯片設計公司提供經過驗證的IP。後者可以通過購買ARM現成的IP“拼接”成芯片產品，也可以ARM IP+自研IP。

ARM的授權模式和良心收費，讓想擁有自己芯片的公司大幅降低了設計成本，整體拉低了行業門檻。從2000年至今，全球芯片設計公司的數量從200多家增長到超過1000家。

ARM也提供定製化IP服務，即公版IP對應的非公版IP，設計公司可以按照需求對IP進行定製化修改，除了收費更貴之外，設計公司還得承受後續驗證的時間成本以及可靠性風險，可謂機會與風險同在。

蘋果、高通、三星均採用或採用過非公版IP，但結局各有不同。

蘋果的A系列芯片從第三代A6開始採用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，後又因為研發成本過高以及下游軟件適配問題，轉向公版IP+非公版IP定製的模式。直到2021年收購脱胎於蘋果芯片團隊的Nuvia，基於後者的自研核心推出Oryon核心，“去ARM化”才慢慢走向正軌。

最悲劇的是三星，2016年推出第一代採用自研核心Mongoose的Exynos 8890，欲與同期高通驍龍820打擂台，結果功耗爆炸，能耗比感人。最後一代Exynos 990還被歐洲消費者貼臉開大，聯名要求更換為高通驍龍。

用同樣的積木，可以設計不同的排列組合方式，這個設計的過程可以視為“自研”。但在集成電路產業，決定芯片好壞的指標通常是具體清晰的參數規格，以及與軟件搭配組合形成的差異化體驗。

問題三：手機SoC的研發難在哪？

在這件事上，小米曾經是失敗者。

2014年10月，小米開始着手研發手機SoC，其產品澎湃S1在2015年7月完成硬件設計、首次流片，9月樣品回片、首次點量，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）旗下聯芯科技的SDR1860平台技術。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SoC的研發不僅僅是個技術問題，而是對一家公司技術研發、組織治理、財務管理的全方位考驗。

一般來説，旗艦機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，所以芯片設計部門的Deadline就是新機上市的一年前。

在這個時間之前，芯片設計部門需要完成架構設計與規劃、驗證仿真、IP****集成、物理實現、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覆修改、推倒重來的情況。整個流程就像多米諾骨牌，牽一髮而動全身。

在芯片設計環節，一旦某個環節超出預期，會形成連鎖式反應。

同時，芯片規模越大、設計越複雜、製程越先進，容錯率就越低。

一顆SoC（System on Chip/片上系統）是一塊大芯片上集成了多個小芯片的系統。每顆小芯片相當於一個小組作業，整顆手機SoC則是畢業論文。

畢業論文寫不完可以延期畢業，但手機是個快速迭代的電子產品，哪怕一個季度的延期，對銷量的影響都是災難性的。

芯片設計的另一個風險在於，芯片的研發過程中不產生任何現金流，很容易造成財務失控。

流片環節是成本的大頭，也是最“不可控”的一環——所謂流片，可以理解為將設計好的方案交給台積電等代工廠，由後者生產出樣品以芯片檢驗是否達到設計要求。

一顆6nm ISP流片一次的價格是4000萬美元，芯片越複雜，製程越先進，價格越高。同時，流片環節容錯率為零，哪怕一個微小的環節出現錯誤導致流片失敗，就得重新掏錢。

根據西門子EDA/Wilson研究小組出具的一組數據，2024年首次流片成功率僅在14%[4]。澎湃S1的後繼者S2傳聞就是多次流片失敗最終流產。

手機SoC的競爭往往涉及到最先進的工藝，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，根據製程技術細節調整芯片設計結構。

這裏又有優先級的問題，蘋果可以在台積電3nm開發初期就知道晶體管密度、金屬線間距、用的光刻機通光口徑是多少，最大程度提高設計環節的容錯率。顯然，不是所有公司都有這個待遇。

問題四：小米為什麼要做SoC？

從蘋果到三星，從華為到小米，每個手機品牌都有一顆自研SoC的心。

2007年，蘋果內部造芯計劃已箭在弦上，這一年的iPhone發佈會上，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，強調計算設備應該具備易用性、靈活性和個性化。用現在的話來説，就是提高消費者體驗。

消費者是為體驗買單的。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，沒有適配的軟件和功能打配合，不過是給瞎子拋媚眼。

產業的分工讓高通、聯發科這一類第三方芯片供應商拔地而起，終端廠商依靠供應商的硬件方案找到了性價比高點，也給軟件的開發設定好了結界。

第三方供應商的芯片講究通用性，但這種通用性最大的問題在於，高通會按照所有客户需求的最大公約數指引芯片設計，不可避免的會忽略特殊的需求。

特斯拉在轉向自研FSD芯片前，採用Mobileye的自動駕駛芯片，但很由於無法自定義或修改邏輯底層，想要優化算法還得等待Mobileye的通用更新，完全脱離了馬斯克預期的軟件快速迭代的節奏。

2016年官宣分道揚鑣之際，馬斯克在一封郵件中之直言“同行太菜”，“不幸的是，Mobileye必須支持數百款來自傳統車企的車型，因此無法跟上特斯拉的步伐。”[7]

手機品牌自研芯片與特斯拉最終轉向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上冗餘的NEON指令，減少了12%的晶體管浪費，同時定製AMX矩陣擴展單元，使得芯片的AI推理性能提升了8倍——這就是自行設計滿足特殊需求的典型案例。

設計SoC是一件門檻非常高的事情，十年前小米風頭無兩，但在線下渠道、IoT業務、供應鏈管理等環節還有諸多欠賬要補。

十年後二戰SoC，背景是小米重回全球三巨頭序列，第二大業務AIoT年收入突破1000億元。人有錢了就會有冒險精神，乾點長期主義的事，對公司來説也一樣。

問題五：玄戒O1成功了嗎？

如果成功的標尺是芯片量產，在終端設備上點亮，那麼玄戒O1是成功的。

如果成功的標準是通過芯片實現了預期的技術目標，並得到市場的驗證，那麼玄戒O1還沒有。

設計芯片的目的不是擺在展示櫃裏瞻仰，而是參與充分的市場競爭，實現產品體驗的提升和正向的財務回報，是一場名副其實的馬拉松——第一圈落後20米，第二圈只落後15米，直到齊頭並進甚至超車領先。

蘋果第一代A4還是“套殼三星”，第二代A5多核性能甚至落後英偉達Tegra 2，直到第三代A6憑藉自研的Swift架構單核性能翻倍，開始與同代頂級SoC平起平坐，再到A7率先進入64位時代，將仍處在32位時代的高通、三星遠遠拋在身後。

當SoC開始穩定迭代，也代表着整體架構、研發思路的確定，而圍繞SoC展開的軟件開發、零部件創新也會有跡可循，硬件升級的方向走向明晰，最終的目標是從手機業務延伸到其他硬件——即平台化。

手機SoC的“三大天王”——蘋果、三星、華為，共同點是擁有足以與手機業務媲美的硬件產品矩陣來分攤研發成本，比如手機和平板SoC之間大部分IP均可複用，高通此前諸多車載座艙芯片，都由同代的手機SoC魔改而來。

小米是世界一流的消費電子公司，但也是集成電路產業的新兵，他們面前有足夠多的教材可以參考，但這些被當作教材的企業當年躬身入局時，也曾抱着前輩的教材栽過跟頭。

集成電路產業的複雜性在於，定義這個產業的巨人建立起了密不透風的壁壘，足以讓任何躍躍欲試的挑戰者望而卻步；而它的魅力也在於，它有足夠長的技術空間和足夠大的市場規模，容得下不止一家的偉大公司。

參考資料

[1] 三星電子與台積電3nm良率難穩，或將影響明年訂單競爭，朝鮮日報

[2] 雷軍説，小米做手機芯片是九死一生，我為什麼還要做？steam在線

[3] 芯片工程師“保質期”有多久，路科驗證

[4] 芯片首次流片成功率為何大幅下降，Semiconductor Engineering

[5] 小米的“芯事”，AI藍媒匯

[6] 對話雷軍：小米10億造芯背後，第一財經

[7] Mobileye Parts Ways with Tesla，Industry Week

[8] 蘋果造芯：失敗、蟄伏、蓄力，然後打贏所有人，飯統戴老闆

[9] 為什麼哲庫沒有成為海思，遠川科技評論

[10] 危險的分工：從蘋果陷阱，到特斯拉幻影，遠川科技評論