芯片自研的另一堵牆：爲什麼高通難以逾越？
今年5月，oppo旗下的芯片設計公司哲庫突然宣佈關閉後，oppo前營銷副總沈義人在隔天凌晨發了條微博：錢不能解決的問題，往往纔是真正的“難題”。
哲庫關閉的原因尚無定論，外界的猜測既有財務層面的計算，也有地緣層面的考量。比如美國很有可能如法炮製對海思的禁令，導致芯片無法生產。考慮到哲庫的自研NPU芯片採用了6nm製程，這種觀點並非沒有可能。
同時，包括哲庫在內，大多數中國手機品牌在自研芯片上都選擇了一種漸進策略——把手機SoC想象成多個芯片拼裝起來的大芯片，國內品牌的策略則是從邊緣的芯片開始，一點一點換成自研芯片，最終實現整塊SoC的自研。在關閉前，哲庫已經發布了NPU芯片，據說自研的AP芯片也即將量產。
不過，無論這種策略進展如何，最終都會觸及高通的核心地帶。
高通與手機品牌的關係比較複雜：高通的收入依賴手機品牌的出貨量，但由於高通在高端SoC上的巨大份額，導致手機品牌也依賴着高通，比如“首發驍龍芯片”會成爲賣點。另外，高通的拳頭產品除了驍龍系列SoC，還有技術難度更大的基帶芯片——這是蘋果都沒跨過的高牆。
2019年初，蘋果公司的COO傑夫·威廉姆斯(Jeff Williams)向美國聯邦貿易委員會（FTC）證實，蘋果曾希望在最新款iPhone中使用高通的4G LTE處理器，但被高通拒絕。
此前，高通爲蘋果提供用於支持手機通訊的基帶芯片，而蘋果控訴高通對收取過高專利授權費用，高通則指責蘋果扣留約80億美元的應付專利費用。
基帶芯片是手機的核心零部件之一，在華爲的芯片無法獲得代工後，能夠在主流市場站穩腳跟的幾乎只有高通和聯發科，在高端機型裡，高通幾乎處於壟斷地位，這也爲它帶來了巨大的商業話語權。
在與蘋果的合作中，高通只向蘋果提供通訊相關的服務，卻按照整機售價5%的金額進行收費。也就是說，只要蘋果手機漲價，高通都能等比例沾光。
2016年後，蘋果一邊和高通打官司，一邊引入二供：從iPhone 7開始，到了iPhone XS和iPhone XR一代，全部使用了英特爾的基帶芯片。
也是從那時起，iPhone就不斷被曝出信號問題，並且隨着5G開始普及，除了華爲，幾乎所有的5G機型的內置基帶芯片都來自高通。此時蘋果蠢蠢欲動，但革命戰友英特爾卻不出意外的掉了鏈子：5G基帶芯片遲遲沒有進展，最早也要2020年才能發佈5G手機。
2018年第四季度，蘋果創下三年來最大銷量降幅。2019年第一季度，出貨量繼續暴跌30%[11]。
於是，蘋果做了一件不太符合其行事風格的事：向高通低頭。
蘋果也啃不動的硬骨頭
2019年4月16日，蘋果、高通發出一紙公告，宣佈彼此握手言和，撤銷雙方在全球範圍內的全部訴訟。當日，高通股價應聲上漲23%，創下1999年以來單日最高漲幅。
這場長達兩年的法律糾紛圍繞着手機上最關鍵的零件之一：基帶芯片。
基帶芯片之於手機，相當於大腦之於人體。簡單來說，它負責將外界語音、數據信號編譯成用來發射的基帶碼，又將收到的基帶碼解碼成人類可以理解的語音或其他數據信號。
從技術層面看，基帶/BP芯片的技術難度比手機的處理器/AP芯片還要高。2G/3G時代，飛思卡爾、德州儀器、英飛凌、意法半導體都曾稱霸一方。早期的iPhone基帶芯片就由英飛凌獨家供應，到了4G時代，市場迅速集中，主流基帶芯片的開發商只剩下了高通、華爲、聯發科幾家。
2019年，華爲在北京發佈的巴龍5000就是一款基帶芯片
華爲一度早於高通發佈第一款5G基帶芯片，但由於制裁無法獲得代工。因此在高端手機市場，高通幾乎是唯一的選擇。
2010年，蘋果在iPhone 4中引入高通，與主供應商英飛凌同臺競爭，結果裝配了高通芯片的iPhone性能完勝。隨後，高通趁熱打鐵和蘋果簽訂了獨佔協議：高通每年支付蘋果10億美元，以此換取與蘋果的獨家合作；而蘋果則需要向高通支付專利費：每隻蘋果手機售價的5%[5]。
伴隨iPhone的暢銷，這筆協議蘋果越算越虧。在2016年協議到期前，蘋果開始謀劃引入基帶芯片的二供，把目光投向了英特爾。
英特爾的基帶芯片業務來自英飛凌，後者在失去蘋果訂單後就把這塊業務賣給了英特爾。當時，高通正因爲飽受爭議的商業模式引發衆怒，在韓國、歐盟和中國都被反壟斷調查。
英特爾時任CEO歐德寧在採訪時信心滿滿，順便借蘋果誇獎自己的高瞻遠矚：“喬布斯認爲這筆收購是明智之舉。”
蘋果的策略是先用英特爾的基帶芯片將高通一軍，然後逐漸過渡到自研芯片，市場一度有消息稱蘋果會與聯發科合作研發。2016年，覺得時機已到的蘋果在iPhone 7中引入英特爾作爲二供，同時對高通發起訴訟。
然而蘋果千算萬算，沒算到英特爾掉鏈子：根據Cellular Insights的測試，高通基帶版的iPhone網絡性能，普遍比英特爾版高出了30%。而爲了讓兩個版本的網絡性能齊平，蘋果甚至故意降低高通版本的信號能力[2]。
到了2019年，高通已經開始向三星供應5G基帶芯片，眼看着英特爾連4G還沒整明白，蘋果只好放下身段，與高通達成和解。
基帶芯片的研發難點主要在於兼容性。比如，5G基帶芯片需要同時兼容2G/3G/4G網絡，同時還要適應各個國家和地區使用的手機通信頻段，這也是爲什麼有基帶芯片設計能力的，往往都是歷史悠久的通信巨頭。
另外，後來者往往還需要繞開先發公司的專利牆，這又增加了研發難度。英特爾的基帶芯片業務收購自英飛凌，後者則又脫胎於西門子的半導體部門。2015年，英特爾還收購了威睿電通，獲得CDMA相關技術，但顯赫家世加上資本運作，依然補不足技術的短板。
蘋果和高通和解後，打包收購了英特爾的基帶芯片部門。按照規劃，蘋果打算到2024年，80%的iPhone使用自研芯片，20%向高通採購。然而，根據果學第一人郭明錤的爆料，蘋果自研5G基帶芯片失敗，高通仍將是新機型5G基帶芯片的獨家供應商[7]。
在英特爾的基帶部門被收購後，原本在中國西安300人規模的研發團隊也就地解散[3]。有媒體報道稱，大部分員工被哲庫陸陸續續收入麾下。至於哲庫在內部是否啓動了基帶芯片的研發，已經不得而知。
而對高通來說，基帶芯片上的技術優勢，會變成公司經營決策力一個重要的槓桿，撬動巨大的商業話語權。
買基帶送芯片
2015年2月，在經歷14個月的調查後，高通在中國支付了9.75億美元的罰款，並被責令調整專利授權模式。同年12月，歐盟也指控高通濫用市場地位，打壓競爭對手；2016年12月，韓國反壟斷機構對高通處以8.54億美元的罰款。
一系列訴訟本質上抗議的是高通的商業模式：高通將芯片和專利許可進行捆綁銷售，使得世界幾乎所有手機廠商都無法繞過高通。
高通的迅速發展開始於90年代初期對CDMA路線的押注，並在這個過程中積累了大量的專利。2G時期，CDMA的優勢並不明顯，但到了3G時代，高通專利積累的價值被迅速放大。這一技術的所有專利，基本都被高通包圓。後來者想要使用，要麼向高通支付高額專利費用，要麼繞開所有專利。
所以，蘋果自研基帶的難點並不全是技術問題，而是如果依舊使用高通的專利，那麼自研的意義就幾乎爲零。
由於海思的基帶芯片只供應華爲手機，在利潤最豐厚的高端機市場裡，基帶芯片幾乎被高通壟斷。比如三星有自己的基帶芯片，但高端機型依然採用高通的方案。這也讓高通創造了一種特殊的商業模式，業內戲稱爲“買基帶送芯片”。
一部手機裡有上百個芯片，理論上來說，手機品牌可以自由選擇芯片廠商，但在高通的框架下，如果手機品牌選擇高通之外的芯片供應商，就需要支付更高的專利使用費[6]。舉例來說，如果手機品牌同時採用聯發科的處理器和高通的基帶芯片，那麼就要向高通多交錢。
捆綁銷售在半導體產業中並不鮮見。博通就曾將電視機頂盒芯片和寬帶調制解調器芯片等產品捆綁出售。這本質上是科技公司基於優勢業務上的領先地位，打壓競爭對手，擴大商業話語權的手段。但這也導致利潤率本就不高的手機品牌對高通形成依賴，手機“含高量”爆表。
而爲了保證專利的壟斷地位，高通往往還會要求手機品牌簽署“反授權協議”。舉例來說，比如A品牌和B品牌都採購了高通的芯片，並且與高通簽署了反授權協議，那麼A/B都會將自己的一部分專利反向授權給高通。如果A品牌的手機使用了B品牌的專利，也不會被認定爲侵權。
由於手機市場產品同質化極強，在專利上侵權的風險比較高。反向授權的好處是加入了一個專利聯盟，但壞處是聯盟的掌舵者是高通。
中國手機品牌的芯片自研路線，通常從邊緣的ISP（圖像信號處理器）入門，哲庫則從技術難度更大的NPU入手，最後攻克難度最大、成本最高的CPU、基帶芯片等環節，最終實現一整塊SoC對高通的替代。但無論這個路徑多麼完美，最後都會不可避免的和高通產生利益糾紛。
從高通多年的訴訟過程來看，這是一塊不折不扣的硬骨頭。儘管被各國政府罰了個遍，但目前高通正在準備上訴，推翻歐盟的反壟斷制裁。
目前，除了中低端市場的展銳，中國大陸能在處理器和基帶芯片上打破高通壟斷的，只有海思一家。不過由於海思的芯片不外供，其他品牌長時間裡也只能依賴高通。
2014 年至 2021 年全球基帶處理器份額
另一方面，華爲被制裁後，也帶來了嶄新的問題：包括基帶芯片在內的產品無法獲得代工，導致海思空有設計能力，卻無法生產。目前，華爲的手機也只能使用高通的芯片組。
繞不開的臺積電
2020年6月，美國針對華爲的禁令再度升級，海思推出了迄今最後一代手機SoC：5nm製程的麒麟9000。依靠這款芯片，華爲在全球5G手機中一度佔據54.8％的份額。
華爲一直是臺積電第二大客戶，在制裁升級前的2019年，華爲貢獻了361億元銷售額，佔臺積電總營收的14%。
從2009年的K3V1算起，海思花了近十年的時間，讓麒麟芯片在性能參數上超過了高通驍龍，這一方面是海思在漫長時間裡積累的的設計能力，但另一方面，臺積電是這個過程中很容易被低估的一個角色。
由於格羅方德、聯電等晶圓廠早早宣佈不再探索10nm以下的先進製程，目前高端製程的代工廠實質上只有兩家：臺積電和三星。2019年，兩家公司都已經量產5nm工藝。
需要特別指出的是，所謂5nm已經脫離了物理學的含義，本質上是一個代工廠技術迭代的宣傳概念，並非指實際工藝水平。
麒麟9000原本的對標產品是高通的驍龍888，此前，高通的驍龍855和865兩代芯片都選擇臺積電7nm工藝。但驍龍888最終採用了三星的5nm工藝，同工藝的產品還有三星自家的Exynos 2100，而麒麟9000和同期的蘋果A14選擇了臺積電5nm。
事實證明，雖然工藝節點相同，但三星的5nm工藝卻在功耗控制上不敵臺積電，驍龍888因爲功耗過高，頻繁出現手機發燙和電池不耐用的問題，一衆旗艦機型在發佈前給驍龍888做足了宣傳，結果慘遭打臉。
搭載驍龍888的小米11在長時間重度遊戲負載的場景下，機身溫度一度逼近50℃。B站整活up主還做了用小米11煎雞蛋的視頻，雷總也因小米11的發熱問題被罵上熱搜，替三星和高通背了黑鍋。
另一位三星的大客戶是英偉達，其RTX30系GPU採用了三星8nm工藝，但到了RTX40系產品，英偉達也換成了臺積電N4（4nm）工藝。驍龍888的後續產品驍龍8 Gen1換成了三星4nm工藝，但依然存在“火龍”問題。去年7月，分析師郭明錤透露，2023年至2025年的驍龍8芯片，將全部轉由臺積電代工[8]。
簡而言之，海思從麒麟980開始的領先地位，既有本身的芯片設計能力，很可能也有臺積電的技術優勢發揮的作用。
另一方面，考慮到針對華爲的制裁，海思很有可能拿出了更多超前的技術儲備。
一般來說，芯片設計公司都有明確的研發路線圖，比如英特爾去年發佈了13代酷睿處理器，但15代酷睿很可能已經在流片試產了。而海思在遇到制裁的背景中，有可能將研發規劃中的未來產品提前上線，實現了更強的參數性能。
當然，這只是一種推測——突然的制裁，也有可能打亂原本的研發規劃。
一個典型的芯片研發路線圖
要真正要全方位超過高通，恐怕比我們想象的更難。而到2022年，1000萬片麒麟芯片幾乎用盡，海思在手機芯片市場的份額已經接近歸零。
無論哲庫的研發規劃如何謹慎，它都不可避免的會撞上高通的專利牆和臺積電的代工。考慮到哲庫的第一代產品馬里亞納X已經採用了非常激進的臺積電6nm製程——同期蘋果的A系列芯片還停留在7nm。
一旦哲庫在技術上逼近高通的核心區域，是否會遭遇類似的制裁，顯然不能排除這個可能性。
而海思當年的成功，凝聚了太多東風。比如恰逢智能手機高速擴張，同時也有安防、運營通訊等多個業務線支撐龐大的芯片研發支出，半導體產業的深度分工，也爲芯片設計公司創造了一個紅利期。
時至今日，即便哲庫拿出同樣的投入與信心，那些勾勒產業格局的歷史進程，也都正朝着相反的方向行進。
尾聲
哲庫關停後，市場對其背後的原因有諸多猜測，但迴歸商業的本質，哲庫關停最根本的原因或許正如CEO劉君所說：“營收不達預期，難以承受芯片負擔。”
我們在上一篇文章中提及，自研芯片的核心目的是通過技術獨佔，與競爭對手在產品差異化上形成優勢。但這也會導致自研芯片的市場天花板，完全取決於自身品牌的出貨量，顯然難以攤薄研發成本，成本增加甚至會影響手機本身的銷售。
考慮到手機市場整體的蕭條，以及未來很有可能面臨的專利與代工問題，收攤不幹也許在商業上是對的選擇。
但如果只考慮“替代高通”這個目的，最理想的方案可能是國內手機品牌依靠龐大的出貨量總額，一起培養一家大陸的芯片設計公司，這在行業裡並非沒有先例。
如今的光刻機巨頭ASML，其發展契機就源於英特爾、摩托羅拉、AMD、IBM等美國企業希望打破日本在光刻機上的壟斷，一邊入股一邊送訂單，一口一口喂成出全球頂級的芯片設備公司。
世紀初，國內彩電巨頭TCL、創維、康佳等公司也一度計劃聯手解決LCD面板卡脖子問題，拉來京東方和深圳政府，想依託深圳的雄厚財力上馬6代線——不過最終被夏普攪黃，這纔有了後面京東方落戶合肥的佳話。
但考慮到手機市場競爭之激烈，手機品牌對市場份額愈加激烈的你爭我奪，這個方案有顯得過於理想，缺乏實際的可行性。
長期的願景與商業的現實向來難以權衡，這讓孤注一擲的勇氣便更顯得彌足珍貴。
參考資料
[1] 甩開高通：蘋果放大招 要跟聯發科合作造基帶，快科技
[2] 英特爾基帶甩賣蘋果：十年難撼高通 無奈作別移動，新浪科技
[3] 獨家：英特爾西安基帶部門全部裁員，波及數百人，半導體行業觀察
[4] OPPO關閉哲庫48小時：團建變“畢業旅行”，業界巨頭啓動搶人模式，時代週報
[5] 蘋果高通專利大戰終落幕：同意撤銷所有訴訟，華爾街日報
[6] 國產基帶芯片研究框架，方正證券
[7] iPhone 15還得用高通！蘋果自研5G基帶芯片被曝難產至2025年，芯東西
[8] 曝高通全新驍龍8系旗艦芯片由臺積電代工：告別三星，快科技
[9] 歐洲用戶歡呼 高通包攬三星S23訂單：只因Exynos芯片翻車，快科技
[10] Apple's 5G iPhone shift bogged down by Qualcomm chip battle，CNET
[11] Worldwide Quarterly Mobile Phone Tracker，IDC
編輯：李墨天
視覺設計：疏睿
責任編輯：李墨天
研究支持：何律衡