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芯片自研的另一堵墙：为什么高通难以逾越？

晰数塔互联网快讯
2023-06-12 20:33

作者：叶子凌

今年5月，oppo旗下的芯片设计公司哲库突然宣布关闭后，oppo前营销副总沈义人在隔天凌晨发了条微博：钱不能解决的问题，往往才是真正的“难题”。

哲库关闭的原因尚无定论，外界的猜测既有财务层面的计算，也有地缘层面的考量。比如美国很有可能如法炮制对海思的禁令，导致芯片无法生产。考虑到哲库的自研NPU芯片采用了6nm制程，这种观点并非没有可能。

同时，包括哲库在内，大多数中国手机品牌在自研芯片上都选择了一种渐进策略——把手机SoC想象成多个芯片拼装起来的大芯片，国内品牌的策略则是从边缘的芯片开始，一点一点换成自研芯片，最终实现整块SoC的自研。在关闭前，哲库已经发布了NPU芯片，据说自研的AP芯片也即将量产。

不过，无论这种策略进展如何，最终都会触及高通的核心地带。

高通与手机品牌的关系比较复杂：高通的收入依赖手机品牌的出货量，但由于高通在高端SoC上的巨大份额，导致手机品牌也依赖着高通，比如“首发骁龙芯片”会成为卖点。另外，高通的拳头产品除了骁龙系列SoC，还有技术难度更大的基带芯片——这是苹果都没跨过的高墙。

2019年初，苹果公司的COO杰夫·威廉姆斯(Jeff Williams)向美国联邦贸易委员会（FTC）证实，苹果曾希望在最新款iPhone中使用高通的4G LTE处理器，但被高通拒绝。

此前，高通为苹果提供用于支持手机通讯的基带芯片，而苹果控诉高通对收取过高专利授权费用，高通则指责苹果扣留约80亿美元的应付专利费用。

基带芯片是手机的核心零部件之一，在华为的芯片无法获得代工后，能够在主流市场站稳脚跟的几乎只有高通和联发科，在高端机型里，高通几乎处于垄断地位，这也为它带来了巨大的商业话语权。

在与苹果的合作中，高通只向苹果提供通讯相关的服务，却按照整机售价5%的金额进行收费。也就是说，只要苹果手机涨价，高通都能等比例沾光。

2016年后，苹果一边和高通打官司，一边引入二供：从iPhone 7开始，到了iPhone XS和iPhone XR一代，全部使用了英特尔的基带芯片。

也是从那时起，iPhone就不断被曝出信号问题，并且随着5G开始普及，除了华为，几乎所有的5G机型的内置基带芯片都来自高通。此时苹果蠢蠢欲动，但革命战友英特尔却不出意外的掉了链子：5G基带芯片迟迟没有进展，最早也要2020年才能发布5G手机。

2018年第四季度，苹果创下三年来最大销量降幅。2019年第一季度，出货量继续暴跌30%。

于是，苹果做了一件不太符合其行事风格的事：向高通低头。

苹果也啃不动的硬骨头

2019年4月16日，苹果、高通发出一纸公告，宣布彼此握手言和，撤销双方在全球范围内的全部诉讼。当日，高通股价应声上涨23%，创下1999年以来单日最高涨幅。

这场长达两年的法律纠纷围绕着手机上最关键的零件之一：基带芯片。

基带芯片之于手机，相当于大脑之于人体。简单来说，它负责将外界语音、数据信号编译成用来发射的基带码，又将收到的基带码解码成人类可以理解的语音或其他数据信号。

从技术层面看，基带/BP芯片的技术难度比手机的处理器/AP芯片还要高。2G/3G时代，飞思卡尔、德州仪器、英飞凌、意法半导体都曾称霸一方。早期的iPhone基带芯片就由英飞凌独家供应，到了4G时代，市场迅速集中，主流基带芯片的开发商只剩下了高通、华为、联发科几家。

2019年，华为在北京发布的巴龙5000就是一款基带芯片

华为一度早于高通发布第一款5G基带芯片，但由于制裁无法获得代工。因此在高端手机市场，高通几乎是唯一的选择。

2010年，苹果在iPhone 4中引入高通，与主供应商英飞凌同台竞争，结果装配了高通芯片的iPhone性能完胜。随后，高通趁热打铁和苹果签订了独占协议：高通每年支付苹果10亿美元，以此换取与苹果的独家合作；而苹果则需要向高通支付专利费：每只苹果手机售价的5%。

伴随iPhone的畅销，这笔协议苹果越算越亏。在2016年协议到期前，苹果开始谋划引入基带芯片的二供，把目光投向了英特尔。

英特尔的基带芯片业务来自英飞凌，后者在失去苹果订单后就把这块业务卖给了英特尔。当时，高通正因为饱受争议的商业模式引发众怒，在韩国、欧盟和中国都被反垄断调查。

英特尔时任CEO欧德宁在采访时信心满满，顺便借苹果夸奖自己的高瞻远瞩：“乔布斯认为这笔收购是明智之举。”

苹果的策略是先用英特尔的基带芯片将高通一军，然后逐渐过渡到自研芯片，市场一度有消息称苹果会与联发科合作研发。2016年，觉得时机已到的苹果在iPhone 7中引入英特尔作为二供，同时对高通发起诉讼。

然而苹果千算万算，没算到英特尔掉链子：根据Cellular Insights的测试，高通基带版的iPhone网络性能，普遍比英特尔版高出了30%。而为了让两个版本的网络性能齐平，苹果甚至故意降低高通版本的信号能力。

到了2019年，高通已经开始向三星供应5G基带芯片，眼看着英特尔连4G还没整明白，苹果只好放下身段，与高通达成和解。

基带芯片的研发难点主要在于兼容性。比如，5G基带芯片需要同时兼容2G/3G/4G网络，同时还要适应各个国家和地区使用的手机通信频段，这也是为什么有基带芯片设计能力的，往往都是历史悠久的通信巨头。

另外，后来者往往还需要绕开先发公司的专利墙，这又增加了研发难度。英特尔的基带芯片业务收购自英飞凌，后者则又脱胎于西门子的半导体部门。2015年，英特尔还收购了威睿电通，获得CDMA相关技术，但显赫家世加上资本运作，依然补不足技术的短板。

苹果和高通和解后，打包收购了英特尔的基带芯片部门。按照规划，苹果打算到2024年，80%的iPhone使用自研芯片，20%向高通采购。然而，根据果学第一人郭明錤的爆料，苹果自研5G基带芯片失败，高通仍将是新机型5G基带芯片的独家供应商。

在英特尔的基带部门被收购后，原本在中国西安300人规模的研发团队也就地解散。有媒体报道称，大部分员工被哲库陆陆续续收入麾下。至于哲库在内部是否启动了基带芯片的研发，已经不得而知。

而对高通来说，基带芯片上的技术优势，会变成公司经营决策力一个重要的杠杆，撬动巨大的商业话语权。

买基带送芯片

2015年2月，在经历14个月的调查后，高通在中国支付了9.75亿美元的罚款，并被责令调整专利授权模式。同年12月，欧盟也指控高通滥用市场地位，打压竞争对手；2016年12月，韩国反垄断机构对高通处以8.54亿美元的罚款。

一系列诉讼本质上抗议的是高通的商业模式：高通将芯片和专利许可进行捆绑销售，使得世界几乎所有手机厂商都无法绕过高通。

高通的迅速发展开始于90年代初期对CDMA路线的押注，并在这个过程中积累了大量的专利。2G时期，CDMA的优势并不明显，但到了3G时代，高通专利积累的价值被迅速放大。这一技术的所有专利，基本都被高通包圆。后来者想要使用，要么向高通支付高额专利费用，要么绕开所有专利。

所以，苹果自研基带的难点并不全是技术问题，而是如果依旧使用高通的专利，那么自研的意义就几乎为零。

由于海思的基带芯片只供应华为手机，在利润最丰厚的高端机市场里，基带芯片几乎被高通垄断。比如三星有自己的基带芯片，但高端机型依然采用高通的方案。这也让高通创造了一种特殊的商业模式，业内戏称为“买基带送芯片”。

一部手机里有上百个芯片，理论上来说，手机品牌可以自由选择芯片厂商，但在高通的框架下，如果手机品牌选择高通之外的芯片供应商，就需要支付更高的专利使用费。举例来说，如果手机品牌同时采用联发科的处理器和高通的基带芯片，那么就要向高通多交钱。

捆绑销售在半导体产业中并不鲜见。博通就曾将电视机顶盒芯片和宽带调制解调器芯片等产品捆绑出售。这本质上是科技公司基于优势业务上的领先地位，打压竞争对手，扩大商业话语权的手段。但这也导致利润率本就不高的手机品牌对高通形成依赖，手机“含高量”爆表。

而为了保证专利的垄断地位，高通往往还会要求手机品牌签署“反授权协议”。举例来说，比如A品牌和B品牌都采购了高通的芯片，并且与高通签署了反授权协议，那么A/B都会将自己的一部分专利反向授权给高通。如果A品牌的手机使用了B品牌的专利，也不会被认定为侵权。

由于手机市场产品同质化极强，在专利上侵权的风险比较高。反向授权的好处是加入了一个专利联盟，但坏处是联盟的掌舵者是高通。

中国手机品牌的芯片自研路线，通常从边缘的ISP（图像信号处理器）入门，哲库则从技术难度更大的NPU入手，最后攻克难度最大、成本最高的CPU、基带芯片等环节，最终实现一整块SoC对高通的替代。但无论这个路径多么完美，最后都会不可避免的和高通产生利益纠纷。

从高通多年的诉讼过程来看，这是一块不折不扣的硬骨头。尽管被各国政府罚了个遍，但目前高通正在准备上诉，推翻欧盟的反垄断制裁。

目前，除了中低端市场的展锐，中国大陆能在处理器和基带芯片上打破高通垄断的，只有海思一家。不过由于海思的芯片不外供，其他品牌长时间里也只能依赖高通。

2014 年至 2021 年全球基带处理器份额

另一方面，华为被制裁后，也带来了崭新的问题：包括基带芯片在内的产品无法获得代工，导致海思空有设计能力，却无法生产。目前，华为的手机也只能使用高通的芯片组。

绕不开的台积电

2020年6月，美国针对华为的禁令再度升级，海思推出了迄今最后一代手机SoC：5nm制程的麒麟9000。依靠这款芯片，华为在全球5G手机中一度占据54.8％的份额。

华为一直是台积电第二大客户，在制裁升级前的2019年，华为贡献了361亿元销售额，占台积电总营收的14%。

从2009年的K3V1算起，海思花了近十年的时间，让麒麟芯片在性能参数上超过了高通骁龙，这一方面是海思在漫长时间里积累的的设计能力，但另一方面，台积电是这个过程中很容易被低估的一个角色。

由于格罗方德、联电等晶圆厂早早宣布不再探索10nm以下的先进制程，目前高端制程的代工厂实质上只有两家：台积电和三星。2019年，两家公司都已经量产5nm工艺。

需要特别指出的是，所谓5nm已经脱离了物理学的含义，本质上是一个代工厂技术迭代的宣传概念，并非指实际工艺水平。

麒麟9000原本的对标产品是高通的骁龙888，此前，高通的骁龙855和865两代芯片都选择台积电7nm工艺。但骁龙888最终采用了三星的5nm工艺，同工艺的产品还有三星自家的Exynos 2100，而麒麟9000和同期的苹果A14选择了台积电5nm。

事实证明，虽然工艺节点相同，但三星的5nm工艺却在功耗控制上不敌台积电，骁龙888因为功耗过高，频繁出现手机发烫和电池不耐用的问题，一众旗舰机型在发布前给骁龙888做足了宣传，结果惨遭打脸。

搭载骁龙888的小米11在长时间重度游戏负载的场景下，机身温度一度逼近50℃。B站整活up主还做了用小米11煎鸡蛋的视频，雷总也因小米11的发热问题被骂上热搜，替三星和高通背了黑锅。

另一位三星的大客户是英伟达，其RTX30系GPU采用了三星8nm工艺，但到了RTX40系产品，英伟达也换成了台积电N4（4nm）工艺。骁龙888的后续产品骁龙8 Gen1换成了三星4nm工艺，但依然存在“火龙”问题。去年7月，分析师郭明錤透露，2023年至2025年的骁龙8芯片，将全部转由台积电代工。

简而言之，海思从麒麟980开始的领先地位，既有本身的芯片设计能力，很可能也有台积电的技术优势发挥的作用。

另一方面，考虑到针对华为的制裁，海思很有可能拿出了更多超前的技术储备。

一般来说，芯片设计公司都有明确的研发路线图，比如英特尔去年发布了13代酷睿处理器，但15代酷睿很可能已经在流片试产了。而海思在遇到制裁的背景中，有可能将研发规划中的未来产品提前上线，实现了更强的参数性能。

当然，这只是一种推测——突然的制裁，也有可能打乱原本的研发规划。