小米玄戒O1是不是国产芯片？是不是自研芯片？研发难在哪？_风闻

来源 | 远川科技评论

作者 | 何律衡

问题一：玄戒O1是不是国产芯片？

这个问题可以换成另一个问题：苹果大名鼎鼎的A系列SoC**，算不算“美国芯片”****？**

作为当下同行对标与学习的对象，苹果A系列的开山之作A4芯片，在十五年前的初次登场其实算不上体面。

超过1个小时的发布会上，A4芯片在PPT上的停留时间加起来不到20秒。产业界对A4普遍持“套壳三星”的嘲讽态度，但这已经是苹果最大限度资源投入的结果。

A4在苹果第一代iPad发布会上初次亮相

为了这颗芯片，苹果请来了传奇芯片架构师Jim Keller、IBM顶级工程师Johny Srouji，以及通过收购PA Semi吸纳的“大D哥”Daniel Dobberpuhl（领导了Alpha和StronARM项目）等一众硅谷芯片设计顶级人才。

随后，苹果又收购了一家做主频加速的芯片设计公司Intrinsity，这也是A4被认为和三星S5PC110“同父异母”的原因——三星采用了Intrinsity的技术开发了S5PC110芯片，搭载后者的三星Galaxy S大卖特卖，是iPhone的头号竞争者。

而投入重金招兵买马，苹果才算完成了一颗芯片生产的第一个环节：设计。

一般来说，芯片可以划分为设计、制造、封测三大环节，每个环节独立存在，相互协作又泾渭分明，构成了集成电路产业最大的特征：全球化语境下的高度分工。

在芯片设计这个环节，又需要用到新思、Cadence、Mentor Graphics（被西门子收购更名为Siemens EDA）开发的EDA工具，以及ARM为代表的公司开发的芯片IP。

EDA和IP是芯片工程师的Photoshop与素材库，把画电路变成了素材排列组合+写代码的脑力活。在指甲盖大小的芯片里集成上百亿晶体管，离开了EDA显然是天方夜谭。

芯片设计完成后，流片和生产环节可以由台积电、三星电子、格罗方德这类代工厂完成。这些代工厂又需要使用ASML提供的光刻机，应用材料提供的刻蚀设备，东京电子提供的涂胶显影设备，科磊提供的检测设备。

一台EUV光刻机由几万个零件组成，其中最核心的零部件是蔡司提供的反射镜片和Cymer提供的光源——通过每秒5万次二氧化碳激光轰击液态锡，产生强度足够大的EUV光源。这是美国限制EUV光刻机出口的技术源头。

High-NA EUV光刻机镜片，蔡司将其形容为“世界上最精确的镜子”

而在生产过程中，以光刻胶为代表的半导体材料，大多由信越化学和罗姆这些公司供应。

封测环节的领头羊是中国台湾的日月光，美国的Amkor，中国大陆的长电科技、通富微电等等，但除了中国大陆，大部分工厂都建设在东南亚。

从设计电路到终端设备上点亮，一颗芯片游历的国家和地区很可能超过了地球上80%的人类。苹果、三星、华为和小米这些手机品牌，完成的其实是其中一个环节，即芯片设计。

把芯片视为乐高积木，设计环节可以比作拼装图纸。这个过程中，日本公司提供积木的生产材料，台积电或三星电子完成生产，在东南亚进行包装，最后摆在货架上。

如果我们将“国产芯片”定义为芯片的知识产权由该国公司掌握，那么苹果的A系列，小米的玄戒O1都属于“国产芯片”。

但倘若“国产芯片”的定义是“芯片的全部生产流程都由一国公司完成，并且生产线上所有设备及其零部件都由一国公司供应”，那么全世界没有任何一部手机里的SoC可以被称为“国产芯片”。

现在没有，过去没有，将来也很可能不会有。

问题二：玄戒O1是不是自研芯片？

玄戒O1在设计过程中，采用了ARM提供的公版IP，这也衍生出了另一个问题：玄戒O1是不是自研芯片？

IP是指芯片内部能够执行某一特定功能的电路，一颗芯片由多个IP“拼接而成，一颗SoC芯片可以达到几十上百个。

芯片设计的过程就像拼积木，积木就是IP。不同公司用同样的积木，有的可以拼成别墅，有的可以拼成城堡，这就是苹果和小米的工作。

ARM出现之前，芯片IP大多由芯片设计公司自行设计，承担后续的验证和调试，一个简单的数字IP验证成本在10万-50万美元，一颗CPU则在200万美元以上，验证时间从3个月到两三年。

高投入和长周期拖垮了无数芯片设计公司，也为ARM开辟了市场空间。ARM不做芯片设计，专司架构和IP研发，通过授权的方式为芯片设计公司提供经过验证的IP。后者可以通过购买ARM现成的IP“拼接”成芯片产品，也可以ARM IP+自研IP。

ARM的授权模式和良心收费，让想拥有自己芯片的公司大幅降低了设计成本，整体拉低了行业门槛。从2000年至今，全球芯片设计公司的数量从200多家增长到超过1000家。

ARM也提供定制化IP服务，即公版IP对应的非公版IP，设计公司可以按照需求对IP进行定制化修改，除了收费更贵之外，设计公司还得承受后续验证的时间成本以及可靠性风险，可谓机会与风险同在。

苹果、高通、三星均采用或采用过非公版IP，但结局各有不同。

苹果的A系列芯片从第三代A6开始采用ARM非公版IP，自研Swift核心，性能开始对齐顶级SoC，到第四代A7反超友商。

高通则比较坎坷，从骁龙820开始自研Kryo核心，后又因为研发成本过高以及下游软件适配问题，转向公版IP+非公版IP定制的模式。直到2021年收购脱胎于苹果芯片团队的Nuvia，基于后者的自研核心推出Oryon核心，“去ARM化”才慢慢走向正轨。

最悲剧的是三星，2016年推出第一代采用自研核心Mongoose的Exynos 8890，欲与同期高通骁龙820打擂台，结果功耗爆炸，能耗比感人。最后一代Exynos 990还被欧洲消费者贴脸开大，联名要求更换为高通骁龙。

用同样的积木，可以设计不同的排列组合方式，这个设计的过程可以视为“自研”。但在集成电路产业，决定芯片好坏的指标通常是具体清晰的参数规格，以及与软件搭配组合形成的差异化体验。

问题三：手机SoC的研发难在哪？

在这件事上，小米曾经是失败者。

2014年10月，小米开始着手研发手机SoC，其产品澎湃S1在2015年7月完成硬件设计、首次流片，9月样品回片、首次点量，2017年3月，小米5C搭载澎湃S1上市[2]。

澎湃S1定位终端，芯片设计中的核心部分来自大唐电信（与小米共同成立松果）旗下联芯科技的SDR1860平台技术。然而澎湃S1投入10亿元，耗时3年，只存活了6个月，继任者澎湃S2无疾而终。

手机SoC的研发不仅仅是个技术问题，而是对一家公司技术研发、组织治理、财务管理的全方位考验。

一般来说，旗舰机型需要在上市日期的一年之前拿到SoC，开始软硬件适配的开发，所以芯片设计部门的Deadline就是新机上市的一年前。

在这个时间之前，芯片设计部门需要完成架构设计与规划、验证仿真、IP****集成、物理实现、流片等多个步骤，时间跨度在18-36个月[3]，每个步骤都可能遇到反复修改、推倒重来的情况。整个流程就像多米诺骨牌，牵一发而动全身。

在芯片设计环节，一旦某个环节超出预期，会形成连锁式反应。

同时，芯片规模越大、设计越复杂、制程越先进，容错率就越低。

一颗SoC（System on Chip/片上系统）是一块大芯片上集成了多个小芯片的系统。每颗小芯片相当于一个小组作业，整颗手机SoC则是毕业论文。

毕业论文写不完可以延期毕业，但手机是个快速迭代的电子产品，哪怕一个季度的延期，对销量的影响都是灾难性的。

芯片设计的另一个风险在于，芯片的研发过程中不产生任何现金流，很容易造成财务失控。

流片环节是成本的大头，也是最“不可控”的一环——所谓流片，可以理解为将设计好的方案交给台积电等代工厂，由后者生产出样品以芯片检验是否达到设计要求。

一颗6nm ISP流片一次的价格是4000万美元，芯片越复杂，制程越先进，价格越高。同时，流片环节容错率为零，哪怕一个微小的环节出现错误导致流片失败，就得重新掏钱。

根据西门子EDA/Wilson研究小组出具的一组数据，2024年首次流片成功率仅在14%[4]。澎湃S1的后继者S2传闻就是多次流片失败最终流产。

手机SoC的竞争往往涉及到最先进的工艺，为了提高流片成功的概率、降低流片失败的损失，往往需要与代工厂提前沟通，根据制程技术细节调整芯片设计结构。

这里又有优先级的问题，苹果可以在台积电3nm开发初期就知道晶体管密度、金属线间距、用的光刻机通光口径是多少，最大程度提高设计环节的容错率。显然，不是所有公司都有这个待遇。

问题四：小米为什么要做SoC？

从苹果到三星，从华为到小米，每个手机品牌都有一颗自研SoC的心。

2007年，苹果内部造芯计划已箭在弦上，这一年的iPhone发布会上，乔布斯引用了“个人计算之父”Alan Kay的一句话：真正在意软件的人，应该自己造硬件。

Alan Kay的“个人计算”概念指向一种以个人为中心的计算模式，强调计算设备应该具备易用性、灵活性和个性化。用现在的话来说，就是提高消费者体验。

消费者是为体验买单的。iPhone 4的畅销不是因为苹果自研了芯片，而是它真的能玩愤怒的小鸟。芯片的性能再强，没有适配的软件和功能打配合，不过是给瞎子抛媚眼。

产业的分工让高通、联发科这一类第三方芯片供应商拔地而起，终端厂商依靠供应商的硬件方案找到了性价比高点，也给软件的开发设定好了结界。

第三方供应商的芯片讲究通用性，但这种通用性最大的问题在于，高通会按照所有客户需求的最大公约数指引芯片设计，不可避免的会忽略特殊的需求。

特斯拉在转向自研FSD芯片前，采用Mobileye的自动驾驶芯片，但很由于无法自定义或修改逻辑底层，想要优化算法还得等待Mobileye的通用更新，完全脱离了马斯克预期的软件快速迭代的节奏。

2016年官宣分道扬镳之际，马斯克在一封邮件中之直言“同行太菜”，“不幸的是，Mobileye必须支持数百款来自传统车企的车型，因此无法跟上特斯拉的步伐。”[7]

手机品牌自研芯片与特斯拉最终转向FSD自研的理由是一致的：提升软件的适配性。

苹果通过移除ARM公版IP上冗余的NEON指令，减少了12%的晶体管浪费，同时定制AMX矩阵扩展单元，使得芯片的AI推理性能提升了8倍——这就是自行设计满足特殊需求的典型案例。

设计SoC是一件门槛非常高的事情，十年前小米风头无两，但在线下渠道、IoT业务、供应链管理等环节还有诸多欠账要补。

十年后二战SoC，背景是小米重回全球三巨头序列，第二大业务AIoT年收入突破1000亿元。人有钱了就会有冒险精神，干点长期主义的事，对公司来说也一样。

问题五：玄戒O1成功了吗？

如果成功的标尺是芯片量产，在终端设备上点亮，那么玄戒O1是成功的。

如果成功的标准是通过芯片实现了预期的技术目标，并得到市场的验证，那么玄戒O1还没有。

设计芯片的目的不是摆在展示柜里瞻仰，而是参与充分的市场竞争，实现产品体验的提升和正向的财务回报，是一场名副其实的马拉松——第一圈落后20米，第二圈只落后15米，直到齐头并进甚至超车领先。

苹果第一代A4还是“套壳三星”，第二代A5多核性能甚至落后英伟达Tegra 2，直到第三代A6凭借自研的Swift架构单核性能翻倍，开始与同代顶级SoC平起平坐，再到A7率先进入64位时代，将仍处在32位时代的高通、三星远远抛在身后。

当SoC开始稳定迭代，也代表着整体架构、研发思路的确定，而围绕SoC展开的软件开发、零部件创新也会有迹可循，硬件升级的方向走向明晰，最终的目标是从手机业务延伸到其他硬件——即平台化。

手机SoC的“三大天王”——苹果、三星、华为，共同点是拥有足以与手机业务媲美的硬件产品矩阵来分摊研发成本，比如手机和平板SoC之间大部分IP均可复用，高通此前诸多车载座舱芯片，都由同代的手机SoC魔改而来。

小米是世界一流的消费电子公司，但也是集成电路产业的新兵，他们面前有足够多的教材可以参考，但这些被当作教材的企业当年躬身入局时，也曾抱着前辈的教材栽过跟头。

集成电路产业的复杂性在于，定义这个产业的巨人建立起了密不透风的壁垒，足以让任何跃跃欲试的挑战者望而却步；而它的魅力也在于，它有足够长的技术空间和足够大的市场规模，容得下不止一家的伟大公司。

参考资料

[1] 三星电子与台积电3nm良率难稳，或将影响明年订单竞争，朝鲜日报

[2] 雷军说，小米做手机芯片是九死一生，我为什么还要做？steam在线

[3] 芯片工程师“保质期”有多久，路科验证

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

[5] 小米的“芯事”，AI蓝媒汇

[6] 对话雷军：小米10亿造芯背后，第一财经

[7] Mobileye Parts Ways with Tesla，Industry Week

[8] 苹果造芯：失败、蛰伏、蓄力，然后打赢所有人，饭统戴老板

[9] 为什么哲库没有成为海思，远川科技评论

[10] 危险的分工：从苹果陷阱，到特斯拉幻影，远川科技评论