华为的挑战与转型

华为的挑战与转型

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最近两年,因着中美贸易战不断升级,华为全资的芯片公司海思正面临极大的危机。这其中包括:2020年9月15日,美国对华为制裁禁令正式生效;台积电、联发科、三星等厂商无法继续给华为供货。

摄影:张军,拍摄于2017年7月1日,丹麦达丹麦哥本哈根新港火车站前广场,建筑顶上高高的红色华为标志格外显眼,之后在欧洲其他城市的建筑上也又见到华为的红色标志。

海思除了面临在芯片制造上的”断腿”,而且也面临着”断头”生存危机。因着美国的禁令,ARM停止对海思芯片架构的技术授权。虽然ARM也一直努力突破美国的禁令,如在最新一代的芯片架构ARM V9,摆脱美国技术的控制,有希望实现与海思的再度授权合作。但是 2020年9月14日,美国企业英伟达正式宣布收购ARM。这对海思未来与ARM的合作蒙上新的阴影。

海思当前面临的种种挑战,的确从根本上冲击了过去20多年的华为芯片的运作模式。华为芯片过去的运作模式,包括:自主设计研发芯片,外发芯片制造,采取这种模式,降低整体运作成本。以芯片设计公司方式开展芯片业务,这是一种轻资产投入进入芯片领域的国际通用模式。相比芯片制造动辄千亿级的投入,芯片设计可以十几位工程师开始起步,智力投入为主,硬件投入比较小。像著名的芯片设计公司高通、博通、英伟达、联发科、AMD等均产用的这种外发芯片制造的模式。华为芯片开发始于1991年(那一年华为只有几十人,研发人员20多位),自己设计芯片,再到美国、中国台湾、中国香港的专业芯片制造企业进行加工,用来替代前期直接向芯片公司购买的芯片,以大幅降低整机成本和实现差异化竞争。2019年3月,DIGITIMES Research发布了2018年全球前10大芯片设计公司排名,当时海思已经跻身全球前5大芯片设计之列,大名鼎鼎的AMD还在海思后面。

2019年,华为在美国芯片供应链遭到限制以后开始大量采用自家海思芯片,不仅包括在智能在手机上的麒麟系列处理器、电源管理芯片、射频前端用的PA和射频收发器等。根据市场调研机构 IC Insights 发布的 2020 年上半年全球十大半导体厂商销售排名(包含制造商),海思位居第十名,海思半导体上半年营收 52.20 亿美元,同比增长 49%。2020年第一季度,麒麟系列处理在中国市场的占比迅速升至43.9%,首次排名第一。

但随着美国对华为制裁禁令正式生效,对7纳米制程技术拥有者台积电有依赖的海思麒麟芯片已成历史。预计未来华为的芯片业务在制造上将主要依赖中芯国际等中国大陆的厂家。而中芯国际也面临美国对其10纳米以下高端芯片制造的禁令,未来将主要产能供应在10纳米以上芯片制造。据中芯国际2020年三季报显示,技术节点在100nm以上的占38.6%,90nm~40nm的占46.4%,较先进的28nm、14nm共占14.6%,剩余其他仅占0.4%。这意味着海思的芯片设计将向10nm以上制程的产品线转移。此前海思芯片是台积电的大客户,占台积电的30%出货量,可预计的是未来这些产能将主要向中芯国际等大陆芯片制造厂家转移。

手机上需要用5nm、7nm工艺是因为手机作为随身携带的消费品有特殊要求,如手机需要电池长续航同时散热、功耗的要求高,游戏等应用对CPU反应速度要求极高。但在可以插电有持续供电的设备如电视、PC机、服务器等领域,5/7nm制程工艺就没有那么重要。28nm制程以上作为一个成熟、低成本、高产能储备、低流片费用,多制造厂家均可支持工艺,对华为当前及之后都将是比较务实的选择。28nm制程在很长一段时间内都能够满足绝大多数芯片的需求。其中智慧屏、安防、汽车电子都将是华为芯片未来的发力点。

华为过去三十年在芯片多产品线领域积累了技术优势,海思半导体自主研发了华为手机自用的麒麟芯片、Baglong基带、IPC(网络摄像机)视频编解码和图像信号处理的芯片、电视芯片和NB—IoT芯片等,其高质量获得了用户的高度评价。安防芯片曾经一直是美国TI的天下,但是2006年6月海思推出功能强大的H.264视频编解码芯片Hi3510,到2014年海思安防系列芯片已占领全球半数以上的市场,国内市场占有率90%。除此之外, 华为在机顶盒芯片、数字媒体、物联网等领域所开发的各种产品和解决方案都有非常亮眼的表现。

华为在显示芯片领域已有多年的技术积累,早在2014年,就推出了首颗海思4K电视芯片。海思的视频编解码技术积累经验足,从Hi3751V510到最新的Hi3571V811,从4K入门级智能电视解决方案到8K智能电视解决方案海思全都覆盖,可以支持到8Kx4K@30fps,4Kx2KHEVC和VP910bit,120HzMEMC,并支持杜比ATMOS,在国产电视芯片行业占据重要位置。从2016年开始,众多电视厂商的高端产品均采用了华为海思芯片。

2020年8月7日,华为余承东悲壮地宣布:麒麟9000或是华为最后一款高端芯片。麒麟芯片产品线在手机领域的新品推出虽然受到禁令影响未来将处于停滞状态,但是麒麟芯片产品的能力,即原在手机芯片领域华为积累十年作为全球前五大芯片设计公司的能力,正快速地向电视、PC、汽车电子领域迁移,通过产品技术组合的方式呈现出新的优势。而这足以帮助华为在这些广阔的不受美国禁令影响的传统领域成为”行业新定义者”。

近期华为公布是全屋智能+智慧屏新战略,华为智慧屏战略—大屏设备在全场景智慧化时代全新升级:智慧交互中心、跨屏体验中心、IoT控制中心、影音娱乐中心。华为关于智慧屏的技术储备,包括:自研智慧芯片、OS级黑科技、HiAI引擎、HUAWEI Sound、AI画质引擎、丰富的云生态。支撑华为智慧屏的自研智慧芯片由麒麟AI芯片、凌霄Wi-Fi芯片以及鸿鹄智慧显示芯片支持。除了积累了华为近十年在电视芯片领域的技术,而且积累了华为手机芯片的技术,及华为在人工智能领域AI最新技术。

鸿鹄818智慧芯片,作为海思最新的旗舰显示芯片,拥有顶级的画质优化技术,为华为智慧屏带来极致的画质表现。在视频解码上,鸿鹄818智慧芯片支持8K@30fps、4K@120fps的超强视频解码能力;在图形解码上,超前支持6400万像素的图片解码,超出手机拍照最高像素。而且,它还拥有让带宽有效利用率领先行业超过50%的多任务内存访问调度技术,在多任务并行的处理过程中,能始终保持快速响应流畅运行,极大改善用户体验。

海思NPU本身是使用在华为手机上的智能芯片,现在华为将海思NPU芯片使用在华为智慧屏上,使华为智慧屏具有其他电视芯片不具有的智能优势。阿迪王嵌入式神经网络处理器(NPU)采用“数据驱动并行计算”的架构,特别擅长处理视频、图像类的海量多媒体数据。

华为智慧屏配备了升降式AI摄像头,采用的是华为自研的NPU芯片。华为智慧屏为升降式AI摄像头专门配备海思Hi3516DV300 NPU芯片,这让它具备了人脸识别、人像跟踪、姿势检测等AI能力。而这些是华为过去十年在安防芯片领域和人工智能领域的积累。

华为智慧屏采用的凌霄WiFi-loT芯片是集合了华为网络产品线芯片优势,专门为IoT自主研发的商用芯片,华为将自研的路由器芯片技术应用于华为智慧屏,增强了智慧屏的网络能力。在连接能力、峰值下载速率、穿墙能力、稳定性、去除卡顿等方面都表现出色。

2021年4月18日,华为举行HI新产品发布会,介绍Harmony智能驾驶舱,MDC 810智能驾驶计算平台,4D成像雷达,自动驾驶“华为章鱼”开放平台的五项新功能。以及热管理系统TMS的产品。2021年预计将投入10亿美元用于研发,研发团队拥有5,000多人,其中自动驾驶团队有2,000多人,智能汽车芯片技术是华为的发力点。华为在电动车行业的布局已经初显成效,推出了DriveONE三合一电驱动系统,体积更小、效率更高;华为还推出了200美元成本的96线车规级雷达,将原来几千上万美元成本的激光雷达大幅度降价。在电动汽车的自动驾驶领域,需要应用多个摄像头的自动识别技术,及时观察不止前面的路况,还有两边、后面,得到的信息必须要在很短的时间之内计算出来,相当于功能很强大的CPU,同时这个车子也必须要接收互联网。这些正是华为在安防和路由以及手机芯片领域多年积累的优势组合。华为的进入,对电动汽车以及自动驾驶芯片领域,将产生巨大的影响。有人形容智能车就相当于一台高端的服务器,加上手机。华为高端服务器芯片FusionServer Pro E9000融合架构刀片服务器,继承华为在ICT领域的多年技术积累,可实现计算、存储、网络、管理的融合,将给华为智能汽车领域芯片构筑全新的优势。

2021年4月21-28日第十九届上海国际汽车工业展览会,华为智能座舱“一芯多屏”解决方案(如上图所室示),通过跨域通信技术实现了高效的跨屏幕多媒体数据交互,而此芯片架构正是参考了华为鸿蒙手机芯片的多个优势。在参考华为手机芯片的多系统管理能力下,华为汽车“一芯多屏”芯片方案,可实现:座舱内的液晶仪表、AR-HUD(平视显示器)、中央显示、中央娱乐屏、中控屏、副驾屏等均由同一芯片提供性能支持,多屏协同玩法全面革新。每种屏幕不再需要独立的ECU(电子控制单元),传统的分布式功能通过域整合能力合成一域,使多屏间的信息互动更加流畅,人机体验更佳。

预计2031 年全球3000 万台的电动车市场给华为带来全新的发展空间。当前智能手机市场已基本饱和,泛消费业务如智慧家居+智慧屏、电动汽车、安防、物联网,给华为带来新的发展机遇。而一些新的芯片技术领域,如仅视频处理芯片预计到2022年整体将达到55亿美金,其中汽车占比最高(74%),将达到41亿美金;安防占比其次(20%),将达到11亿美金。预计华为海思芯片有希望新发力的类似视频处理芯片领域,打破过去长达数十年的格局,通过进一步发力而至少达到中国大陆市占率50%以上。

作者:张利华。前华为高管,《研发与创新》及《华为研发》系列书作者,创华林管理咨询有限公司创立者,研发与创新管理咨询专家,清华大学产业创新顾问。