深度|手机芯片自研，有多难？

文 | 叶子凌

于是，苹果做了一件不太符合其行事风格的事：向高通低头。

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。

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%[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[2]。

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[7]。

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[3]。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。

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[6]。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，最后都会不可避免地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。

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[8]。

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。

要真正要全方位超过高通，恐怕比我们想象的更难。而到2022年，1000万片麒麟芯片几乎用尽，海思在手机芯片市场的份额已经接近归零。

无论哲库的研发规划如何谨慎，它都不可避免会撞上高通的专利墙和台积电的代工 。考虑到哲库的第一代产品马里亚纳X已经采用了非常激进的台积电6nm制程——同期苹果的A系列芯片还停留在7nm。

一旦哲库在技术上逼近高通的核心区域，是否会遭遇类似的制裁，显然不能排除这个可能性。

而 海思当年的成功，凝聚了太多东风 。比如恰逢智能手机高速扩张，同时也有安防、运营通讯等多个业务线支撑庞大的芯片研发支出，半导体产业的深度分工，也为芯片设计公司创造了一个红利期。

时至今日，即便哲库拿出同样的投入与信心，那些勾勒产业格局的历史进程，也都正朝着相反的方向行进。

哲库关停后，市场对其背后的原因有诸多猜测，但回归商业的本质，哲库关停最根本的原因或许正如CEO刘君所说：“营收不达预期，难以承受芯片负担。”

我们在上一篇文章中提及，自研芯片的核心目的是通过技术独占，与竞争对手在产品差异化上形成优势。但这也会导致 自研芯片的市场天花板，完全取决于自身品牌的出货量 ，显然难以摊薄研发成本，成本增加甚至会影响手机本身的销售。

考虑到手机市场整体的萧条，以及未来很有可能面临的专利与代工问题，收摊不干也许在商业上是对的选择。

但 如果只考虑“替代高通”这个目的，最理想的方案可能是国内手机品牌依靠庞大的出货量总额，一起培养一家大陆的芯片设计公司 ，这在行业里并非没有先例。