最近,蘋果和高通之間的口水戰打得火熱,英特爾也被卷了進來。蘋果新發布的iPhone XS和iPhone XS Max毅然棄用了高通的基帶芯片,轉而全部采用英特爾的基帶芯片。高通很不爽,指責蘋果竊取其技術機密,用來幫助英特爾提高芯片性能。蘋果和英特爾則矢口否認。
一時間,芯片圈也好,手機圈也好,這都成了最為火爆的新聞。不怕事大的我們,都搬著小板凳排排坐,看戲!
這是我這個“華為老兵”過去二十多年從事的專業,借此機會為大家講講這里面的八卦。
無線女皇和高通的誕生
故事要從二戰期間一位美麗的女子說起,她叫海蒂·拉瑪(Hedy Lamarr,1914年11月9日-2000年1月19日),出生于奧地利首都維也納。她是個猶太人。
Wireless Goddess 無線女皇海蒂·拉瑪
她16歲的時候在大學里學通信工程。不過因為實在太漂亮太豪放太叛逆,她很快進入了演藝圈,18歲時拍出了有史以來第一部女性***《神魂顛倒Ecstasy》。
爆紅之后,她嫁入了豪門。第一任丈夫曼德爾是奧地利軍用設備制造商,客戶正是二戰時期的軸心國。故事的開頭正如我們熱愛的三級艷星葉玉卿一樣,但越往后越出人意料。
所有人都當她是花瓶,毫無遮擋地討論各種技術秘密。就這樣,通信專業出身的她,在淺顰低笑中,默默地了解了納粹使用的通信技術。傳統的無線電,始終使用同一個頻率,容易被干擾。海蒂富有遠見地認識到,不斷隨意地改變無線電波頻率,可以防止信號阻塞的發生,從而有效的防止敵方干擾和追蹤。
納粹對猶太人的迫害日益泛濫,海蒂決定逃離。1937年的一天,海蒂在晚宴中途以身體不適為由退席。她用迷藥迷昏侍女,跳出窗戶,乘當天的火車連夜逃到了巴黎,又輾轉來到倫敦。
在這里,她遇到了米高梅電影公司的老板,簽訂了低價片約,來到了正在崛起的好萊塢,繼續自己的演藝生涯。
盡管是名噪一時的“艷星”,海蒂始終還熱愛著科技,“不改初心”!她發明了“可樂泡騰片”,可以讓二戰中的戰士們更容易喝到可樂。
她結識了音樂家喬治·安塞爾。最初,他們之間的談話是關于“豐胸”,然后不知怎么的竟然又繞進了無線電通信領域。
海蒂和安塞爾借鑒同步演奏鋼琴的原理實現了“跳頻技術”,通過頻率跳變來擴大通訊容量并對信息進行加密。1942年,海蒂和安塞爾拿到了美國專利局頒發的秘密通信系統的專利,編號為2,292,387。他們將這一專利贈送給了美國政府,希望能用于二戰戰場來阻擊納粹。
海蒂和安塞爾的專利申請圖紙
然而,該技術在二戰之后的冷戰時期才獲得了應用(由霍夫曼公司商用)。
冷戰后期,美軍對外公開了很多軍用技術,實現軍民兩用。晶體管的發展使得“跳頻”技術的實現越發簡單,頻率同步方法也實現了從機械到電子的轉化。”軍轉民“催生了一大批高科技公司,很多在西海岸。
1985年,在圣地亞哥,成立了一家名不見經傳的小公司高通公司(Qualcomm),名字是Quality Communication的縮寫,最初整個公司只是一家比薩餅店樓上的一間辦公室。
前麻省理工學院(MIT)教授艾文·雅各布(Irwin Mark Jacobs)等七個創始合伙人將在“擴頻技術”上發展出的CDMA(碼分多址)技術成功用于商用蜂窩通信網絡,并擁有主要的專利。后來號稱有1400項相關專利。
右二維特比Andrew Viterbi被譽為”CDMA之父”,我們在GSM中也用到一種叫維特比譯碼的算法,據說與他也有關。
1994年,全球第一個CDMA商用移動通信網絡在中國香港和記電信運行,但效果不好,第一個通常都是小白鼠。 但CDMA從此發展起來,在韓國終于成功商用,1996年達到了100萬用戶。三星從此起步,進入了移動通信領域。有個說法是:高通發明了CDMA,卻是韓國救了CDMA一命。CDMA進入移動通信領域并率先在亞洲商用,美籍華人李建業博士在這個過程之中功不可沒。
初出茅廬的余承東在華為第一個注意到了這個技術。某日,他用別人的電話打給任正非,興沖沖地說:老板啊老板,我發現了一個新技術,叫CDMA! 第二天,總裁辦將電話打了回來:昨天那個愣頭青,到底是誰?
在高通1987年第一個20萬美元合同中提供了有效幫助的雷鳴(時任勞拉公司技術總監),后來他擔任了高通大中華區總裁,并終于將CDMA帶入中國這個巨大的市場。雷鳴在IT時代周刊寫過一篇文章《高通CDMA進入中國內幕》,講述了CDMA入華的曲折,以及老雅各布的強硬。
雷鳴深知,CDMA要進中國,就得配合中美關系及當時的中國入世(WTO)的談判。如果不能利用這一機會,再好的CDMA技術也沒用。因此便制訂出“IS-95 Now”的戰略推成熟且便宜的IS-95技術,而不是推技術尚未成熟盡管利潤會更高的1x技術。為了這個統一戰略,高通總部召開了一個CDMA在中國的“誓師大會”,大會口號就是“IS-95 Now”。
所以,華為賭1x技術而全盤皆輸,中興的IS-95則賺得盆滿缽滿。
老雅各布個性很強硬,其他創始人陸續退出。第三個兒子保羅·雅各布Paul Jacob繼承了他的衣缽,人喚小雅各布。世紀之交的時候,我有幸在廣州見過雅各布父子二人。不過今年保羅也下野了,據說與他不愿意股東會的提議將高通出售給博通(總部在新加坡)有關。這項交易已經被美國政府否決了。
CDMA技術不僅可以用于保密通信,還可以擴大頻譜的利用率,大大提高效率。所以3G的幾個主流標準,無論WCDMA、CDMA2000、抑或是TD-SCDMA都是基于CDMA碼分多址技術。
1997年,當以CDMA為基礎的通信技術開始大規模走入大眾生活時,科學界才想起了海蒂。美國電子前沿基金會授予了五十年前這項專利的第一申請人海蒂·拉瑪“電子國境基金-先鋒獎”,科學家尊稱海蒂為“CDMA之母”。那時她已經83歲高齡了,據說正在努力“整容”。
后來,海蒂的兒子安東尼·羅德(Anthony Loder)拍攝了一部紀錄片《生為海蒂·拉瑪 Calling Hedy Lamarr》,以紀念她的母親。
她的發明是CDMA技術的理論基礎,在2G和3G上發揚光大,WIFI以及4G中的LTE也是由此一脈相承。GPS全球衛星定位據說也與此理論相關。
高通完美地繼承了她的衣缽,并發揚光大,成為最大的移動通信專利所有人。高通公司安東尼奧(Antonio Franklin)說過:“她有一個非常驚人的專利,人們通常都想不到電影明星有什么頭腦,但她確實有。”
終其一生,她也沒有在這項劃時代的技術上獲得過任何收益。
演藝圈的人,沒有幾個還記得她。通信圈里的人,卻永志不忘。
智能手機的AP和BP
智能手機芯片方案的核心是兩塊:AP和BP。
AP即Application Processor(應用處理器),主要包括CPU(中央處理器)和GPU(圖形處理器),最近還有什么神經網絡,人工智能什么的。目前智能手機所有的CPU都是基于英國劍橋的ARM架構(一種精簡指令系統),華為麒麟芯片中的CPU也是獲得了Arm公司的授權來做的。我們聽到的主頻多少Hz,還有四核八核,都是指的這個。Intel挾PC上橫掃天下的的x86架構(復雜指令系統CISC),推出了專攻移動市場的CPU(凌動Atom),一度在上網本(Netbook)上風靡一時,但是最終不敵ARM,全軍盡墨。
2017年4月,孫正義的日本軟銀以310億美元的代價,收購了Arm公司,并將其私有化。
BP即Baseband Processor (基帶處理器),負責處理各種通信協議,如GSM、3/4/5G等。通俗來說,基帶就是對2G/3G/4G/5G的各種通信協議的處理,實現了手機和基站之間的連接。當然,基帶要配合SIM卡來使用。沒有通信能力的手機,就是一個MP4。隨著通信技術的演進和復雜程度的提升,設計基帶處理器越來越難。基帶處理能力的高低,直接決定著手機信號處理能力的強弱,上網速度就會體現出好壞,音質也會有好壞。
基帶芯片是制高點,甚至決定著生死。3G到4G的轉換過程當中,TI、Broadcom、Marvell等芯片廠商因缺乏競爭力的基帶芯片被手機市場所淘汰,而高通卻憑借基帶芯片坐上移動芯片市場的龍頭寶座。
目前手機基帶芯片市場的主要是高通、英特爾、三星、華為、聯發科、展訊等。其中,高通在這一領域保持領先,特別是在3G時代,高通憑借其在3G領域強大的專利組合稱霸天下。在4G和即將到來的5G時代,高通雖然不再是一家獨大,但依然是非常強勢。
下面是按金額計算的市場份額。但如果按數量計,展訊(紫光展銳)認為其基帶發貨量僅次于高通和聯發科。
高通是如何“收稅”的,蘋果為什么要反抗?
從2G的CDMA時代開始,高通一直奉行全流程的收費。基站要收,手機也要收,而且收費方式一直備受爭議,但就是“癡心不改”。
高通的專利只和BP(基帶處理)有關,但高通要求按整機價格的一定比例收費。也就是說,如果你在手機上裝一個高端攝像頭,最終手機的銷售價格提高了,交給高通的錢也得更多,而攝像頭技術與高通并無任何關系。
2G時代,歐洲主導的GSM和高通主導的CDMA進行了一場世紀大PK。但因為上述收費方式,CDMA手機產業鏈一直發展得不好。 而GSM因大部分專利過期,手機越來越便宜,種類也很豐富。
2006年,聯發科的GSM Turnkey solution方案推出,硬件和軟件都給你一攬子解決方案。山寨的GSM功能機(常規的按鍵手機)產業迅速崛起,三個人就可以做出一個手機,深圳的別名“寨都”因此得名。這成了“壓死駱駝的最后一棵稻草”,在2G領域,歐洲的GSM陣營完勝美國的CDMA陣營。
但是高通卻沒有受到多大的損失。2G演進到3G,3G三個主流標準WCDMA、CDMA2000、TDS-SCDMA(中國推動)都是基于CDMA的基礎技術,都要交“高通稅”!
世紀之交的時候,歐洲一些運營商高價拍得了3G牌照,但卻成了“Girl, Gun, Gamble”的代名詞,被調侃為使用3G會“走路撞墻,開車撞樹“,沒有找到“killer application殺手锏業務”。直到2007年蘋果定義了智能手機和應用市場,3G才終于找到了盈利模式。移動用戶開始爆炸式增長,幾乎人手一部智能手機,單價也越來越高。 高通“收稅”收到手軟!智能手機的華為、小米、VIVO和OPPO,都要向高通繳納“royalty”。
高通的收入除了上面所說的技術許可(QTL)以外,還有半導體芯片(QCT)業務。許可業務的收入占比是30%,但占利潤的70%。
高通的手機芯片很強,獨特能力就是在基帶處理上。原因也很好理解,因為高通始終大量投入對無線技術的研究,有很多前沿的研究成果,會率先使用在自己的芯片上,獲得超前的技術優勢。
高通的芯片在中國大量銷售,華為也一直在用。據了解,高通并不是希望靠芯片賺多少錢,而是用來封鎖新的對手進入這個領域。手機界里傳說,高通的買基帶(BP)送CPU(就是AP)的營銷策略,成為了行業霸主。
近年,高通和大唐成立了合資公司開發低端芯片,這讓紫光趙偉國一度很緊張。
高通最大的客戶和市場在中國。2015年,因為達到了“支配“地位而造成“壟斷”,被罰了60.88億人民幣。之前,高通在歐盟、韓國等地均被罰。
高通的地位并沒有因此而被動搖。有人說,PC時代的霸主是英特爾,那么,智能手機時代的霸主,就是高通。
四流企業賣力氣(代工),三流企業賣產品(整機),二流企業賣技術(芯片和IP),一流企業賣專利(收授權費)。高通同時干了一流與二流的活兒!
蘋果的手機賣得最貴,交授權費也最多。宇宙第一的蘋果對高通按整機價格收費的方式積怨已久。庫克多次表示,智能手機的功能越來越豐富,通信僅僅是其中之一,高通的技術專利只和基帶處理器有關,專利費應該根據基帶處理器的供貨價格,而不是按智能手機的整機售價來收。于是在2017年,忍無可忍的蘋果發起了對高通的訴訟!
蘋果手機中一直使用的是自己設計的基于ARM的應用處理器(AP),但所用的基帶芯片(BP)從來都是外購的。
英特爾有自己的基帶,不過在2006年賣給了Marvell,完美錯過了為蘋果的iPhone供貨。為了彌補失誤,2010年耗資14億美元收購了德國芯片巨頭英飛凌無線解決方案部,因為蘋果iPhone早期用的就是英飛凌(infineon)的基帶 。但2012年開始,蘋果還是選擇了性能更具有優勢的高通基帶處理器。
從Verizon版iPhone 4后,iPhone產品線的基帶從Intel(源自英飛凌)悉數換成了高通,如果4(使用高通的MDM6610)、果5(使用高通的MDM9615)和果6(使用高通的MDM9625)。
蘋果突飛猛進。高通不僅收專利授權費,還從賣給蘋果的基帶芯片中,賺得滿面油光。
然而,隨著蘋果的日益壯大,對高通的不滿也越來越大了,于是有了新動作。
2016年發布的蘋果iPhone7中,一部分手機使用高通的基帶X12,網速可以達到600Mbps,另外一部分使用了來自Intel的基帶XMM 3360,網速最高只有450Mbp。為了平衡兩者的關系,蘋果對它們進行了性能限制,以至于兩者能夠在性能上保持一致。
2017年蘋果8一樣地采用了兩種基帶,英特爾基帶XMM 7480和高通的MDM9655基帶(支持X16 LTE,性能也有差異,蘋果也采用了同樣的平衡策略。
2018年,蘋果新發布的iPhone XS和iPhone XS Max有了戲劇性的變化,毅然全部棄用高通的基帶單元,轉而全部采用英特爾的基帶。
這確實不失為是一個釜底抽薪的好辦法,通過大大降低高通的芯片收入來逼迫高通在專利授權費用上讓步。
遺憾的是,從iPhone 7開始,Intel的基帶單元相比高通始終有些弱。據說蘋果新手機的信號處理能力不夠強,上網慢,音質差。果粉們已有怨言。(也有說法認為天線設計也是導致問題的原因之一。)
蘋果此舉確實可以讓高通的芯片營業額下降不少,高通老大哪里忍得下這口氣。 2018年9月,高通正式向美國加州高等法院提起指控,控訴蘋果竊取其芯片機密,用來幫助英特爾提高芯片性能。高通認為,蘋果的最終目標是將英特爾產品水準提高至高通水準,這樣蘋果就有兩家供應商可選,從兩家公司的廝殺中,獲“漁人之利”。兩家公司之間,各持一詞,熱鬧非凡。
不過,訴訟歸訴訟,高通還真的很舍不得丟掉蘋果,首席執行官莫侖科(Steve Mollenkopf )在接受彭博社節目主持人采訪時自信的表示,他認為不久的將來,蘋果還會回歸高通的懷抱!
蘋果和英特爾之間的故事
這又是一個跌宕起伏的故事。
創立英特爾(Intel)的諾伊斯是集成電路的發明人。很多年,Intel一直不溫不火地存在于硅谷。
1977年發布的蘋果II型電腦中,喬布斯也考慮過用Intel的8080,但每一枚芯片“比我一個月的房租還貴”(喬布斯的評價)。喬布斯的技術合伙人愛茲尼亞克當時還在HP工作,通過朋友可以40美元一顆搞到摩托羅拉的6800。蘋果后來又從MOS科技搞到了與摩托羅拉一樣性能的CPU(1 MHz主頻的 6502微處理器),只要20美元一顆。幾相權衡,就用最便宜的!
蘋果II型電腦是有史以來最成功的個人電腦,一共賣了500-600萬臺,有不少進入了中國市場。我去過美亞柏科,創始人滕達在少年時候,家里就給他買了當時風行的蘋果II,他從這里起步學計算機編程。我很羨慕他,當時我家里連蛋糕都舍不得給我買。1988年,我在中學機房里第一次摸到IBM兼容PC,寫下了第一個程序:在屏幕上顯示了一個三角形。
不過,由于八十年代IBM倡導的PC兼容機是采用Intel芯片,成了全球行業標準。隨著IBM兼容機的迅猛發展,Intel和微軟也跟著爆紅了起來。
蘋果PC的江湖地位從此一落千丈,被眾多的IBM PC兼容機拉了下馬。
1985年,喬布斯被趕出了他一手創立的蘋果,心情郁悶。 從Intel退休的諾伊斯成了他的人生導師。喬布斯經常不打招呼就出現在諾伊斯家門口,還會因為某個想法在午夜打電話給諾伊斯。
諾伊斯還邀請喬布斯乘坐他的“海蜂”水上飛機出去散心。有次,水上飛機準備在湖面上降落,但是卻不小心鎖住了飛機輪胎。諾伊斯不得不在跑道上降落時,飛機幾乎翻了過來,兩人幸免于難。
1996年,喬布斯走出難關。蘋果公司收購了他創立的NeXT公司。喬布斯在蘋果總部250名員工的歡呼聲中,回到了蘋果。
1998年推出的iMAC采用的是Power Mac G3處理器。這個系列的CPU是IBM、Motorola等幾家大公司聯合為蘋果電腦設計制造的,在圖形圖像處理方面相比同時代的Intel CPU要快,有獨特優勢,所以蘋果電腦在人們心中一向是圖形圖像專業應用的代名詞。
極具個性的喬布斯有次對摩托羅拉的高爾文說:摩托羅拉的芯片爛透了!高爾文是摩托羅拉創始人的后裔,當即反駁。喬布斯掛了電話后,開始暗中計劃拋棄摩托羅拉/IBM的PowerPC芯片,擁抱Intel。這個過程并不容易,意味著整個操作系統要重寫。六個月的期限內,蘋果最終完成了芯片切換。 2005年,“蘋果和英特爾,終于走到了一起”,蘋果開始使用Intel的處理器(X86),并在PC上一直沿用至今。
對于智能終端的高速發展,Intel不能不動心,于是做了一款專注于移動設備的凌動CPU(Atom,原子的意思)。2008年上網本(Netbook)有了瞬間的輝煌。我也為之心動,專門去了一趟香港的花園街,在喧嚷無比的電子市場里,買了一臺ACER的上網本,開機用了兩次,就束之高閣了!
英特爾的Atom的衰落,是從蘋果iPhone的決策開始的。
2007年,蘋果公司在首款iPhone上,獲得了劍橋的ARM公司的構架授權。ARM是基于精簡指令(RISC),相比Intel的復雜指令(CISC),更加簡單,功耗也更低。蘋果還收購了一家CPU設計公司P.A.Semi,定制了一款系統芯片——A4,由三星的晶圓廠為其代工制造。不過,現在蘋果“芯”的晶圓代工已經使用技術更加先進的臺積電了,臺積電和三星爭奪蘋果訂單的過程,又是一個精彩的故事。
蘋果從此開始了自研AP(應用處理器)A系列之路。蘋果自己做“芯”的時代,從此啟航。
這個過程之中,蘋果也曾向英特爾伸出過橄欖枝。喬布斯拿了一個花花綠綠的iPhone的PPT,讓英特爾為其開發基于ARM架構的CPU。當時的英特爾CEO歐德寧認為這個PPT手機難以大量生產,加上芯片設計和生產投入巨大,于是回絕了這個送上門來的生意。結果iPhone的銷售量有歐德寧預測的至少100倍那么多!
情難了,《喬布斯傳》中寫道,在后來iPAD平板電腦的CPU選型上,喬布斯還曾一度支持英特爾,但是管理層以辭職相威脅,最終喬布斯妥協。
但是蘋果的基帶,也就是處理移動通信協議的芯片,一直都是外購的。
手機中國“芯”
早在2006年,蔡明介領導的***的聯發科做出了包括基帶在內的GSM手機一攬子交付方案,并被稱為“山寨機之父”。從此往后,聯發科一直是主流的手機芯片公司之一。
展訊(現紫光展銳)緊隨氣候,也做出了GSM TK方案。2009年中國發放了3G牌照,中國移動使用了TD-SCDMA技術。因為凱明在黎明前破產,展訊作為當時唯一的GSM/TD-SCDMA手機芯片供應商,賺了個盆滿缽滿。展訊也從此成為了主流的手機芯片供應商之一。紫光展銳是全球第十大芯片設計廠商(海思是第七大)。
2014年,小米松果成立。雷軍說:做芯片是九死一生,我們抱著十億資金投入,十年研發周期的心態去做。2017年澎拜S1問世,最有意思的是,S1的基帶部分可以升級。小米合伙人林斌是我研究生就讀的中山大學電子系的學長。
中興、上海翱捷(ASR),上海聯芯等公司也有基帶產品,未來發展如何,拭目以待。
現在,中國芯的代表——華為——粉墨登場!
前段時間,“5G”標準投票事項一度刷屏。
中國在1G和2G領域毫無專利。3G時代,以舉國之力力推TD-SCDMA標準獲得成功,并在移動通信標準領域登堂入室。這就是中國移動備受老百姓指責的G3業務了。大家所不知道的是,中國移動為此付出了多少艱辛才最終商用成功!
近年,華為力推的極化碼(polar code),在控制信道編碼上寫入了5G標準,開始了進入主流技術標準制定者的新時代。
從1996年研發GSM基站開始,經歷了二十余年的努力,華為和高通終于可以在一起喝杯咖啡了。
這是中國通信史上取得的創世紀的突破,中國的運營商和全體用戶都為之不懈付出過,還記得中國移動的”G3“嗎?
2009年,華為自研出了GSM基帶,用在采用K3V1 AP的GSM智能TK手機方案之中。不幸的是,華為的GSM智能TK手機方案很快夭折了。
早夭的“海思芯”山寨手機HX1168
華為和中興在歐洲銷售了大量的3G數據卡,但是只有高通一個芯片供應商。
飽受被掣肘的蹂躪后,華為啟動了純3G基帶芯片的開發——巴龍,并于2010年推出。到了今天,在很多測試之中,華為的基帶能力和高通的基帶能力已經在不相伯仲之間。
華為的麒麟手機芯片,把基于ARM架構的AP(應用處理器)和自研的巴龍基帶合一為一,做到了同一顆芯片里。巴龍構筑了華為麒麟SoC手機芯片的核心競爭力。
7nm、GPU Turbo、AI人工智能、神經網絡等新特性蜂擁而來,麒麟手機芯片因而成了華為高端手機的核心競爭力。當然不對外銷售,只自己用了,肥水不流外人田!
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