无论是车企、手机厂商、互联网企业亦或是家电巨头,都接二连三地扎进了“造芯”赛道, “自研芯片”似乎成为了一场挡不住的大潮流。
其实早在2010年苹果发布iPhone4明确向外界宣布自研处理器A4后,“造芯”就已不再是芯片公司的专属,谷歌、特斯拉、微软、亚马逊、百度、阿里巴巴等企业接连跨界入局。
尤其是在近几年用户需求日益提升,且半导体行业经历了“芯片荒”以及“科技制裁”的大背景下,“跨界造芯”已蔚然成风。
01
互联网下半场的“标配”
大厂自研芯片,始于2012年,第一个“吃螃蟹”的正是百度。
彼时,人工智能正渗透进社会的各个角落,李彦宏主导的AI云战略最核心部署“百度大脑”,也已积累了丰富的基础能力。随着数据和模型规模不断膨胀,"百度大脑"对计算能力的需求愈加强烈,如何满足这一需求?百度决定自主设计深度学习专有的体系结构与芯片。
“这在当年是百度的一个秘密项目。”百度高级副总裁曾表示。据了解,考虑到资金、工程周期和算法迭代等因素,百度工程师们最终落脚于低功耗且具备超强并行计算能力的FPGA,迅速推出第一版AI专有芯片版百度大脑——FPGA版百度大脑。
很快,随着百度昆仑芯XPU架构成熟,团队决定把技术路线从FPGA转向AI芯片。2019年12月,首款用于云计算和边缘计算的“昆仑一代”AI芯片问世,运算能力比当时基于FPGA的AI加速器提升了近30倍;2021年8月,百度“昆仑二代”芯片发布即量产,并与多款国产通用半导体、国产操作系统适配良好;在此基础上的“昆仑三代”芯片也正在研发。
与此同时,百度还自研远场语音交互芯片“鸿鹄”,拓展算力服务。据悉,“鸿鹄”芯片瞄准智能家居、智能车载等物联场景,已在TCL智屏产品、小度音箱等产品上实现商用。而自研之外,百度对外投资多家芯片设计企业:DPU芯片研发商星云智联、自主核心芯片提供商飞腾信息、MRAM及相关芯片设计研发商亘存科技等。以前端设计为核心,百度的芯片版图正不断延展。
目睹百度一连串的“造芯”动作,阿里坐不住了。
2015年,阿里巴巴宣布与集成电路设计企业杭州中天微合作,面向物联网各细分领域开发云芯片架构;2017年6月,阿里向中天微注资5亿人民币,正式迈入芯片基础架构设计领域,这之后不久,阿里巴巴达摩院宣布成立,芯片正是达摩院投入研究的关键基础性技术之一。
到了2018年,阿里的脚步进一步收紧,8月,阿里达摩院联合中天微成立芯片公司——平头哥半导体,以神经网络芯片Ali-NPU和嵌入式芯片为主打,开启芯片端到端设计链路全覆盖的征途。不出一年,平头哥即推出RISC-V CPU内核玄铁910,由于RISC-V架构完全开源,不会受到任何机构或国家的制约,玄铁910的问世有望帮助国内科技企业突破海外技术封锁。
与此同时,阿里在芯片领域的投资同样迅猛。集成电路研发商长鑫储存、芯片设计企业瀚博半导体、AI芯片企业寒武纪等多家明星企业的背后,都能看到阿里巴巴的身影。
而关于腾讯,做了以下整理:
自此,几家老牌互联网大厂都在“造芯”上开疆拓土,从FPGA到AI芯片再到DPU芯片,BAT用一段段“芯”路历程写下中国互联网造芯的精彩注脚。
而这堪称时代里程碑的节点上,又怎会少了互联网新生代出场? 不论是投资还是自研,字节跳动、快手、美团等大厂都为“造芯”豪掷重金。
字节跳动的出圈方式颇具“互联网风格”——重金挖人。2021年3月,有媒体曝出,字节跳动芯片团队正在加速扩充,并收到了字节跳动的肯定回复;同年7月,字节被爆从百度手里截胡了3个芯片相关人才,并在北京和上海正式招聘芯片工程师,相关职位都是和FPGA/ASIC相关,处于前端设计环节。就在不久前,有消息称字节跳动将自研云端AI芯片和ARM服务器芯片,甚至给出三倍薪资,从高通、ARM等公司挖到了一些骨干。
从筹备至今,字节芯片团队已扩充至200多人。至少已启动AI芯片(已流片)、服务器芯片(主要方向为视频编解码芯片)、FPGA NIC项目和RISC-V项目等四个芯片项目。而在自研之前,字节跳动出手阔绰,相继投资了混合信号芯片供应商聚芯微电子、数据中心网络芯片公司云脉芯联、RISC-V公司睿思芯科、GPU芯片设计商摩尔线程、衍射光学芯片制造商光舟半导体等多家企业。
快手的芯片来得最迟,但一出场就已完成流片。
8 月 10 日,在快手视频云品牌StreamLake 发布会上,快手高级副总裁于冰透露了快手造芯的最新进展,据介绍,快手以 AI 和音视频业务为重点,研制出面向视频直播点播应用的云端智能视频处理 SoC 芯片 SL200 和解决方案,目前该芯片已流片成功,并正在进行线上内测。
同样势头迅猛的还有外卖“龙头”美团,虽然暂未开始自研芯片,但美团及其产业基金美团龙珠近期频频出手采购芯片企业。
据天眼查信息显示,光电芯片研发商长芯盛、数模混合信号芯片研发商芯格诺、单光子传感器芯片研发商灵明光子、AI视觉处理器芯片爱芯元智、晶圆制造商荣芯半导体的背后,都出现了美团的身影。芯片也是除社区团购外,美团撒钱最多的赛道。
美团战略与投资副总裁朱文倩曾表示,“随着硬件成本降低,大量数据在网络边缘侧产生,预计未来边缘侧算力将超过云端算力。”美团投资爱芯科技等企业,也正是为了应对未来边缘算力的大爆发。
巨头们“造芯”正酣,似乎芯片已成为互联网迈入下半场的“标准配置”。不过毫无疑问的是,还有更多玩家正怀揣“芯”事,投身到这场狂热跨界中来。
02
车企造芯早已不是新鲜话题
在经历了缺芯以及巨头自研芯片、汽车架构变革对半导体新需求等影响,车企开始觉得自己有必要设计芯片或者参与到芯片设计当中去。
梳理发现,目前入局造芯的企业既包括蔚小理、零跑等新势力公司,也有比亚迪、吉利等传统车企,但切入造芯的路径并不一样。
新势力更青睐独立研发。蔚来、小鹏都是在内部组建芯片团队,零跑与大华股份一起研发车规级AI智能驾驶芯片,后者是安防行业巨头,也是零跑汽车的主要投资人。
新势力的选择并不难理解,从企业的战略角度看,蔚来、小鹏和零跑等新势力都是全栈自研的拥护者,技术储备和创新能力都比较强,这种价值取向让他们敢于追求更前沿的技术,而芯片一直是占据着技术的最高点。
更何况,“前辈”特斯拉就是自主设计核心芯片,新势力们选择自研一定程度也是在对标特斯拉。
相比之下,传统车企在造芯上会稍微谨慎一些,吉利、广汽、北汽、上汽都是通过和芯片企业联合成立合资公司的方式入局造芯。
相比于自研,与芯片企业合资一定程度上可以降低风险,主机厂还能借助于对方的技术提高研发的成功率。
除此之外,在核心芯片领域,主流车企们也相继投资了一批企业。比如上汽集团,过去几年至少投资了20家芯片公司,今年3月还与子公司一起出资40亿元设立投资基金,专门聚焦半导体、新能源领域。
毕竟自研芯片投入高、周期长、不确定性大,难以满足需求,以投资绑定芯片商就成了性价比最高的选择。
从具体的细分市场来看,车企造芯的领域主要包括自动驾驶芯片、功率芯片、MCU芯片。
自动驾驶芯片是新能源汽车智能化、网联化大背景下催生的需求。在汽车智能水平越来越高的当下,汽车所需要的算力越来越多,汽车芯片结构也由“芯片级芯片”MCU进化至“系统级芯片”SoC。SoC芯片常用于智能座舱、智能驾驶、ADAS等比较复杂的领域。
这部分市场主要被英伟达、高通等国际公司垄断,近年来地平线、黑芝麻智能等国产自动驾驶芯片厂商崛起,给车企提供了性价比较高的国产替代。
另外,和“芯片级芯片”不一样的是,SoC芯片和算法绑定较深,这就导致主机厂对SoC芯片有比较强的定制化需求。
众所周知,车辆的自动驾驶能力与算法息息相关。尤其是在高阶智能驾驶逐渐落地,车辆传感器越来越多的当下,为了充分发挥硬件水平,主机厂都在自研算法,算法模型也越来越大、越来越复杂。
可是,通用级芯片对算法有比较大的制约。为了充分发挥算法的优势,打造差异化体验,主机厂都在和芯片供应商紧密合作,做芯片定制化工作。比如2021款理想ONE使用了地平线征程3芯片,据悉当时地平线派出大量人马赶赴理想汽车,合力研发。
这样的现象发展下去有两个趋势,一是芯片商开始研发自动驾驶算法,黑芝麻智能就在A1000之上自研了行泊一体的自动驾驶算法;二是主机厂开始自研自动驾驶芯片。蔚来、小鹏、吉利等都是其中的代表,一定程度上这也是为了构建自动驾驶技术闭环,和芯片商争夺对供应链的控制权。
自研自动驾驶芯片最好的样板就是特斯拉,马斯克认为无论是Mobileye还是Nvidia,都无法满足特斯拉对于性能、研发进度、成本、功率方面的要求。后来,特斯拉便自研了FSD芯片,让硬件能与自家的软件算法更加契合,获得更好的兼容性和匹配度,这也奠定了特斯拉在自动驾驶领域的领先地位。
除了技术方面的考量,车企造芯还有稳定供应链的目的,所以不少车企在功率半导体和MCU芯片上都有布局。
功率半导体的功能主要是转换电能,控制电路,具有处理高电压,大电流的能力,在汽车中应用比较广泛的有IGBT、SiC等。
新能源汽车对功率半导体规格要求远高于传统燃油车。据盖世汽车研究院数据,电动化趋势下,汽车功率半导体的单车价值量增长最多,其中在纯电动车中的单车价值量高达35亿美元,占整车半导体价值比重的46%。
所以,不管是专注于新能源汽车市场的新势力,还是正在进行电动化转型的传统车企,对功率芯片的需求量都非常大。
但功率芯片大部分都被欧美日等厂商垄断,头部企业市占率长期超过50%,国产替代比较稀缺。所以,为了能保障新能源汽车的出货量,主机厂也加入了自研功率芯片的领域,代表企业包括比亚迪、理想、吉利等。
如果说布局功率芯片更多的是着眼未来,应对电动化的大趋势,自研MCU芯片很大程度上则是立足于当下。
不管是在燃油车还是新能源汽车上,MCU芯片的需求量都非常大。相关数据显示,MCU是汽车ECU的运转大脑,约占汽车半导体数量的30%,传统燃油车单车平均需要70个MCU,智能单车则需要300个MCU。庞大的需求量也使MCU成为了在这一轮缺芯浪潮中最为紧俏的芯片。所以过去两年,部分主机厂在车规级MCU领域,也在大力布局。
值得注意的是,除了做Fabless无晶圆设计,一些主机厂还在自建芯片工厂。比亚迪在国内有多家芯片厂,MCU、IGBT等芯片都可以做到自研自产,吉利芯粤能碳化硅芯片制造项目主体工程已经封顶,东风旗下的智新半导体也有车规级IGBT模块产线,去年理想也在苏州开启功率半导体基地建设。
毕竟缺芯最缺的是芯片制造,如果只有设计无法生产,还是不能摆脱产能紧张的情况。
03
巨头造芯,走到新阶段
巨头造芯也正在迎来新阶段。
海信芯片公司,计划分拆上市
日前,海信视像发布了拟分拆子公司青岛信芯微电子科技股份有限公司至科创版上市的预案。
据了解,海信于2005年注资5亿元成立青岛海信信芯科技有限公司,同年研制出我国第一颗拥有自主知识产权的数字视频处理芯片“信芯HiView”VPE1X,使同类进口芯片价格从每颗13美元下降到5美元。
2017年,海信收购日本东芝电视,整合其画质芯片设计团队。2019年6月将芯片部门海信信芯和上海宏祐公司整合成立青岛信芯微电子公司。发展至今,其画质处理芯片已经迭代4次。可以看到,海信的芯片之路主要围绕着优化显示效果,并实现了多个“全国首颗”,包括2015年推出4K 120HZ超高清画质引擎芯片、2022年1月发布全自研8K AI画质芯片等等。
公开资料显示,信芯微是一家专注于显示芯片及AIoT智能控制芯片的Fabless模式芯片设计公司,致力于为各类显示面板及显示终端提供显示芯片解决方案,并为智能家电等提供变频控制及主控解决方案。
海信视像方面表示,通过本次分拆,信芯微将实现独立上市,并通过上市融资增强资金实力,提升企业持续盈利能力和核心竞争力。
在此基础上,海信视像还在年报表述,公司将持续拓展半导体布局,垂直一体化做优显示产业的同时,加快芯片的横向拓品效率。
比亚迪半导体:坚持上市计划不动摇
早在2013年,埃隆·马斯克便提出要研发自动驾驶芯片,由于缺乏技术和人才储备,特斯拉早期只能与Mobileye合作,而其研发的产品并没有达到预期,只达到了L2级别。从2015年特斯拉重新组建团队布局自动驾驶芯片,到2019年特斯拉正式发布第一款自研的AP芯片Autopilot HW3.0,特斯拉经历了五年时间。
同样,国内汽车芯片领域的领军企业比亚迪半导体,也经历了相当长的技术培育和上车验证之路。
而在市场和资本层面,相较于其电动汽车销量一路扶摇直上,比亚迪旗下子公司比亚迪半导体的IPO之路却尽显曲折,历经多次"被中止"之后,去年11月再次敲响终止的钟声。
不过,在3月29日比亚迪业绩会上,董事长王传福再次表态,"比亚迪半导体上市计划不变,只是进程上有一些调整"。
事实上,上市募资投建功率半导体,本就是比亚迪计划之一。据比亚迪半导体此前规划,公司上市将募集26.86亿元,其中3.12亿元将用于新型功率半导体芯片产业化及升级项目,20.74亿元用于功率半导体和智能控制器件研发及产业化项目,3亿元用于补充流动资金。
另外,面对新能源汽车行业的持续增长,新增晶圆产能仍远不能满足下游需求。为尽快提升产能供给能力和自主可控能力,比亚迪半导体拟抢抓时间窗口,开展大规模晶圆产能投资建设。为扩大晶圆产能,比亚迪半导体上市在审期间还投资约49亿元实施济南功率半导体产能建设项目。目前该项目已建成投产,产能爬坡顺利,预计2023年3月达到满产状态,届时产能将达到3万片/月,预计对比亚迪半导体未来资产和业务结构产生较大影响。
此外,在终止上市之际,比亚迪半导体还接盘了成都紫光项目,也举被业界解读为扩大晶圆产能的一步。通过优化公司半导体板块布局,扩大产能率先满足内需,从而再外供面向整个产业链,削减与母公司的关联交易比例,最终达到上市的目的。
作为一家半导体供应商,比亚迪半导体现已实现IGBT、SiC器件、IPM、MCU、CMOS图像传感器、电磁传感器、LED光源及显示等产品量产。其中,比亚迪半导体最拿手的便是IGBT汽车功率模块,早于2005年就开始自研,目前已拥有全产业链IDM模式的运营能力。
目前在IGBT模块领域,比亚迪半导体也已站到国内头部位置。资料显示,2018年比亚迪半导体发布车规级领域具有标杆性意义的IGBT 4.0技术;2021年,基于高密度Trench FS的IGBT 5.0技术实现量产。目前在IGBT模块领域,比亚迪半导体也已站到国内头部位置。
据招股书显示,在IGBT领域,比亚迪半导体2019、2020连续两年在新能源乘用车电机驱动器厂商中全球排名第二,国内厂商中排名第一,市场占有率达19%,仅次于英飞凌。另根据财通证券研报,2022年前三季度比亚迪半导体功率模块装机量市场份额达21.1%,接近赛道龙头英飞凌25.7%的市场份额。
04
芯片自研or外购,仍旧“造不如买”?
中国关于购买核心芯片还是自研的争论由来已久。
“造不如买”的芯片产业思维,导致了国内半导体产业差距被逐渐拉大的事实。尤其是随着中兴华为事件的发生,国内厂商关于芯片自研还是外购的讨论逐渐开始偏移。不仅是本土芯片企业在加大自研力度,积极提升竞争力。终端巨头也开始向产业链上游发力,“跨界造芯”悄然兴起。
对于上述巨头跨界造芯而言,做芯片需要有具体场景承接,不是为了做而做,而是基于短视频、影像质量、云计算或是自动驾驶等内在需求。当然不管是哪些场景,巨头造芯大多出于两个目的:对内为了其主体业务而服务,“性价比”是造芯的源动力,同时实现自身在同赛道的差异化竞争力;对外开拓市场空间寻找新的增长点。
契合自身业务需求,提升竞争力
前者是行业厂商最明显的趋势。
从国际厂商视角来看,早在2013年,谷歌就开始研发用于AI场景的TPU芯片,解决公司内部日益庞大运算需求与成本问题。亚马逊也在2013年推出了Nitro1芯片,同样是服务自身业务。时至今日,亚马逊已经坐拥网络芯片、服务器芯片和人工智能机器学习芯片三条产品线,8年倒腾出9颗芯。亚马逊通过自研芯片处理Alexa语音助手的运算,成功替代了英伟达的芯片,降低了30%的成本。谷歌也发布了自研视频处理芯片Argos VCU,替换掉了数千万个英特尔CPU,一举为谷歌节省了200亿人民币的资本开支。
亚马逊、微软、谷歌等几家科技大厂掌握了全球大部分的服务器算力。这些庞大的算力需求,足以激励他们研发自己的服务器芯片。所以,性价比是大厂造芯的第一动力。
这股造芯热传递到国内,互联网大厂陆续加入群聊。
比如,百度拥有“昆仑”和“鸿鹄”两大主打芯片。其中昆仑作为一款AI芯片,除了常用深度学习算法等云端需求,还能适配诸如自然言语处置、大规模语音辨认、自动驾驶、大规模引荐等详细终端场景的计算需求。鸿鹄是一款远场语音交互芯片,主要应用在车载语音交互、智能家居等场景,都与百度的业务协同。
同样的道理,阿里平头哥的芯片很大程度也直接服务于阿里云的生态建设。另外,其还基于神龙架构,推出了自己的云服务器神龙服务器,并设计了自己的智能网卡芯片X-Dragon。总之,通过不断丰富生态增强其软硬一体的协作能力。
腾讯的“沧海”、“紫霄”和“玄灵”,分别针对视频处理加速、AI芯片、智能网卡芯片等,无一例外的指向内需。
从快手和字节的造芯计划也能看到,随着互联网公司业务的快速扩张,上层的视频业务对硬件的要求需要在芯片定义阶段就要从实际需求出发,做出符合自身业务特点的ASIC。这也是字节负责人提到的“公司无法找到能够满足其要求的供应商”。
如果以市场上现有的芯片来用,势必只能在老牌巨头已经成熟的芯片中做选择,这无疑会加大硬件方面资金的投入和后续业务稳定性的风险。并且市面上的通用型芯片,往往不如专用型芯片在优化视频体验上做的出色。在这种情况下,自研芯片成了必选项。
另一方面,高通、AMD以及英特尔等芯片大厂提供的通用产品,越来越难以满足互联网科技厂商们的现实需求。同时也导致了很多科技公司采购芯片的成本在不断上升,过去由于话语权的羸弱使其只能听之任之;但如今随着各家自研芯片的出炉,其对大厂的“蛮横”也有了一些底气。种种因素下,自研芯片逐渐成为必选项。
家电巨头纷纷自研芯片的原因也不难理解。一方面,在国家大环境对于芯片自主可控的要求趋势下,不希望命脉被掌握在外资手中,所以下定决心自研芯片,提升自身核心竞争力;另一方面,自主研发对终端企业更有价值的地方在于提升产品的差异化,更好的做好软硬件的适配及性能优化。
在打造差异化优势方面,OPPO、vivo、小米等手机公司尽管不会面临被卡脖子的困境,但一定存在芯片的趋同性问题,要产生技术力上的竞争,自研芯片同样是必选项。
然而,对于车企自研芯片的必要性,业界众说纷纭。
有观点指出,随着电动汽车渗透率快速增长,智能电动汽车的供应链也相对成熟。在上游,英伟达、高通等专做芯片的公司能为大部分车企提供自动驾驶、座舱芯片等产品。其相比大部分车企更具规模优势,能以巨大的出货量平摊掉更多研发成本,能在与台积电等代工厂合作时拿到更低的单颗芯片报价。
而车企自己研发大算力芯片,则是上述规模优势的反面。车企需要承担极高的研发费用,如果芯片全部自用,平摊到每辆车上,自研芯片不一定比外采便宜。
不过在造芯必要与否,成本是否合适的问题到来之前,有资源、有野心的头部车企仍会尝试自研智能座舱、自动驾驶等大算力芯片。
因为芯片和依托于芯片的智能化体验,日益成为车企卖车的竞争力之一。自动驾驶、智能座舱芯片往上承托着软件系统,软件中流转着数据,数据是车企感知用户行为、迭代系统的必要内容。那些希望像苹果或特斯拉那样,以持续升级的软硬件系统,带来非凡体验、品牌黏性的车企,不可能不尝试自研芯片和操作系统。
因此,包括蔚小理在内的车企都有这个野心。一来,高端芯片的自主可控一直受到政策驱动,扶持本土半导体产业是趋势亦是必然;二来,通过自研AD芯片不仅有助于车企构建全栈自研的能力,一定程度上还能够提升品牌价值。
市场环境下,稳固供应链安全
中美贸易摩擦,导致的海外厂商供货困难,又加速了半导体行业的“国产替代”热潮。
如上文所述,无论是从企业自身战略层面还是行业整体环境来看,“造芯”对于技术驱动的大厂都值得尝试。
其好处在于,相比通用芯片的高门槛,专用芯片设计的研发对大厂而言相对容易许多。并且能提升其产品体验和服务差异化这一核心优势。
另外,自主研发可以使其在成本与流程上做到最优,提高安全性和灵活性,在长中短各个阶段不同层次上进行更快的创新,使其在芯片的立项、进度和交付上掌握主动性。
开拓市场空间,寻找新增长点
最后,我们再围绕“巨头造芯或将对外开拓市场空间寻找新的增长点”这一角度来谈谈。
纵观半导体产业过去几十年的发展历程,跟硬件市场的趋势息息相关。
国外方面,英特尔的崛起伴随着PC行业的繁荣,高通的发展依托于智能手机的扩张,英伟达后来居上也是乘上了游戏、加密货币和AI的东风。
所以对当前的国内巨头来说,最重要的其实是找到一个属于自己的应用场景,无论是云计算、AI训练、还是MCU,有没有竞争力,能不能打,都需要在市场中去尝试。
以华为海思为例,其第一笔订单来自大华股份的安防监控市场,然后依托华为在通信领域的基础,研发基站和基带芯片,再然后就是大众所熟知的麒麟系列,依托于华为的智能手机走向万千消费者。
但从后起之秀的进展来看,无论是百度还是阿里,或者其他跨界巨头,要打开外部市场上并不容易。而从大厂分拆出来,独立融资,可能是其芯片业务市场化的必经之路。
一方面,分拆上市可以拓宽融资渠道、降低资产负债率,并有利于优化资本结构,推出市场化的激励机制;另一方面,从自身业务内部拆分出来后,也能够更方便给其他同行供货,给更多领域客户供货,从而迅速扩大市占率、寻找新的增长点。
写在最后
从当前大厂造芯的入局进程来看,现阶各巨头造芯的“出口”大多精准地瞄向了自身业务,且正在出现分拆谋求独立上市的迹象和案例,而从“造芯”这件事本身和所处的竞争环境来看,“造芯”的高门槛决定了入局“造芯”的大厂,很难避免后续过程的持久战。
但无论怎样,芯片行业“造不如买”的发展逻辑正在成为过去式,被遗留在历史“吱呀呀”的车辙里。