手机基带芯片的故事

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04-29 15:36

美国时间 2019 年 4 月 16 日,英特尔宣布放弃 5G 基带 Modem 业务。iPhone 回归高通的消息放出,高通股票一小时内暴涨近 25%。

引子

12 年前,乔帮主发布第一代 iPhone 的时候,其实心里还是不太有底气的。在发布会前乔布斯整整排练了 6 天,但是问题不断:iPhone 不是打不了电话就是上不了网。更糟糕的是,当时英飞凌提供的基带芯片连 3G 都不支持,而诺基亚和摩托罗拉早 4、5 年就有了 3G 手机。

为了赶运营商 AT&T 的暑期档和敲定绑定合同,乔布斯不得不提前发布了 iPhone 一代:一个半成品,一个只能打电话的音乐播放器,因为它还没有应用商店不能装软件,汉字也不能输入,而其发售还要等半年后才开始。

iPhone 仓促的发布使得谷歌得到充足的时间来模仿和学习 iPhone,并在第一代安卓机发布时就完全赶上 iPhone 的进度,直接提供 3G 支持和应用商店。此后,安卓的市占率一路飙升把 iPhone 甩在后面。原本认为自己遥遥领先至少两年的乔帮主震怒地说到:「我要用尽苹果 400 亿美金的存款,发动一场热核战争,来摧毁安卓,because it’s a stolen product.」

回过头来看,苹果当初为什么选择了当时并不领先的英飞凌作为主通讯芯片提供商呢?新入行半导体圈的朋友,也许不知道 2G-3G 时代手机芯片竞争之惨烈,我们慢慢回顾一下。

一、群雄争霸

在模拟手机 (1G) 时代,摩托罗拉是毫无疑问的老大,占据超过 7 成的市场份额。而其半导体部 (后来的 Freescale),当年也是非常强悍,比如给苹果电脑的 CPU 性能比英特尔还强半代。

欧洲国家为了干翻摩托罗拉合伙搞了 GSM 标准后,相关手机也纷纷出炉,平均一个国家一个吧:芬兰诺基亚,瑞典爱立信,德国西门子,荷兰飞利浦,法国阿尔卡特等。这些厂商不仅做手机,也自己做手机基础网络设施 (基站等),多半还能做芯片,个个是全能。

有意思的是,好像没看见英国手机品牌。后来倒是一家曾叫橡果 (Acorn) 的英国公司倒是横扫世界。苹果放弃 Newton 平板后,真正慧眼识珠的是 TI,TI 在诺基亚商务机 6110 开始引入 ARM7 并独家贡献了 7 成收入给橡果,使得 ARM 又熬过 10 年大翻身。

美国的半导体厂商情况比较复杂,做手机主芯片的公司一堆,比如 TI、Skyworks、ADI、Agere、Broadcom、Marvell、Qualcomm 等。但是手机大厂基本就摩托罗拉一家,人家自家有芯片还很强。所以这些公司的纷纷跨海寻找客户,引起一团又一团的乱战,最后又纷纷栽倒。

值得分析的是,这么多厂商蜂拥挤入 GSM,一方面说明了手机市场的爆发,另一方面说明在 2G 时代做手机芯片技术门槛并不高。

不过,不像今天手机核心芯片集成度很高,那时的各家设计真是百花齐放,今天一个芯片可以完成的工作,当年用 MCU+DSP+ROM 等十几个芯片和分离器件是很正常的,各家的套片和开发工具都不一样,调试更是麻烦。这给手机厂带来巨大的不便,对手机厂技术能力的要求非常高。设计一款手机的板子非常耗时,因此后来各种 Design House 纷纷出现,为原厂直接提供设计原型或模组。

三、欧洲手机芯片的归宿

1999 年,西门子半导体部分拆独立,这就是英飞凌 (Infineon)。我刚开始在英飞凌上班的时候,西门子手机是标配。公司还有个奇怪的福利,就是手机如果丢了的话,还能再买一个免费报销。现在想想也许这不算福利,手机丢了让你别犹豫赶紧买一个别耽误工作:-)。

西门子手机的质量真是好,感觉拿它当榔头敲钉子都不会坏。但是在那个手机没啥功能的年代,外观比内涵更重要,西门子这种慢公司真的是不太玩得转。2005 年,在试图卖给摩托罗拉失败后,财大气粗的西门子居然倒贴 3.5 亿欧元把手机部门送给台湾明基 (Benq)。然后不到一年,当时世界第一大手机代工厂明基的自有品牌梦就破灭了,原因还是德国人所谓的工匠精神太慢了。

在西门子手机不灵光的时候,单一大客户的英飞凌无线部门原本也摇摇欲坠。2005 年,英飞凌奋力推出业界领先的面向 100 美金低价手机单芯片解决方案 X-Gold,一时间吸引并成功打入诺基亚、LG、三星和康佳、中兴等中国厂商。

同时,秘密研发 iPhone 的乔布斯,也正在寻找一款高集成度功能简单的基带芯片。这个我们留到后面再说。

放弃西门子手机后,我改用了飞利浦 9@9c,这款手机除了轻便好看,还有个神奇的特性,就是能待机一个月。出个差都不用带充电器,在今天简直是神话。

可惜飞利浦手机只比西门子多坚持了一年,卖给了中电 (CEC),飞利浦芯片平台在 CEC 旗下公司又来回玩了几年。阿尔卡特手机品牌在 2005 年卖给 TCL,我们来看欧洲另两家手机芯片豪门 (NXP 和 STMicro) 的结局:

2002 年,阿尔卡特手机芯片部门并入意法半导体 (ST)

2006 年,飞利浦半导体独立,即恩智浦 (NXP)

2008 年,NXP 无线部门分离和 ST 成立合资公司 ST-NXP Wireless

2009 年, ST-NXP Wireless 和爱立信手机研发合并,成立 ST-Ericsson

2013 年, ST-Ericsson 关闭 (相当于倒闭)

和其它欧洲手机大厂不同的是,诺基亚更擅长设计外包。一开始,诺基亚就选中了半导体业实力最雄厚产品线最齐全的德州仪器 (TI) 作为设计合作伙伴。

TI 高超的技术能力为诺基亚带来了丰富的产品线和稳定的通讯信号质量。很少有其它厂商在推出这么多型号后还没几个因品质搞砸了的机型。不过,几乎算是用 TI 做单一平台供应商的诺基亚在手机市场份额达到惊人的 49% 时,不再满意自己的议价能力。

2007 年,诺基亚开始了新的多供应商战略,STM 和英飞凌为了抢份额都提供了利润极低的报价。TI 开始讨厌基带芯片的业务,因为一年一换代的更新太快了,投入资源的回报比起工业类芯片差太多。2008 年,TI 宣布逐步退出基带业务,逼迫诺基亚 2012 年前完成全面换平台。结果是加上苹果和安卓的突袭,诺基亚也从 2008 年开始了市场份额下降的漫漫长路。

诺基亚自己也有个 Modem 部门,主要是基带技术研发而不太做芯片,终端产品有那种电脑上网用的 USB Dongle。这个东西比手机简单很多,因为不需要操作系统以及屏幕键盘等。中兴和华为当年就是靠这个东西进军消费者业务,靠低价高质席卷欧美,为今天手机业务打下扎实的基础。诺基亚的 Modem 部门在 2010 年被卖给日本的瑞萨。

2011 年开始诺基亚完全采用高通平台用于 Windows Phone 系列 Lumia,头也不回地走向了悬崖。

四、美国的手机芯片

1999 年,科胜讯 (Conexant) 从工业自动化公司 Rockwell 分离。那时的笔记本电脑配一颗 Conexant 的电话 Modem 好像是蛮标配的。2002 年,Skyworks 从科胜讯分离,专注无线通讯。新生的 Skyworks 很快成为德信无线的擅长平台并在中国不少中型厂商开枝散叶。然而好景不长,联发科的 Turnkey 方案从 2004 年开始席卷中国两年后,Skyworks 宣布放弃基带业务。其后,Skyworks 专注于射频领域,靠着苹果、三星和华为手机,和 TriQuint 与 RF Micro 合并来的 Qorvo 成为 RF 双雄。

亚德诺 (ADI) 是家很勤奋的公司,一直在中国默默耕耘,手机芯片曾在国内很多二线品牌出现,但只是勉强撑着。联发科在山寨功能机市场大获成功后,急需 TD 技术进入主流 3G 市场并和展讯竞争,而 ADI 刚好有 TD 芯片。2007 年 ADI 以 3.5 亿美金把手机部门卖给联发科,这笔交易算得上双赢。ADI 算是个另类,公司到今天也没被大公司并购还活得很好。原因很简单,创始人还在当董事长。这符合本人另外一篇文章《BIOS 和 PC 的故事》中的总结。

博通 (Broadcom) 一直在 Wifi 蓝牙 GPS 领域占据领先地位,但用其基带厂商真不多见,它的基带往往作为搭售,有点另类。但是作为公司名字带 com 的通讯公司,砍掉基带这个大市场真是下不去手,所以在 3G 时代一直强撑着。2012 年 Broadcom 收购瑞萨的 LTE 平台 (诺基亚那个),试图在 4G 领域进行反攻。然而,后面的 LTE 芯片开发实在是太费钱还不顺利,进度一拖再拖,在 2014 年终于宣布不玩了 Baseband 了。

Marvell 是华裔公司的荣光,抓风口的能力还是蛮强的,在存储和 Wifi 的风口都果断抓住。2006 年 Marvell 再次显示了其远见,收购了英特尔的 XScale 手机平台,等于囊入当时最火的 Palm 智能机。要知道这正巧发生在 iPhone 诞生前一年。还有一件事,TD-SCDMA 被所有人不看好的时候,Marvell 推出了支持 TD 的芯片,压中了中移动。Marvell Baseband 平台的大客户是黑莓,这个风口抓得也很准。只可惜 Marvell 技术积累还是不够深厚,在美国拼不过高通在中国拼不过联发科。在博通退出后一年,Marvell 也裁撤了 Baseband 团队。

Agere 是原来朗讯的半导体,作为传统语音通讯的玩家,确实能熬到新世纪就不错了。2006 年,Agere 被 LSI 收购,2007 年 LSI 把 Agere 的手机基带部分卖给了英飞凌。值得一提的是,高通曾为了抵抗反垄断法把 CDMA IP 授权给 LSI。LSI 在 2002 把 CDMA IP 又卖给了威盛,即威睿电通 (VIA Telecom)。后来这个 IP 值大钱了,威睿把它又授权给联发科和英特尔,这下大家都能不给高通钱做全网通了。

五、短评

总之,手机基带 Modem 的玩家欧洲木有了,大玩家里剩下韩国的三星,美国的高通,中国的联发科、海思和展讯,也许还有中兴。按惯例,不评价现存中国公司。能坚持读到现在的朋友,应该对高通也再熟悉不过。

随着国际基带平台的各种大洗牌,国内曾风光一时的 Design House 也死掉九成多,比如和飞利浦合作的中电赛龙,后来因飞利浦芯片问题丧失竞争力而倒闭。和英飞凌合作过的嘉盛联桥,后来成了著名的跑路公司。提早转到联发科平台 (2013 年 MTK 收购了 MStar) 和提早转成手机 ODM 代工的 Design House 在熬过了 2G-3G 的乱战后,现在做 4G 量越做越大:比如闻泰、龙旗和华勤等。但是很遗憾的是,他们都主要做高通平台了,IDH 百花齐放拼技术的岁月一去不回,拼成本拼产能变成今天的主流。

其实当年战国争雄的时候,中国的 TD-SCDMA 还曾冒出过几家芯片公司,比如飞利浦与摩托罗拉参与投资和提供技术的天碁,和诺基亚与 TI 参与投资的凯明。天碁最后卖给 ST-Ericsson,凯明花光了钱破产。TD 的故事没 100 页讲不完,反正是个烧上千亿的故事,而我自己的 TD-SCDMA 手机从来没完整打开过一个网页。TD 的果实应该说是展讯,不过说好了不评论啦。

六、苹果

最后回来继续说苹果和英飞凌。英飞凌在诺基亚三星 LG 等客户处都只是个备用的低成本第二第三货源。加上 iPhone 前三代的销量并不高,因此英飞凌无线部门一直亏钱。到了划时代的 iPhone 4 推出的时候,虽然英飞凌仍是 WCDMA 版主要供应商,但高通作为 CDMA2000 版基带提供者也加入进来了。两者实力一比便比出了差距。高通在 CDMA 平台是绝对垄断优势,苹果当时也没选择。

最初乔帮主选英飞凌是看重它单芯片集成度高,塞到 iPhone 里板子不会太大。另外英飞凌因为客户少对苹果依赖度高,而苹果做手机当时也很小,其它芯片大厂很多还看不上。然而恐怕老乔这么有远见的人也没料到 3G/4G 会以这么快的速度和 WiFi 平起平坐。

不仅当年英飞凌 3G 平台开发进度慢,iPhone 前三代还都存在信号弱的问题,导致第四代乔布斯把天线在手机外面整整包了一圈来提高信号强度,结果出了「天线门」。

虽然极其不喜欢高通收费的方式 (手机售价的 5%),乔布斯还是被迫放弃英飞凌转到高通平台,因为高通的技术实在是太强了,在接下来的 4G LTE 平台更是遥遥领先。

2010 年,英飞凌把无法盈利的无线部门以 14 亿美金卖给英特尔,应该说是个极佳的结局。因为对比 Freescale、TI、Skyworks 等公司 Baseband 部门,都是没人买而自己关闭的。乔布斯评论英特尔收购英飞凌无线时说,「我很高兴」。

当时没有人知道他高兴什么,因为英特尔收购了英飞凌无线后马上就丢掉了苹果这个最大客户。还有些科技媒体说苹果应该自己收购英飞凌,不过到了 2016 年大家开始明白点了。

最最关键的是没有英特尔这种亏得起的老爹,英飞凌无线真真是熬不下去。收购后的无线部门一亏就是 6、7 年上百亿美金,即使这样开发进度还一直落后,跟不上高通。如果不是英特尔财大气粗,早坚持不下去了。Tim Cook 顶着无数网友的怒骂和专家的批评,从 iPhone 7 开始重新引入英特尔 LTE 基带,即使性能上比高通差一大截。苹果甚至把高通芯片进行限速,来弥补英特尔芯片的不足。

而到了 iPhone Xs 一代,英特尔 Baseband Modem XMM7560 正式取代了高通,像是完成了老乔的心愿,不交高通税省了一大笔钱。

未来的 5G 基带 Modem,速度将高达 5-20Gpbs,也许 10 模 50 频,加上不太成熟的毫米波,测试一颗芯片要跑遍全球各种运营商的各种基站环境。因此技术难度虽然也算个问题,但工程师密集型的测试调试更是最大的门槛,哪有那么多公司能请得起几千个工程师测一颗芯片。加上高通华为等公司还把各种应用处理器 (CPU/GPU/AI/ 安全等) 还都集成在一颗芯片里,绝对算是芯片领域复杂度之王了。

天下大势,分久必合,单一客户的英特尔终于坚持不住。

青山依旧在,几度夕阳红。

本文来自微信公众号「金捷幡」(ID:jin-jiefan),作者为金捷幡,爱范儿经授权发布。

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