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[导读]最近,苹果和高通之间的口水战打的火热,英特尔也被卷了进来。苹果新发布的iPhone XS和iPhone XS Max毅然弃用了高通的基带芯片,转而全部采用英特尔的基带芯片。高通很不爽,指责苹果窃取其技术机密,用来帮助英特尔提高芯片性能。苹果和英特尔则矢口否认。

最近,苹果和高通之间的口水战打的火热,英特尔也被卷了进来。苹果新发布的iPhone XS和iPhone XS Max毅然弃用了高通的基带芯片,转而全部采用英特尔的基带芯片。高通很不爽,指责苹果窃取其技术机密,用来帮助英特尔提高芯片性能。苹果和英特尔则矢口否认。

一时间,芯片圈也好,手机圈也好,这都成了最为火爆的新闻。不怕事大的我们,都搬着小板凳排排坐,看戏!

这是“老兵戴辉”过去二十多年从事的专业,借此机会为大家讲讲这里面的八卦。“戴说”开播!

一、无线女皇和高通的诞生

故事要从二战期间一位美丽的女子说起,她叫海蒂·拉玛(Hedy Lamarr,1914年11月9日-2000年1月19日),出生于奥地利首都维也纳。她是个犹太人。五岁的时候,她就拆了音乐盒并重新装了起来。 天才都是这样。 其实我也拆了家里闹钟,不过被胖揍了一顿,就没有兴趣去装了,天才从此被扼杀。

 

 

Wireless Goddess 无线女皇海蒂·拉玛

她16岁的时候在大学里学通信工程。不过因为实在太漂亮太豪放太叛逆,她很快进入了演艺圈,18岁时候,拍出了有史以来第一部女性全裸的电影《神魂颠倒Ecstasy》,开启了三级片风气之先。那画面以今天的标准看也相当辣眼睛,大家可以自行猎奇。

爆红之后,她嫁入了豪门。第一任丈夫曼德尔是奥地利军用设备制造商,客户正是二战时期的轴心国。故事的开头正如我们热爱的三级艳星叶玉卿一样,但越往后越出人意料。

所有人都当她是花瓶,毫无遮挡地讨论各种技术秘密。就这样,通信专业出身的她,在浅颦低笑中,默默地了解了纳粹使用的通信技术。传统的无线电,始终使用同一个频率,容易被干扰。海蒂富有远见地认识到,不断随意地改变无线电波频率,可以防止信号阻塞的发生,从而有效的防止敌方干扰和追踪。

纳粹对犹太人的迫害日益泛滥,海蒂决定逃离。1937年的一天,海蒂在晚宴中途以身体不适为由退席。她用迷药迷昏侍女,跳出窗户,乘当天的火车连夜逃到了巴黎,又辗转来到伦敦。

在这里,她遇到了米高梅电影公司的老板,签订了低价片约,来到了正在崛起的好莱坞,继续自己的演艺生涯。她被认为是“世界上最美丽的女人”,甚至连《飘》中饰演斯嘉丽的费雯丽都以长相酷似她而为荣。这就是很多人包括我看到海蒂拉姆的照片,总觉得似曾相识的原因。

尽管是名噪一时的“艳星”,海蒂始终还热爱着科技,“不改初心”!她发明了“可乐泡腾片”,可以让二战中的战士们更容易喝到可乐。

她结识了音乐家乔治·安塞尔。最初,他们之间的谈话是关于“丰胸”,然后不知怎么的竟然又绕进了无线电通信领域。

海蒂和安塞尔借鉴同步演奏钢琴的原理实现了“跳频技术”,通过频率跳变来扩大通讯容量并对信息进行加密。1942年,海蒂和安塞尔拿到了美国专利局颁发的秘密通信系统的专利,编号为2,292,387。他们将这一专利赠送给了美国政府,希望能用于二战战场来阻击纳粹。

 

 

图注:海蒂和安塞尔的专利申请图纸

然而,该技术在二战之后的冷战时期才获得了应用(由霍夫曼公司商用)。

冷战后期,美军对外公开了很多军用技术,实现军民两用。晶体管的发展使得“跳频”技术的实现越发简单,频率同步方法也实现了从机械到电子的转化。”军转民“催生了一大批高科技公司,很多在西海岸。

1985年,在圣地亚哥,成立了一家名不见经传的小公司高通公司(Qualcomm),名字是Quality Communication的缩写,最初整个公司只是一家比萨饼店楼上的一间办公室,据说附近还有个坟场。

前麻省理工学院(MIT)教授艾文·雅各布(Irwin Mark Jacobs)等七个创始合伙人将在“扩频技术”上发展出的CDMA(码分多址)技术成功用于商用蜂窝通信网络,并拥有主要的专利。后来号称有1400项相关专利。

 

 

Franklin Antonio、Adelia Coffman、Andrew Cohen、Klein Gilhousen、Irwin Jacbos、Andrew Viterbi和Harvey White

右二维特比Andrew Viterbi被誉为”CDMA之父”,我们在GSM中也用到一种叫维特比译码的算法,据说与他也有关。

1994年,全球第一个CDMA商用移动通信网络在中国香港和记电信运行,但效果不好,第一个通常都是小白鼠。 但CDMA从此发展起来,在韩国终于成功商用,1996年达到了100万用户。三星从此起步,进入了移动通信领域。有个说法是:高通发明了CDMA,却是韩国救了CDMA一命。CDMA进入移动通信领域并率先在亚洲商用,美籍华人李建业博士在这个过程之中功不可没。

初出茅庐的余承东在华为第一个注意到了这个技术。某日,他用别人的电话打给任正非,兴冲冲地说:老板啊老板,我发现了一个新技术,叫CDMA! 第二天,总裁办将电话打了回来:昨天那个愣头青,到底是谁?

在高通1987年第一个20万美元合同中提供了有效帮助的雷鸣(时任劳拉公司技术总监),后来他担任了高通大中华区总裁,并终于将CDMA带入中国这个巨大的市场。雷鸣在IT时代周刊写过一篇文章《高通CDMA进入中国内幕》,讲述了CDMA入华的曲折,以及老雅各布的强硬。

雷鸣深知,CDMA要进中国,就得配合中美关系及当时的中国入世(WTO)的谈判。如果不能利用这一机会,再好的CDMA技术也没用。因此便制订出“IS-95 Now”的战略推成熟且便宜的IS-95技术,而不是推技术尚未成熟尽管利润会更高的1x技术。为了这个统一战略,高通总部召开了一个CDMA在中国的“誓师大会”,大会口号就是“IS-95 Now”。

所以,华为赌1x技术而全盘皆输,中兴的IS-95则赚得盆满钵满。

老雅各布个性很强硬,其他创始人陆续退出。第三个儿子保罗·雅各布Paul Jacob继承了他的衣钵,人唤小雅各布。世纪之交的时候,我有幸在广州见过雅各布父子二人。不过今年保罗也下野了,据说与他不愿意股东会的提议将高通出售给博通(总部在新加坡)有关。这项交易已经被美国政府否决了。

CDMA技术不仅可以用于保密通信,还可以扩大频谱的利用率,大大提高效率。所以3G的几个主流标准,无论WCDMA、CDMA2000、抑或是TD-SCDMA都是基于CDMA码分多址技术。

1997年,当以CDMA为基础的通信技术开始大规模走入大众生活时,科学界才想起了海蒂。美国电子前沿基金会授予了五十年前这项专利的第一申请人海蒂·拉玛“电子国境基金-先锋奖”,科学家尊称海蒂为“CDMA之母”。那时她已经83岁高龄了,据说正在努力“整容”。

后来,海蒂的儿子安东尼·罗德(Anthony Loder)拍摄了一部纪录片《生为海蒂·拉玛 Calling Hedy Lamarr》,以纪念她的母亲。

她的发明是CDMA技术的理论基础,在2G和3G上发扬光大,WIFI以及4G中的LTE也是由此一脉相承。GPS全球卫星定位据说也与此理论相关。

高通完美地继承了她的衣钵,并发扬光大,成为最大的移动通信专利所有人。高通公司安东尼奥(Antonio Franklin)说过:“她有一个非常惊人的专利,人们通常都想不到电影明星有什么头脑,但她确实有。”

终其一生,她也没有在这项划时代的技术上获得过任何收益。

演艺圈的人,没有几个还记得她。通信圈里的人,却永志不忘。

二、苹果和英特尔之间的故事

这是一个跌宕起伏的故事。

创立英特尔(Intel)的诺伊斯是集成电路的发明人。很多年,Intel一直不温不火地存在于硅谷。

1977年发布的苹果II型电脑中,乔布斯也考虑过用Intel的8080,但每一枚芯片“比我一个月的房租还贵”(乔布斯的评价)。乔布斯的技术合伙人爱兹尼亚克当时还在HP工作,通过朋友可以40美元一颗搞到摩托罗拉的6800。苹果后来又从MOS科技搞到了与摩托罗拉一样性能的CPU(1 MHz主频的 6502微处理器),只要20美元一颗。几相权衡,就用最便宜的!

苹果II型电脑是有史以来最成功的个人电脑,一共卖了500-600万台,有不少进入了中国市场。我去过美亚柏科,创始人滕达在少年时候,家里就给他买了当时风行的苹果II,他从这里起步学计算机编程。我很羡慕他,当时我家里连蛋糕都舍不得给我买。1988年,我在中学机房里第一次摸到IBM兼容PC,写下了第一个程序:在屏幕上显示了一个三角形。

不过,由于八十年代IBM倡导的PC兼容机是采用Intel芯片,成了全球行业标准。随着IBM兼容机的迅猛发展,Intel和微软也跟着爆红了起来。

 

 

图注:和冀运景一起参观INTEL博物馆

苹果PC的江湖地位从此一落千丈,被众多的IBM PC兼容机拉了下马。

1985年,乔布斯被赶出了他一手创立的苹果,心情郁闷。 从Intel退休的诺伊斯成了他的人生导师。乔布斯经常不打招呼就出现在诺伊斯家门口,还会因为某个想法在午夜打电话给诺伊斯。

 

 

诺伊斯还邀请乔布斯乘坐他的“海蜂”水上飞机出去散心。有次,水上飞机准备在湖面上降落,但是却不小心锁住了飞机轮胎。诺伊斯不得不在跑道上降落时,飞机几乎翻了过来,两人幸免于难。

1996年,乔布斯走出难关。苹果公司收购了他创立的NeXT公司。乔布斯在苹果总部250名员工的欢呼声中,回到了苹果。

1998年推出的iMAC采用的是Power Mac G3处理器(PowerPC,采用精简指令系统RISC)。这个系列的CPU是IBM、Motorola等联合为苹果电脑设计制造的,在图形图像处理方面相比同时代的Intel CPU要快,有独特优势,所以苹果电脑在人们心中一向是图形图像专业应用的代名词。

极具个性的乔布斯有次对摩托罗拉的高尔文说:摩托罗拉的芯片烂透了!高尔文是摩托罗拉创始人的后裔,当即反驳。乔布斯挂了电话后,开始暗中计划抛弃摩托罗拉/IBM的PowerPC芯片,拥抱Intel。这个过程并不容易,意味着整个操作系统要重写。六个月的期限内,苹果最终完成了芯片切换。 2005年,“苹果和英特尔,终于走到了一起”,苹果开始使用Intel的处理器(X86),并在PC上一直沿用至今。

 

 

对于智能终端的高速发展,Intel不能不动心,于是做了一款专注于移动设备的凌动CPU(Atom,原子的意思)。2008年上网本(Netbook)有了瞬间的辉煌。我也为之心动,专门去了一趟香港的花园街,在喧嚷无比的电子市场里,买了一台ACER的上网本,开机用了两次,就束之高阁了!

英特尔的Atom的衰落,是从苹果iPhone的决策开始的。

2007年,苹果公司在首款iPhone上,获得了剑桥的ARM公司的构架授权。ARM是基于精简指令(RISC),相比Intel的复杂指令(CISC),更加简单,功耗也更低。苹果还收购了一家CPU设计公司P.A.Semi,定制了一款系统芯片——A4,由三星的晶圆厂为其代工制造。不过,现在苹果“芯”的晶圆代工已经使用技术更加先进的台积电了,台积电和三星争夺苹果订单的过程,又是一个精彩的故事。

苹果从此开始了自研AP(应用处理器)A系列之路。苹果自己做“芯”的时代,从此启航。

这个过程之中,苹果也曾向英特尔伸出过橄榄枝。乔布斯拿了一个花花绿绿的iPhone的PPT,让英特尔为其开发基于ARM架构的CPU。当时的英特尔CEO欧德宁认为这个PPT手机难以大量生产,加上芯片设计和生产投入巨大,于是回绝了这个送上门来的生意。结果iPhone的销售量有欧德宁预测的至少100倍那么多!

情难了,《乔布斯传》中写道,在后来iPAD平板电脑的CPU选型上,乔布斯还曾一度支持英特尔,但是管理层以辞职相威胁,最终乔布斯妥协。

但是苹果的基带,也就是处理移动通信协议的芯片,一直都是外购的。

 

 

图注:最新的苹果A12AP芯片,性能相比A11大幅提升,但不包括基带

三、智能手机的应用处理器AP和基带处理器BP

智能手机芯片方案的核心是两块:AP和BP。

AP即Application Processor(应用处理器),主要包括CPU(中央处理器)和GPU(图形处理器),最近还有什么神经网络,人工智能什么的。目前智能手机所有的CPU都是基于英国剑桥的ARM架构(一种精简指令系统),华为麒麟芯片中的CPU也是获得了Arm公司的授权来做的。我们听到的主频多少Hz,还有四核八核,都是指的这个。Intel挟PC上横扫天下的的x86架构(复杂指令系统CISC),推出了专攻移动市场的CPU(凌动Atom),一度在上网本(Netbook)上风靡一时,但是最终不敌ARM,全军尽墨。

 

 

图注:作者戴辉摄于剑桥Arm总部

2017年,孙正义的日本软银已经耗资310亿美元收购了Arm公司,并将其私有化。

BP即Baseband Processor (基带处理器),负责处理各种通信协议,如GSM、3/4/5G等。通俗来说,基带就是对2G/3G/4G/5G的各种通信协议的处理,实现了手机和基站之间的连接。当然,基带要配合SIM卡来使用。没有通信能力的手机,就是一个MP4。随着通信技术的演进和复杂程度的提升,设计基带处理器越来越难。基带处理能力的高低,直接决定着手机信号处理能力的强弱,上网速度就会体现出好坏,音质也会有好坏。

基带芯片是制高点,甚至决定着生死。3G到4G的转换过程当中,TI、Broadcom、Marvell等芯片厂商因缺乏竞争力的基带芯片被手机市场所淘汰,而高通却凭借基带芯片坐上移动芯片市场的龙头宝座。

目前手机基带芯片市场的主要是高通、英特尔、三星、华为、联发科、展讯等。其中,高通在这一领域保持领先,特别是在3G时代,高通凭借其在3G领域强大的专利组合称霸天下。在4G和即将到来的5G时代,高通虽然不再是一家独大,但依然是非常强势。

下面是按金额计算的市场份额。但如果按数量计,展讯(紫光展锐)认为其基带发货量仅次于高通和联发科。

 

 

四、高通是如何“收税”的,苹果为什么要反抗?

从2G的CDMA时代开始,高通一直奉行全流程的收费。基站要收,手机也要收,而且收费方式一直备受争议,但就是“痴心不改”。

高通的专利只和BP(基带处理)有关,但高通要求按整机价格的一定比例收费。也就是说,如果你在手机上装一个高端摄像头,最终手机的销售价格提高了,交给高通的钱也得更多,而摄像头技术与高通并无任何关系。

2G时代,欧洲主导的GSM和高通主导的CDMA进行了一场世纪大PK。但因为上述收费方式,CDMA手机产业链一直发展得不好。 而GSM因大部分专利过期,手机越来越便宜,种类也很丰富。

2006年,联发科的GSM Turnkey solution方案推出,硬件和软件都给你一揽子解决方案。山寨的GSM功能机(常规的按键手机)产业迅速崛起,三个人就可以做出一个手机,深圳的别名“寨都”因此得名。这成了“压死骆驼的最后一棵稻草”,在2G领域,欧洲的GSM阵营完胜美国的CDMA阵营。

但是高通却没有受到多大的损失。2G演进到3G,3G三个主流标准WCDMA、CDMA2000、TDS-SCDMA(中国推动)都是基于CDMA的基础技术,都要交“高通税”!

世纪之交的时候,欧洲一些运营商高价拍得了3G牌照,但却成了“Girl, Gun, Gamble”的代名词,被调侃为使用3G会“走路撞墙,开车撞树“,没有找到“killer application杀手锏业务”。直到2007年苹果定义了智能手机和应用市场,3G才终于找到了盈利模式。移动用户开始爆炸式增长,几乎人手一部智能手机,单价也越来越高。 高通“收税”收到手软!智能手机的华为、小米、VIVO和OPPO,都要向高通缴纳“royalty”。

高通的收入除了上面所说的技术许可(QTL)以外,还有半导体芯片(QCT)业务。许可业务的收入占比是30%,但占利润的70%。

高通的手机芯片很强,独特能力就是在基带处理上。原因也很好理解,因为高通始终大量投入对无线技术的研究,有很多前沿的研究成果,会率先使用在自己的芯片上,获得超前的技术优势。

 

 

图注:高通骁龙4G芯片845 SoC, 左上的modem就是基带

高通的芯片在中国大量销售,华为也一直在用。据了解,高通并不是希望靠芯片赚多少钱,而是用来封锁新的对手进入这个领域。手机界里传说,高通的买基带(BP)送CPU(就是AP)的营销策略,成为了行业霸主。

近年,高通和大唐成立了合资公司开发低端芯片,这让紫光赵伟国一度很紧张。

高通最大的客户和市场在中国。2015年,因为达到了“”支配“地位而造成“垄断”,被罚了60.88亿人民币。之前,高通在欧盟、韩国等地均被罚。

高通的地位并没有因此而被动摇。有人说,PC时代的霸主是英特尔,那么,智能手机时代的霸主,就是高通。

四流企业卖力气(代工),三流企业卖产品(整机),二流企业卖技术(芯片和IP),一流企业卖专利(收授权费)。高通同时干了一流与二流的活儿!

苹果的手机卖得最贵,交授权费也最多。宇宙第一的苹果对高通按整机价格收费的方式积怨已久。库克多次表示,智能手机的功能越来越丰富,通信仅仅是其中之一,高通的技术专利只和基带处理器有关,专利费应该根据基带处理器的供货价格,而不是按智能手机的整机售价来收。于是在2017年,忍无可忍的苹果发起了对高通的诉讼!

苹果手机中一直使用的是自己设计的基于ARM的应用处理器(AP),但所用的基带芯片(BP)从来都是外购的。

英特尔有自己的基带,不过在2006年卖给了Marvell,完美错过了为苹果的iPhone供货。为了弥补失误,2010年耗资14亿美元收购了德国芯片巨头英飞凌无线解决方案部,因为苹果iPhone早期用的就是英飞凌(infineon)的基带 。但2012年开始,苹果还是选择了性能更具有优势的高通基带处理器。

从Verizon版iPhone 4后,iPhone产品线的基带从Intel(源自英飞凌)悉数换成了高通,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)。

苹果突飞猛进。高通不仅收专利授权费,还从卖给苹果的基带芯片中,赚得满面油光。

然而,随着苹果的日益壮大,对高通的不满也越来越大了,于是有了新动作。

2016年发布的苹果iPhone7中,一部分手机使用高通的基带X12,网速可以达到600Mbps,另外一部分使用了来自Intel的基带XMM 3360,网速最高只有450Mbp。为了平衡两者的关系,苹果对它们进行了性能限制,以至于两者能够在性能上保持一致。

2017年苹果8一样地采用了两种基带,英特尔基带XMM 7480和高通的MDM9655基带(支持X16 LTE,性能也有差异,苹果也采用了同样的平衡策略。

2018年,苹果新发布的iPhone XS和iPhone XS Max有了戏剧性的变化,毅然全部弃用高通的基带单元,转而全部采用英特尔的基带。

 

 

图注:iPhone XS Max所使用的英特尔9955基带芯片

这确实不失为是一个釜底抽薪的好办法,通过大大降低高通的芯片收入来逼迫高通在专利授权费用上让步。

遗憾的是,从iPhone 7开始,Intel的基带单元相比高通始终有些弱。据说苹果新手机的信号处理能力不够强,上网慢,音质差。果粉们已有怨言。(也有说法认为天线设计也是导致问题的原因之一。)

苹果此举确实可以让高通的芯片营业额下降不少,高通老大哪里忍得下这口气。 2018年9月,高通正式向美国加州高等法院提起指控,控诉苹果窃取其芯片机密,用来帮助英特尔提高芯片性能。高通认为,苹果的最终目标是将英特尔产品水准提高至高通水准,这样苹果就有两家供应商可选,从两家公司的厮杀中,获“渔人之利”。两家公司之间,各持一词,热闹非凡。

不过,诉讼归诉讼,高通还真的很舍不得丢掉苹果,首席执行官莫仑科(Steve Mollenkopf )在接受彭博社节目主持人采访时自信的表示,他认为不久的将来,苹果还会回归高通的怀抱!

五、手机中国“芯”

早在2006年,蔡明介领导的台湾的联发科做出了包括基带在内的GSM手机一揽子交付方案,并被称为“山寨机之父”。从此往后,联发科一直是主流的手机芯片公司之一。

展讯(现紫光展锐)紧随气候,也做出了GSM TK方案。2009年中国发放了3G牌照,中国移动使用了TD-SCDMA技术。因为凯明在黎明前破产,展讯作为当时唯一的GSM/TD-SCDMA手机芯片供应商,赚了个盆满钵满。展讯也从此成为了主流的手机芯片供应商之一。紫光展锐是全球第十大芯片设计厂商(海思是第七大)。

2014年,小米松果成立。雷军说:做芯片是九死一生,我们抱着十亿资金投入,十年研发周期的心态去做。2017年澎拜S1问世,最有意思的是,S1的基带部分可以升级。小米合伙人林斌是我研究生就读的中山大学电子系的学长。

 

 

中兴、上海联芯(大唐旗下公司,并与高通合资)、上海翱捷(ASR,源自Marvell)也有基带芯片,未来发展如何,拭目以待。

现在,中国芯的代表——华为——粉墨登场!

前段时间,“5G”标准投票事项一度刷屏。

中国在1G和2G领域毫无专利。3G时代,以举国之力力推TD-SCDMA标准获得成功,并在移动通信标准领域登堂入室。这就是中国移动备受老百姓指责的G3业务了。大家所不知道的是,中国移动为此付出了多少艰辛才最终商用成功!

近年,华为力推的极化码(polar code),在控制信道编码上写入了5G标准,开始了进入主流技术标准制定者的新时代。

从1996年研发GSM基站开始,经历了二十余年的努力,华为和高通终于可以在一起喝杯咖啡了。

这是中国通信史上取得的创世纪的突破,中国的运营商和全体用户都为之不懈付出过,还记得中国移动的”G3“吗?

2009年,华为自研出了GSM基带,用在华强北采用K3V1 AP的GSM智能TK手机方案之中。不幸的是,GSM智能TK手机方案很快夭折了。

 

 

图注:出来就夭折的“海思芯”山寨手机HX1168

华为和中兴在欧洲销售了大量的3G数据卡,但是只有高通一个芯片供应商。

饱受被掣肘的蹂躏后,华为启动了纯3G基带芯片的开发——巴龙,并于2010年推出。到了今天,在很多测试之中,华为的基带能力和高通的基带能力已经在不相伯仲之间。

华为的麒麟手机芯片,把基于ARM架构的AP(应用处理器)和自研的巴龙基带合一为一,做到了同一颗芯片里。巴龙构筑了华为麒麟SoC手机芯片的核心竞争力。

7nm、GPU Turbo、AI人工智能、神经网络等新特性蜂拥而来,麒麟手机芯片因而成了华为高端手机的核心竞争力。当然不对外销售,只自己用了,肥水不流外人田!

本文首发于上观新闻,作者:老兵戴辉,编辑:王海燕。所有转载必须加上这一句,谢谢!上观新闻是上海解放日报新闻客户端。

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