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老兵戴辉:华为的芯片事业是如何起家的?
送交者: 香椿树1 2018年09月13日06:39:38 于 [军事天地] 发送悄悄话

老兵戴辉:华为的芯片事业是如何起家的?

今年适逢集成电路发明六十周年。1958年,Jack Kilby(德州仪器科学家)与Robert Noyce(仙童科学家)分别发明了集成电路,可以将多个晶体管制作在一小块晶片上。后者基于“硅”的集成电路技术,造就了“硅谷”!

我们经常会提到半导体(semiconductor)、芯片(chip)、集成电路(IC、integrated circuit)、超大规模集成电路(ASIC)等四个名称,其实通常指的都是ASIC。

1991年,徐文伟牵头做出了华为第一颗ASIC

集成电路发明32年之后的1990年,我踏入了东南大学的校门。

此时,自控系硕士毕业生徐文伟(“大徐”)刚刚去了深圳,在鼎鼎大名的港资企业亿利达从事高速激光打印机的开发。电路设计和汇编语言是他的强项。

1991年,徐文伟因其杰出的硬件设计能力,被隔壁一家名叫“华为”的startup一眼看中,于是被小老板任正非“忽悠”了过来。亿利达不开心,搞了点震,大徐还吃了些苦头。

那个时候,离开知名港企加盟前途未卜的小公司,委实需要巨大的决心。同为亿利达工程师的高梅松,在听了小老板任正非描绘的玫瑰般梦想后,不为所动,一笑置之!

1991年的照片,任老板连像样的皮带都买不上啊

当时的华为刚结束代理生涯,研发用户交换机HJD48,郑宝用负责整个系统的开发。

大徐来了之后,建立了器件室,从事印刷电路板(PCB)设计和芯片设计。

恰在此时,集成电路行业已经有了伟大的变革,台积电创始人张忠谋先生打破了大一统的格局,初创企业也有机会设计芯片了!

半导体诞生之初,Intel、IBM等少数美国公司包揽了芯片的设计和生产(所谓IDM集成设计与制造),初创企业根本无法插足半导体行业。

大一统的局面被台积电的张忠谋先生终结了。1987年,张忠谋在台湾新竹科学园区创建了全球第一家专业代工公司——台湾积体电路制造公司(台积电),并迅速发展为台湾半导体业的领头羊。他开创性的定义了Foundry(芯片代工厂)这个行业,将设计和生产分开,为初创企业开辟了生存空间。

从此后芯片设计企业只需要做轻资产的无晶圆设计(Fabless Design),拼的是人才、知识和市场;生产(包括流片)环节就外包给台积电这样的Foundry。大陆最有名的是中芯国际,但加工精度不及台积电。

北方的联想在总工倪光南的指导下,自主研发了五颗ASIC(超大规模集成电路),并成功地应用于汉卡、微机和汉字激光打印机。1990年,他们的当家产品联想汉卡(7型),就使用了自研的ASIC,奠定了联想的江湖地位。

倪光南展示采用自研ASIC的激光打印机

交换机上数量最大的器件是用户板,一块板接8或16对用户线,接口控制和音频编解码(CODEC)芯片用量很大。如果使用大家都用的通用芯片,产品就会陷入价格战的汪洋大海中。要生猛甩开竞争对手,只能开发自己的芯片。

大徐首先在PAL16可编程器件上设计自己的电路,在实际应用中验证,如果有问题还可以修改。等到成熟之后,再将可编程器件上的方案,委托一家拥有EDA能力的香港公司设计成ASIC芯片后,去德州仪器(TI)进行流片和生产。

代价是不菲的,一次性的工程费用就要几万美元。90年代初有外汇管制, 外汇额度非常稀缺。这今天看来是区区小钱,当时任老板可是左思右想才痛下决心拍的板!

当时华为面临着巨大的资金压力,任正非不得不借高利贷投入研发,他曾站在六楼办公室的窗边,说过这样一段话:“新产品研发不成功,你们可以换个工作,我只能从这里跳下去了!”

大家日以继夜的埋头苦干。每天晚上9点许,任正非都会提着一个大篮子,装着面包和牛奶,前来劳军。

天佑华为,一次流片成功!这在当时并不是一个大概率事件,可见兄弟们的武艺高强。

就这样,1991年,华为首颗具备自有知识产权的ASIC诞生了,这就是华为芯片事业的起点!

1994年访问美国,左起刘启武、李一男、杨汉超、徐文伟、郑宝用、黎健、毛生江

它不负众望,降低了成本,提高了性能,产品自然也卖得越来越红火。

老一代研发人员陈光先和吴育华回忆说:当时就叫它ASIC,居然都没有人想起给它取个辉煌的名字。百密一疏!

芯片元老李征回忆,当时大家都说,如果那次流片失败,几万美元打了水漂,后果难以想象。

一方面,吃饭的产品没有了差异化竞争力,就会卷入无休止的价格战中。另外一方面,新产品的研发要采购境外的器件和设备,要大量美元。因此,即便任老板初衷依旧,也未必还有能力去研发新产品,也就没有今天的华为了。

相关芯片技术如下,非专业读者可直接略过。

可编程器件(SPLD如PAL16、EPLD或者后来的FPGA)适应于在芯片开发阶段或者芯片用量小的时候使用,可以快速反复地编程、修改、调试,并使用专用设备“烧”进芯片。不用去做昂贵的一次性流片。但单颗器件的成本十分昂贵,一颗要顶几个月的工资。

等到代码稳定,可以设计成ASIC(超大规模集成电路芯片)的时候,就要进行昂贵的一次流片了。单颗芯片的制造成本也会因用量大而飞快降低。

EDA是电子设计自动化软件工具的简称,在现代集成电路产业里,充当了芯片设计和制造的对接桥梁。简单来说,EDA是一个电子自动工具,工程师们借助于EDA,就可以在电脑上对芯片设计的前后端技术和验证技术进行操作和仿真。

华为这颗应运而生的芯片是颗多功能的接口控制芯片。当参数为00的时候,用于用户板,为01的时候,用于E/M中继板,为10的时候,又可有其他用途。

1993年,华为有了第一颗自己使用EDA设计的芯片

1993年,徐文伟领衔开发的JK1000,以很小的代价,在最后关头获得了电信局的入网证,华为战略转型,进入了利润丰厚的电信市场。

随后开发出来的数字程控交换机C&C08,大卖成为行内的主流机型,开启了华为的辉煌大业。

自研芯片成为了提升竞争力的关键,任老板尝到了甜头后,又有了新的梦想:芯片开发更进一步!战略既定,大家就撸起袖子大干吧。

徐文伟领导的器件室挖来了一个重要的人,他就是无锡华晶中央研究所从事芯片设计的李征。华晶是国家集成电路908工程中最重要的项目,培养了不少人才。

李征曾参与了上世纪末为打破禁运,由国家牵头的国产电子设计自动化软件(EDA)的开发,国产EDA先后在工作站和PC上开发成功。甫一成功,西方世界就立马解除了对中国的EDA禁供。

这就是西方大国的博弈之道:首先对你封锁,将你限制在一穷二白的境地。但如果一旦压不住,就马上张开怀抱吸纳你进入他们的阵营,他们成熟的技术和产品任你使用。热情的表象后面,动机是要把你自己的产品扼杀在幼年期。自从西方的EDA传入中国后,国产EDA的发展就很缓慢了。国产亿次机和光传输等,遭遇同样的经历。

解禁之后,李征被派去美国学习西方EDA的使用和芯片设计,改行做了芯片设计师,随后加入华为。

任老板咬咬牙,花大价钱买来了西方的 EDA设计系统,从此有了自己的EDA 设计平台,不用再委托香港公司了。最近了解到,国内不少政府都建立了共享的EDA设计平台,此举甚好。

当时,2000门的数字程控交换机(C&C08 A型机)只能用小容量的通用器件级联使用来实现时隙交叉(就是数字交换),要用整整一个机柜的器件来实现。因此迫切需要瘦身,自研一款芯片就成了当务之急。

还是一样的套路,但说来容易做来难。先用可编程逻辑器件调试时隙交叉系统网片,再把调试好的可编程逻辑器件用自己的EDA设计成 ASIC ,送到国外流片和加工。

1993年,第一颗用自己的EDA设计的ASIC 芯片问世,成功实现了数字交换机的核心功能——无阻塞时隙交换功能,这就是基于TDM的2K X 2K 交换矩阵。

这次徐文伟给它取了个大气的名字“SD509”,S代表“semiconductor半导体”,D是“数字芯片“。后来还有了模拟芯片“SA“系列,厚膜电路“SH系列。

C&C08程控交换机的画风一下子从粗犷变得柔丽起来。一个模块用两个NET板(热备份)就可以轻松搞定时隙交叉功能!

下图是交换网板(NET板),红色圈里是可以根据需要撬起来的EPLD可编程逻辑芯片,绿色长条里的就是四颗SD509了。

交换网板

作为对比,让我们回忆一下最原始的电话的接续。电影《列宁在1918》中有这样的场景:众多妙龄女孩白皙的手纷飞穿梭于千百个接口之中,用柔美的声音问你:“请问您要接哪里?”

华为早期芯片的一些型号

犹记当年,我在1998年进入华为市场部,常带客人去展厅。一角的陈列柜里,聚光灯照射着几颗黑不溜秋的芯片。我自豪地介绍:“这是华为自己设计开发的芯片!”客人会问:“哪里生产的?” 我说:“精度实在太高,国内无法加工,是送去美国做的!”

和屌丝可以逆袭的互联网行业不同,芯片行业因高度专业化,从业者几乎都是科班出身。

九十年代初正是全球电子行业的黄金时期,清华生无论是出国还是到体制内捧金饭碗都占绝对优势。来深圳闯荡的更多的是“胸有大志而身无分文”的二流重点大学的毕业生,尤以东大、华科、西电、成电、西工大为多。首家“909”工程集成电路设计公司国微电子的创始人祝昌华和黄学良分别是东大和西电的,做指纹识别的汇顶科技创始人张帆是成电的,李征也是毕业于西电。

留美大军中,有一些选择回国创业。我所认识的有中国最早和最大的CMOS成像芯片格科微的创始人赵立新,和高端交换机芯片盛科网络创始人孙剑勇。他们都做得很好。

世纪之交,第一块高集成度数模混合芯片

我的前同事胡庆虎曾经历了程控交换机和移动通信交换机的硬件开发。他认为:自研芯片是降低成本最关键的环节,尤其是在用量非常大的用户板上。

华为开发了数字芯片来处理音频CODEC(编解码)和接口控制,也开发了SLIC厚膜电路芯片SH723。

后来还有更加牛叉的4COMB(型号为SA506)芯片,干脆把SLIC及接口、SLAC等都组合到了一个芯片里,并使用在32路用户板上。自家有了“芯”,底气十足,海量出货的交换机和接入网产品不仅集成度更高,价格还敢比竞争对手低上一大截。

胡庆虎提到的4COMB芯片是第一块高集成度的数模混合芯片,难度高,李征到处抓人来攻关。项目曾经一筹莫展,徐文伟一直鼓励大家:不怕失败,放手干!

历经三年努力,终于在世纪之交,4COMB成功了。曾经历艰难岁月的孙洪军(绰号“小二”),郭辉(昵称“辉辉”)等年轻一代的芯片专家们迅速成长了起来。

在窄带数字程控交换机领域,C&C08 iNET (100万用户,128模块) 程控交换机终于坐上了世界第一的交椅,实现了任老板多年前的宏愿:“我们以后要将上海贝尔远远甩在后面,要追上AT&T!”。

时任128模研发总裁的曾浩文,站好了这最后一班岗,然后昂首进入了面向未来的云计算领域。

系统芯片大爆发,构筑了华为的核心竞争力

很长的时间里,华为只为自己的系统设备开发芯片,包括光传输、3G、IP数据通信等。

和我同级的东大校友Jeffery Gao,在《厚积薄发》一书中写了一篇《和光速赛跑》的文章,讲了光传输芯片开发的故事:

“外购芯片价格昂贵,成本压力巨大,不利于我们在性价比上的竞争。从第一代传送产品开始,我们就走上了核心芯片自研之路。当时何庭波负责开发芯片,而我负责开发产品,由于产品和芯片都用到同一套仪表,经常出现我和她争夺设备的情况。为显示绅士风度,我每次都会让着她,但这不是长久之计,于是我们有一个“君子协定”:白天她调试,晚上我调试......

功夫不负有心人。第一代核心芯片成功交付,而后续一系列芯片相继成功推出,累计销售超过千万片,使得传送网“同步数字传输SDH”产品在成本和竞争力方面持续领先。”

大家都刻骨铭心的是美国对中兴的芯片禁供,导致偌大的中兴瞬间休克。一时间全体国人恶补芯片知识。经此事件,大家都知道了基础技术的重要性。

但需要说明的有三点。一是中兴的子公司中兴微电子也在为通信设备做配套芯片。二是华为的很多通用芯片也是外购的,如云计算领域中使用了大量的Intel CPU,FPGA的四家全部来自美国等。再往深处看,即使是自研的芯片,也得基于国外的一些IP(知识产权)和架构。

因此,中国芯片的未来发展之路,是要更好地融入世界。妄自尊大自成一体是不可行的。

最近有一句话在业内流传:芯片领域没有弯道可以超车。意思是,“板凳要坐十年冷”,要一点一点地追赶西方先进水平。

2004年,成立海思做消费电子芯片

时至今日,华为俨然作为国产芯片的脊梁为国人广为传诵,这得益于华为海思(Hisilicon)的消费电子芯片业务,尤其是用于手机的麒麟CPU(基于剑桥的Arm架构)。

其中的人与事,将在另一篇文章《华为海思是如何崛起的?》中详细描述,正如单老爷子常说的:预知后事如何,请听下回分解!

沧海遗珠

今年暑期我在硅谷做了个科技教育营,在斯坦福大学旁租了个大HOUSE。朋友们过来,畅谈过去数十年的IT科技发展史,同时对硅谷学区房高昂的价格感慨万千!

硅谷芯片企业的成长壮大,华人立下了汗马功劳,因此有人戏称“IC”中的“C”就是“Chinese”的意思。知名芯片公司博通、Marvell和英伟达,以及最大的EDA公司Cadence的创始人都是华裔。了解到在当地工作的华人中,仅是清华大学毕业生就有一万多人。

九十年代,加州大学伯克利分校胡正明教授,在FinFET和FD-SOI工艺技术上取得巨大突破,使得摩尔定律得以延续至今。光刻机巨头ASML才能做出7nm的技术,也才有华为的麒麟980。

戴辉、杨如春、陈伯友、Aviad(A总)、傅军、冀运景、Nancy、Jinqiu

我参与的明锐理想科技,在SMT的自动光学检测(AOI)领域非常领先,并且率先进入了芯片封装的视觉检查领域。CEO冀运景这次来硅谷朝圣。

苏仁宏是华为3G移动通信的研发人员。离职后他加盟了总部在旧金山的基金公司华登国际,跟随着黄庆博士,在国内IC设计最为迷惘的时候,投了好些企业。他现在单飞,依然对芯片一往情深。

孙洪军创立了上海艾为电子做模拟/混合信号器件,在手机音频芯片领域是当仁不让的国内第一,最近我更是观摩了他们推出的通过屏幕发音的古怪技术。

孙洪军、杨如春、老夏和我都是东南大学90级的同学, 我们都在南京的浦口新校区做过拓荒牛。那里也叫浦口大学,简称PKU,撞脸北大!

那年,千余人窝在偏僻的山区里,挖地三尺,将沟里的小龙虾和山溪里的螃蟹吃光光!

那年,窗外走过的芳龄十八青春无敌的女生们,牵动着我们无处安放的心!

对过眼神,我们是一路的!


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  敬佩有加 - 求真知 09/15/18 (0)
  Application-Specific Integrate - cosomo123 09/15/18 (37)
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