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董明珠居“芯”何在?

2019-01-27
关键词: 格力 智能家电

2018年4月25日,格力于当晚正式发布了2017年财报。财报数字显示,格力2017年净利224亿,同比增长45%。格力在财报中的一则声明也做实了格力董事长董明珠之前的对外发声,那就是格力2017年净利润不分红。

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图片来源:格力2017年财报


不分红,那么这些钱用于何处呢?格力财报中有这样一段话:根据 2018 年经营计划和远期产业规划,公司预计未来在产能扩充及多元化拓展方面的资本性支出较大,为谋求公司长远发展及股东长期利益,公司需做好相应的资金储备。公司留存资金将用于生产基地建设、智慧工厂升级,以及智能装备、 智能家电、集成电路等新产业的技术研发和市场推广。扩厂和升级产线对于消费电子产品制造公司而言是常规操作,而集成电路产业进入公司财报说明格力要跨界了,也可以说是格力要从应用端的产业下游走上芯片设计制造端的上游。

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图片来源:格力财报


格力在芯片产业确实已经有所行动。2018年8月,格力在其微信公众号上发表题为《格力造芯你想知道的都在这里》的文章称,公司注册成立的珠海零边界集成电路有限公司是格力的全资子公司,芯片业务已经成为格力未来发展战略的一部分。


不过,口号易喊、声明易发、公司也易注册,但是芯片设计和制造这件事可并不容易,可以说是“360行”中最难的行当之一。那么,董明珠这么信誓旦旦地要造芯真的能成吗?


格力要造什么芯? 


想知道格力的造芯计划成功与否,还是要先弄明白格力要造的是什么芯片?这一点从格力2018年上半年财报可以得到明确的答案,就是空调芯片。

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图片来源:格力2018年上半年财报


从成本上来看,空调最贵的零部件应该是压缩机,占整机成本的差不多30%。从格力目前的工厂功能来看,有很多工厂在承担压缩机制造的任务,虽然核心技术还是依赖从美日进口,但是以造养研的路子已经开始走。不过,空调压缩机是一个技术密集度极高的领域,攻克的难度也极大,甚至比芯片更难,格力等国产厂商想要突破也不是短时间的发展目标。


随着空调智能化程度的提高,单台空调对于芯片的使用量也开始增加。目前,芯片成本大约占到空调总成本的5%-15%。因为格力主营的业务是空调,以其在2017年超过1400亿元人民币的营收总额粗略计算,格力一年要在芯片业务上面至少花费70亿元人民币,这个计算结果符合格力在年报中揭露的数据范围,这是一项不小的资本支出。格力造芯另一个原因是近几年格力一直在寻求突破家电空调的行业限制,涉猎手机、汽车等行业都是出于这样的目的。最后,此前中兴事件也展示了进口芯片断供对于国产厂商的影响,作为空调产业龙头的格力万万不想碰到这样的事情,毕竟其应用的芯片主要也是依赖进口。


从空调使用芯片的类型上来看,格力造芯的选择主要有三个方向:MCU、AI芯片和模拟芯片,三种芯片领域都有自己的特征和难点。


MCU是最佳突破口?


MCU主要用于空调的控制电路板中,绝大多数空调的控制都是由MCU来完成,遥控按键发出控制指令,通过程序控制电机制冷或加热。因此,MCU也算是大多数空调的“大脑”。从难易程度上看,MCU是格力较为容易突破的一个点。

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中国的MCU应用和嵌入式系统开发走过了二十余年的历程,已经有了一定的产业经验,从难易度和人才储备上对于格力来说是友好的。尤其是在家电领域,8位MCU的市场占比依然高达60%,贴合国产MCU的产业现状。


此外,格力一直都在宣讲自己掌握核心科技,除了材料品质上,空调的核心技术就是在控制上,因此格力在研发MCU上有一定的关联技术储备,这是格力的优势。


再者,董明珠的计划是先自用后外销,相较于AI芯片的定制属性和模拟芯片的零散,MCU具有更高的通用性和市场。相关数据统计,2018年中国MCU市场已经达到了363.5 亿元人民币,随着物联网产业的进程加深,MCU市场持续走高是趋势。


此外,不仅在人才、技术和市场有优势,MCU在制造环节也比AI芯片和模拟芯片更容易。因此,业内人士分析格力造芯的第一步很可能是MCU产品。


AI芯片门槛高、风险大


目前,人工智能已经渗透到各个行业,空调领域也不例外,未来的智能空调将采用真正的AI芯片。和MCU相比,AI芯片的研发和制造难度要大很多。AI芯片的针对性很强,可供参考的设计方案就显得非常地有限,设计阶段非常考验战略眼光。而且,与传统芯片的计算模式不同,AI芯片结合了人工神经网络算法,需要通过大量的数据来做训练。与此同时,AI芯片需要适配算法的多种需求,如:卷积核的运算需求、数据交互需求以及利用矩阵稀疏性简化运算同时保证算法性能等。所有这些都让AI芯片研发不再仅仅是硬件工程师的“专属”,需要和软件工程师协同作战,这对人才储备提出了很高的要求。

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从设计本身来讲, AI芯片的大规模和并行特点,加上众多的旁路设计,时序路径上数据通路的长短差异非常明显,导致AI芯片的设计复杂并且有很大难度。AI芯片需要在失去一些灵活性的条件下,尽可能达到更高能效、更高吞吐量、更低延迟和更低成本。主要的设计挑战来源于性能、功耗、面积三个方面。 


对格力而言, 布局AI芯片主要的挑战除了设计和人才之外还有费用均摊的问题。AI芯片巨大的研发成本、流片成本需要从应用营收中分摊。财报数据显示,2017年格力全年销量4599万台,但并不是所有空调都能用上AI芯片,利润对于研发费用的均摊能力是格力需要评估的指标。 


模拟芯片种类多,难度也不小


和智能手机不同,空调用到的芯片类型除了MAU基本上是模拟芯片的类型,这是一个说好进也好进,说难进也难进的领域。好进的点在于模拟芯片市场的特点,模拟芯片的种类足够多,产业的竞争力平均分布到单一产品相对比数字芯片来说更小一些,初创企业更容易找到切入点,也就说模拟芯片的市场准入门槛不高。德州仪器(TI)作为全球市场份额领先的模拟大厂,其主要的营收也是由上千种产品拼凑而成的。

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说到进入模拟芯片领域的难点,就是单纯从其设计本身来说的,也就是说模拟芯片的技术门槛很高。模拟芯片的设计过程更多依赖于技术研发工程师的经验而缺乏标准化设计,业内人士称模拟芯片的整个设计过程充满艺术性,导致模拟芯片领域对于人才的渴求比其他行业更为明显。以美国的电子工程师比例来看,数字芯片设计相关与模拟芯片设计相关的人员比例是10:1。负责招聘人员的心声是,电子学科的毕业生逐年递增,精通模拟芯片设计的却越来越少。因此,如果格力选择进入模拟芯片领域,人才招募是首个需要解决的阻碍。


如果第一道难题解决了,下面就是研发周期的问题。模拟芯片包括放大器、数据转换、比较器、电源管理芯片等产品,产品生命周期可长达10年。产品生命周期长有一个不能忽视的因素就是模拟芯片的研发周期也很长。格力的芯片虽然首先是自产自用,但是产品对模拟芯片性能要求严格,芯片技术通常依靠设计企业的长期摸索和实践积累。


完整的模拟芯片设计流程包括:规格定义;电路结构选择以及工艺确定;具体电路设计;电路仿真;版图设计;版图验证;仿真。完成设计的模拟芯片要求在整个线性工作区内需要具备良好的电流放大特性、小电流特性、频率特性等,需要考虑元器件布局的对称结构和元器件参数的彼此匹配形式。这些都需要设计人员具备对器件物理特性理解、拓扑结构设计技巧以及布图布线等综合设计能力。然而,就算设计出来了,模拟芯片还需要经历漫长的验证过程,以保证芯片必须保持高度稳定性,因此认证周期长且复杂,认证过程中所能用到的EDA工具较数字芯片而言也要少一些。


对于模拟芯片而言,走过了慢慢研发路只能算是成功了一半,后面等待厂商的是代工环节的难题。格力在对外声明表示旗下芯片公司目前的主要工作是设计芯片,生产是由代工厂代工。模拟IC产品需要采用特殊工艺和封装,必须与晶圆厂联合开发工艺,但是想要代工厂商配合公司研发绝非易事。代工产业是一个极度重视投入产出比的行业,格力一开始订单数量很难勾起代工厂的兴趣,就算是完全搞定了研发,格力空调芯片全部采用自家芯片,其数十亿人民币的体量也要排位于各大数字芯片厂商的后面。


总体而言,格力的“芯”路必将是充满荆棘,格力的梦想是丰满的,但很明显现实是骨干的,不知道霸气的董明珠带着一群重视技术的格力员工能否走出自己的“芯”路?


华为/海思模式能否借鉴?


看到格力的芯片发展模式你是不是也想到了华为和海思。我们说今天格力造芯困难重重,而作为海思前身的华为ASIC设计中心组建的时候,华为成立仅仅只有四年,员工只有几十人,资金短缺差点导致公司倒闭。而当海思公司成立的时候,华为也并不如今天的格力规模大,那时华为的营收也才462亿元人民币。

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华为海思的业务包括手机芯片、移动通信系统设备芯片、传输网络设备芯片、家庭数字设备芯片等,但是最被我们熟知的手机芯片,华为手机麒麟芯的模式从形式上定能给予格力空调用零边界芯更多的参考经验,而且海思也是一家芯片设计公司。


董明珠同样对华为芯片的研发和商用模式表示认可,她表示,格力要有研发芯片的决心和诚意,并努力向华为学习,让“掌握核心科技”这句话不再变成一个口号,而且力争在2020年之前,将芯片研发成功。


想要在芯片设计领域当好华为的“学生“并不是一件容易的事情。数据显示,自2013年以来,华为每年研发芯片的投入资金都超过净利润,而华为近十年为芯片的投入费用高达4000亿元人民币左右。这一点上来看,芯片的研发成本和技术难度确实很大。不过,华为4000亿元人民币是均摊到各个芯片领域的,格力拿出来500亿元人民币专门制造变频空调芯片或许够用。


不造芯,何来掌握核心科技?


中兴事件给我们一个深痛的教训就是拿来主义是要受制于人的,生死掌握在别人的手上。对于企业、产业和国家而言,如果核心技术靠进口,那么发展的越大其潜在的危机也越大,很可能陷入“辛辛苦苦三十年,一夜回到解放前”的困境。虽然,制造业和芯片产业有制衡的关系,但是其主动权还是攥在芯片产业一方的。


因此,格力造芯并不是董明珠任性而为,而是综合时局的必然之选。诚如董明珠自己所说:“搞芯片研发,哪年能赚到钱我并不知道,但我没理由做不成,也许到明年的时候你再看我们的空调,芯片都是我们自己的。”

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拥有属于自己的芯片,也就拥有了诸多的好处,更低的研发和制造成本,更有底气的议价能力,更可靠的供货保障。格力掌握核心科技这句话,只有在格力掌握压缩机和芯片的核心技术之后才不会有人提出异议。


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