2020-04-28 22:00:19
智东西（公众号：zhidxcom）文 | 云鹏
三星S20，骁龙865；小米10，骁龙865；OPPO Find X2，骁龙865；vivo NEX 3S，骁龙865。
哦对了，还有LPDDR5和UFS 3.0。
手机供应链方案的高度成熟、大规模量产其实也带来了一个显而易见的弊端——硬件趋同。
不论从处理器的选择还是屏幕外形的设计，甚至是背部镜头的排列，旗舰手机都开始向“千机一面”发展。
那么问题来了，我为什么买你的呢？这不仅仅是消费者的问题，更是关乎每个厂商生死的问题。因此，全球智能手机巨头们都在寻找自己的核心特色或优势，将其称之为自己的核心技术。
但是纵观手机市场，在芯片、相机、屏幕、存储这几个核心手机部件中，掌握核心技术的厂商，大概用一个手数还要多两根手指头。
苹果、三星、华为、小米、OPPO、vivo六家占据了全球智能手机市场的八成份额。苹果、华为靠着自研芯片频频杀低价格，三星坐在AMOLED王座上“独孤求败”，小米、OV虽然高管站台喊话，研发投入动辄百亿，“黑科技”成果却没在市场中激起什么大的浪花。
而就算是三星、苹果、华为，也只是在某一特定技术领域做到了极致。技术突破为什么这么难？三星的屏幕、苹果的A系芯片、华为的基带，是怎样炼成的，而小米、OPPO、vivo等厂商在技术上的追赶又取得了哪些进展和突破？
如今手机市场的天平上，技术无疑是最重的一块砝码。
一、从生产设备源头牢牢锁死——三星
大家都知道三星AMOLED屏幕好。
前两年因为屏幕像素排列方式问题，“周冬雨排列”和“钻石排列”的话题被炒的沸沸扬扬，前不久，华为P40系列由于部分采用了国产京东方屏幕，这一话题被再次提上了舆论的浪尖。
▲左：“周冬雨排列”，右：钻石排列
就连演员周冬雨本人，都在知乎上发问，“什么是周冬雨排列？”我想她的脸上可能会写满了问号。
三星屏幕像素的钻石排列是有专利的，因此其他屏幕厂商无法采用相同排列方式，然而像素只有红、绿、蓝三种颜色，一旦最佳排列方式被找到，很难有新的突破点。
当然，大部分人都只看到这里，就放下了一句，“哎，谁让人家有专利呢！”事实真的只是这么简单吗？
1.与Canon Tokki的生死之交
时间回到20年前，那时OLED初露锋芒，三星等40余家企业刚开始投身于OLED事业中。
在OLED制造环节中，有一种设备名为蒸镀机，它负责将OLED有机发光材料“蒸镀”到基板上，因此这个过程也成为OLED面板制造过程中极为关键的一步。而能够制造高精度蒸镀机的厂商，只有日本Tokki。
据称Tokki蒸镀机的误差范围可以控制在5微米之内，大约是一根头发丝直径的百分之一。而蒸镀机整体的长度大约是100米，就像一列小火车，近20年前，这样一台蒸镀机的价格大约是8500万美元。
▲蒸镀机
不过在最初发展的六年里，OLED屏幕的良率一直很低，但成本却很高，而应用市场也没有充分打开，消费者对OLED的认知还是一片空白。
到了2006年，当初投入OLED这个行业的厂商大多因扛不住成本压力纷纷退出，Tokki出现了48亿日元的亏损，一度面临破产。
但三星没有退出，三星认为看中了OLED轻薄、省电、色彩艳丽，认为OLED是一只“潜力股”。三星不但没有砍单，反而继续增单，帮助Tokki扩充产能。
苦苦坚持了12个月以后，日本佳能投资76亿日元入股Tokki，成为其母公司，Tokki也正式改名为Canon Tokki。说三星当年对Canon Tokki有救命之恩，的确也不为过。
在此之后，得益于这样的生死之交，三星买断了Canon Tokki蒸镀机的所有产能。一直到2017年Canon Tokki扩充产能，从4台产能增加至7台，LGD和京东方才有幸各获得1台产能，而三星独占5台。
2.从设备到材料都买断
蒸镀机固然是关键设备，而蒸镀机的具体应用过程中还少不了一个关键部件，金属掩膜板，也被称为蒸镀罩，它决定了屏幕生产的良率和分辨率。
▲金属掩模板样例
目前只有大日本印刷掌握着2K分辨率金属掩模板技术，其他人只能生产出1080P分辨率的。而三星再一次将大日本印刷的全部产能买下。直到2017年，契约截止，其他厂商才有机会从中分一杯羹。
但即使如此，大日本印刷最先进的10~20微米等级金属掩模板仍然处于三星专供状态。
到金属掩模板就结束了吗？并没有！制作金属掩模板需要一种关键材料，超因瓦板。这种材料为铁镍钴合金，最大的特点就是膨胀系数约等于0，在高温蒸镀过程中不会变形。在微米级蒸镀过程中显得尤为关键。
这种材料目前只有日立金属可以供应，而与它签订了独家供应契约的，正是三星。
从关键设备到关键部件再到关键材料，三星在OLED产业链条的各个关键节点都实现了垄断，这也是其他厂商入局的核心难点。技术可以慢慢追赶，但硬件上的缺失则是硬伤。
三星用自己的坚守、自己的时间积累与大量的真金白银，为自己建立起庞大的OLED生态帝国，也对其他厂商形成了高筑的壁垒。
二、自研芯片帝国从0到1——苹果
在处理器性能排行榜上，我们通常看到的都是高通、联发科、麒麟这几家CPU在争斗，却很少看见苹果芯片的身影，当然，一部分原因是安卓和iOS的测试软件通常有所区别，但更多的原因是，它们根本不在一个量级。
在一众芯片厂商纷纷采用8核心时，苹果仍然用6核心SoC予以碾压。
但其实一开始，苹果并不会造手机芯片。
2007年1月9日，乔布斯正式发布了第一款iPhone，那时苹果的芯片还采用的是三星的Arm架构处理器。但其实从那时起，乔布斯对于芯片的自研就有着很强的执念，虽然他说做硬件是为了做更好的软件，但他的话无疑表露出硬件是基础这个事实。
发布初代iPhone之后，苹果收购了好几家芯片公司，并通过高薪挖来各路芯片设计高手来为苹果设计专属芯片。
乔布斯曾说苹果是唯一一家既懂设计优秀的软件，也知道如何将软件与优秀硬件结合在一起的科技公司。
2008年苹果花了2.78亿美元现金收购了微处理器设计公司P.A.semi，这家公司以设计复杂低功耗芯片著称。P.A.semi的创始人Dan Dobberpuhl曾是上世纪 90 年代两款著名微处理器Alpha 和 StrongARM的主要设计师。
有意思的是，这次的收购谈判是在乔布斯的家中进行的。其实早在收购前，苹果就已经是P.A.semi的投资人之一，并且三年前两者曾有一次联手的机会，但当时苹果先将希望寄托于了英特尔。
2007年，P.A. Semi 推出 64 位双核处理器，宣称其效率是当时任何竞品处理器的 3 倍，颇有几分向苹果宣誓自己能力的味道。后来苹果对低功耗移动芯片的需求渴望迫切，英特尔又无法满足，这时P.A. Semi口袋里的钱也花得差不多了。
三方因素的综合作用下，2008年移动芯片的历史就这样悄悄地在乔布斯的家中被敲定了。当时苹果还不愿透露收购金额，2.78亿美元还是后来由知情人士爆出。
▲左二：Johny Srouji
同在2008年，苹果芯片业务的灵魂人物Johny Srouji加入了苹果。iPhone、iPad、Macbook等一系列经典产品的处理器均出自他所带领的团队。
曾为英特尔和IBM工作的Srouji，体格强壮、为人热情，还会说一口流利的阿拉伯语、希伯来语和法语，不过听说他的英语带有一点口音。对于苹果的芯片项目，Srouji曾说，“困难才是正确的，因为简单代表着浪费时间”。
2010年，苹果收购了芯片设计厂商Intrinsity，再次为自研SoC打下基础。其实Intrinsity之前曾同时为三星和苹果开发移动SoC，所以从前它不仅是苹果的合作伙伴也是苹果的竞争对手。
就在2010年，iPhone 4发布了，而苹果的第一款自研芯片A4也正式落地。A4作为苹果的处女作，在同等频率下性能表现好于三星S5PC110，但是其核心的结构和此前使用的三星处理器十分相似，仅仅是主频升高，核心的CPU架构方面没有什么变化。
两年之后，被苹果收购的Intrinsity带来了他的第一款作品A6，也正是A6，让苹果处理器的实力逐渐突显。双核的A6在跑分榜上将许多采用四核处理器的安卓机皇踩在脚下，苹果也向世人证明了一款处理器的性能并不单纯取决于核心数量。
2013年的A7对于苹果而言是一个新的高度，也为手机处理器开启了了64位时代。它使用了自家的Cyclone架构，采用28nm工艺，主频为1.3GHz。A7处理器的性能比iPhone 5上的A6快2倍，是初代iPhone上使用的处理器的40倍，图形能力是初代的56倍。
市场证明，64位的确是苹果的一步前瞻性好棋。当时已经有人在手机上开始处理高负载的图像处理任务，比如P图、剪视频，因此32位处理器的性能眼看就要触及天花板。得益于此，苹果如今还可以凭借6核心碾压一众8核旗舰处理器。
如果说近三年来令人印象最为深刻的A系性能怪兽，2017年iPhone X系列搭载的A11仿生芯片当属首位，在A11中，苹果首次采用了自行设计的GPU，并且首次加入了神经引擎，强化了SoC的AI性能，也开启了手机SoC的AI时代
A11采用了台积电当时最先进的10nm工艺制程，拥有43亿个晶体管，大核性能相比A10提升25%，GPU性能较 A10 性能提升 30%，而功耗则降低了 50%。
苹果芯片负责人Srouji说，对于每一代芯片，苹果一般从3年前就开始着手架构设计，也就是2017年发布的A11早在2014年间就开始了研发工作。
从起初依靠外采芯片，到如今A13以压倒性的性能优势称为iPhone坚实的硬件基础，苹果走过了13年，它用真金白银的投入换来核心技术和人才，并在自己认定的道路上一直走了下去，从2007年到2018年，苹果的研发投入翻了18倍。
▲苹果1998-2018年20年间研发收入曲线，数据来源：Insider
苹果倾向于收购拥有特别技术的小型公司已经成为众人皆知的事实，而具体的细节又往往保密，这些小公司被雪藏，苹果将其技术融入自身。
2011年，苹果用5亿美元收了专门设计闪存控制器的Anobit，2013年苹果收购了专注于低功耗通讯芯片设计的Passif Semiconductor。
今天，我们看到了A13芯片相较其他厂商旗舰产品将近50%的性能领先，看到了U1超宽带芯片带来的高速便捷互联，看到了H1芯片让AirPods Pro拥有出色的延迟、功耗以及音频表现。
建立这样的芯片帝国，苹果用了13年。
三、“每年4亿美元，两万人，芯片一定要站起来”——华为
华为做消费者手机，做了9年，华为做芯片，做了16年。
不可否认，从2019年8月首款5G手机落地开卖到现在，8个多月过去了，麒麟990 5G仍然是市面上唯一一款有终端产品落地的集成式旗舰级5G SoC。
抛开基带芯片，华为仍然是除了三星和苹果之外，唯一一个拥有顶级手机芯片设计能力的智能手机厂商。
2004年秋天，深圳市海思半导体有限公司成立，科研气息十足的海思，其掌门人却是一位巾帼女子何庭波。
海思最初做的是SIM卡芯片，当时市场行价一片几美元，而等海思做出产品，价格却已经跌到了几元钱，SIM卡芯片技术门槛不高是背后的核心原因，自此，海思决定告别容易上手的芯片。
21世纪初，在传统磁带录像机向硬盘录像机转变的大潮中，海思的H.264编解码芯片迎来了它的春天。浙江大华股份和海思签订了20万元的合同买海思H.264编解码芯片，这个订单也是海思成立后第一个真正意义上的外销芯片订单。
直到2009年，海思推出了第一款面向公开市场的手机处理器K3V1，但并没有用在华为手机中，而是用在了当时的山寨手机市场，但当时K3V1有很多数据还不如高通2007年的处理器，因此表现并不理想。
2012年2月，华为发布了Ascend D1手机，搭载了海思K3V2四核心处理器。但是这款处理器发热高，处理速度慢。当时曾有轶闻报道，任正非在使用这款手机的过程中频频遇到死机，以至于最后当众将这部手机摔在了余承东面前。
但即使如此，华为仍然在Ascend P2、D2、Mate P6、荣耀2、荣耀3等多款中高端机型上继续使用K3V2处理器。期间甚至连余承东都产生了动摇，但任正非还是坚持要用。
任正非曾对海思女掌门何庭波说，“我给你每年四亿美元的研发费用，给你两万人，一定要站起来，适当减少对美国的依赖，芯片暂时没有用，还是要继续做下去，这是公司的战略旗帜，不能动掉的。”
在任正非的眼里，芯片的地位甚至要高于手机。
