摘要：2017年铩羽而归的澎湃S1曾是伴随了公司整整八年的“黑历史”。2020年的十周年的演讲，雷军罕见谈及芯片研发，说小米“走了一些弯路”[2]。

古希腊哲学家赫拉克利特说：人不能两次踏入同一条河流。如果他见过雷军，他可能会改变这个想法。

小米并非意外闯入集成电路产业的新兵，也不是出手即巅峰的童话故事。在SoC设计这件事上，小米也曾不自量力。

2017年铩羽而归的澎湃S1曾是伴随了公司整整八年的“黑历史”。2020年的十周年的演讲，雷军罕见谈及芯片研发，说小米“走了一些弯路”[2]。

四个月之后的2021年1月，已经决定进军汽车工业的小米同时，开启了另一项前路未知的计划：重启手机SoC的设计研发。

这个研发项目对外高度保密，以至于给团队招人制造了困难：没人相信小米研发SoC的战略决心与定力。更大的反对声则来自公司内部：

作为曾经的失败者，为什么这一次就能成功？

前车之鉴

对于研发三年，生命周期六个月的澎湃S1，小米内部复盘中对自己的评价是：低估了芯片设计的难度与复杂性，无知无畏。

2017年3月，搭载澎湃S1芯片的小米5C上市，这枚芯片基于联芯科技的技术平台开发，采用28nm工艺生产，即便考虑中端定位，也上市即落后。后续产品澎湃S2遭遇难产，主体公司松果进行改组，业务转向IoT芯片。

2017年2月，小米发布澎湃S1芯片

小米用三年时间和10亿元研发成本换来了两个教训：

一是孤注一掷的心态不一定成功，但瞻前顾后的犹豫一定会失败。

对SoC研发来说，各个业务部门的战略定位必须高度统一，松果作为独立公司存在于小米“体外”，注定很难与“体内”的业务部门打配合。

二是如果没准备好至少三代芯片的投入，那干脆第一代就别开始。

做芯片和做手机不同，手机的研发是基于产品的项目管理，但芯片设计是一种连贯性的技术能力建设，以每年迭代的产品的为表征，远非当时的小米能够驾驭。

澎湃S2项目中止，但小米的芯片设计团队没散伙，而是转向了“小芯片”业务。

一部手机里会搭载上百颗芯片，最核心的SoC（System on Chip）是一个集成了多个功能模块的“片上系统”。把SoC当成一套大平层，功能模块就是对应的客厅、卧室、厨房。装修一个洗手间和装修一套大平层，无论投资规模还是技术难度都不能同日而语。

苹果的A18Pro芯片，是一个集成了CPU/GPU/NPU/内存/ISP等模块的复杂片上系统

所谓“小芯片”战略，可以类比为先试着把厨房装好，按雷军的说法[2]，“不断练手、积累经验”，至少下一次别砸了承重墙。

后来，小米开发的ISP芯片和影像算法（阳台），就被集成进了玄戒O1（大平层）。

2021年SoC研发重新提上日程时，小米的营收相比2014年翻了4倍，手机销量跻身全球前三。一个直观对比是：2017年澎湃S1上市时，小米手机部和松果一共有500名员工。今天，玄戒开发团队有2500人，小米手机部有13000人。

但小米面对的不确定性并没有降低，因为集成电路是一个以年为单位不断成长的产业——你进步的时候，别人也没闲着。

小米诞生的第一个十年是集成电路产业链发展最快的十年，英伟达的市值翻了36倍，芯片制程从45nm跨到了5nm，一颗指甲盖大小的芯片里能集成的晶体管规模从10亿提高到了150亿。

这个过程中，小米和同行在芯片设计能力上的差距不是变小了，恐怕是变大了。在汽车业务刚刚起步、财务压力骤然增加的背景中，小米面对的问题是：当年花10亿买到的教训，要不要花100亿再买一次？

反复的讨论中，小米决策层逐渐形成了一种共识：重启SoC研发是个必然的选择。

一方面，如果小米的手机业务想更进一步，无论研发SoC存在多少不确定性，它都是个务实的决策；另一方面，包括手机和汽车在内的愈发多元的终端产品线，必然需要一个统一的计算平台，以及对应芯片设计能力的支撑。

因此，真正变化的是芯片设计之于小米的定位：澎湃S1是一个“项目”，玄戒O1是一个“战略”。

验收一个项目的标尺是结果，只有成功和失败；推进一个战略的核心是过程，积累比成败更关键。如果总是因为失败的潜在代价踯躅不前，“孤注一掷”就只是个口号。

想在数学考试拿满分，就不要逃避最后一道题。

孤注一掷

SoC研发项目重启时，小米决策层定下了两个规则：

一是锚定“高端旗舰SoC”的定位，在晶体管规模、核心参数和工艺制程上力争与行业第一梯队齐平。从实际结果看，玄戒O1的大部分参数规格，可以对齐苹果的A18 Pro。

二是玄戒研发团队隶属于手机部门，实际运作中与手机部门是一个团队。由副总裁朱丹直接挂帅，他是小米54号员工，很可能是小米在社交媒体粉丝最少的高管。

雷军对芯片设计的精力投入仅次于汽车业务，玄戒O1项目原则上每周开一次会对齐目标，实际上每周开3-4次，雷军几乎从不缺席。

芯片设计是一个技术问题，也是一个战略问题，更是一个集合了财务控制、流程规划、项目管理、公司治理的系统性问题。

旗舰机型的研发，一般需要手机部门在机型上市的前8-12个月左右拿到芯片，进行软硬件的适配。考虑到小米15S Pro与公司15周年绑定，延期的后果比老板握手我插兜严重得多。因此，手机部门必须在2024年5月左右拿到芯片。

如果要“对标同代旗舰芯片”，设计团队需要“推测”旗舰SoC在2024年底能达到什么样的规格，并以此指定自己的目标。就像一场超纲的数学考试，不仅自己要拿足够的分数，还得猜对同桌考了多少分。

英伟达在2025年GTC公布的路线图，产品已经规划到了2028年

玄戒O1提出“频率达到3.9GHz”的技术目标，就是基于“旗舰SoC超大核+N3E工艺下，频率达到3.6GHz”的假设，提出的进一步研发指引。

0.3GHz的频率提升是个非常激进的目标。作为对比，桌面级CPU的主频从3.0GHz（Intel Pentium 4）提高到5.7GHz（AMD 9950X3D），用了整整20年。

芯片设计真正的难点，在于“按时交付”和“成本可控”两个限定条件：芯片部门一失误，手机部门就完不成OKR。

芯片开发可以大致拆解为架构设计与规划、验证仿真、IP集成、物理实现、流片、回片等多个步骤，时间跨度在18-36个月，每个步骤都可能遇到反复修改、推倒重来的情况，一旦某个环节出现问题，很容易引发连锁反应，导致全面失控。

这个流程的凶险之处在于“没有中间结果”：芯片开发没有进度条，流片成功前，一切都是未知数。相当于高中三年没有模拟考，读完直接参加高考，家长心里肯定没底。

所谓流片（Tape-out），可以理解为芯片电路设计完成后，转换为物理芯片的过程，即芯片的“试产”。回片（Bring-up）指芯生产完成，集成到终端设备上进行验证和测试。

流片环节的特点是“容错率为零”：巨大和微小的设计失误都会导致流片失败。考虑到先进制程的流片费用，很容易造成财务失控。

笔记本电脑可以先评估BOM成本、再制定零部件方案、接着评判外观设计，每个环节都是止损窗口。但芯片设计是一场没有前线战报的大规模战役，只有战役打完，指挥部才知道自己派出去的是赵云还是赵括。

2024年5月，玄戒O1一次流片成功后回片，雷军、卢伟冰和曾学忠相继接到了研发团队通过工程样机拨打的电话，小米内部对玄戒O1最终表现的评估结果是“比较超预期”。

如果玄戒O1是一个项目，它可能是成功的；如果玄戒O1是一个战略，它才刚刚开始。

晶体管的世界没有爆品模式，小米要趟的河还有很多。

直面复杂

2010年1月，乔布斯在iPad发布会上第一次公开了苹果A系列芯片的开山之作A4。在超过一小时的发布会上，A4得到的戏份还不到20秒。

这颗芯片的里程碑意义在日后被反复渲染，但问世之初，业界对A4的态度反而是以“套壳三星”为代表的贬低和嘲讽。

A4芯片采用ARM的Cortex-A8内核，频率1GHz，45nm工艺生产，性能十分突出，唯一缺点是跟三星的“蜂鸟S5PC110”太像——三星的芯片采用了Intrinsity的技术，后者又被苹果收购，导致两颗芯片技术同源。

2010年iPad发布会，A4芯片被寥寥数语草草带过

A系列芯片的质变要等到第三代产品A6：Apple Silicon团队用基于ARMv7架构的Swift内核替换了公版内核，参数规格开始对齐同业。2013年，第四代A7成为首款64位移动处理器，彻底甩开了安卓阵营。

苹果的路径此后成为了一套标准模板，在发布会上吊打过苹果的友商，都心照不宣的拿起了这套参考教材：

从公版方案入手，基于自己的技术目标，不断迭代产品。

这种范式源自被台积电和ARM改变的产业规则。

90年代前，几乎所有半导体公司都包揽设计-制造-封测三大环节。但芯片规模越来越大，对应的投资水涨船高，中小公司无力负担三个环节的开支，出现了英伟达和台积电这类只做设计/制造的公司。

AMD创始人Jerry Sanders曾用“有晶圆厂才是真男人（Real men have fabs）”讽刺90年代雨后春笋般只做设计的芯片公司，结果接班人Hector ruiz迫于财务压力，反手甩卖了自家晶圆厂，即后来的全球第四大芯片代工厂格罗方德。

AMD创始人Jerry Sanders

台积电的代工模式逐渐被接受，ARM的出现进一步拉低了芯片设计的入场门槛：ARM不参与芯片设计，而是专注架构与IP的研发验证，并将其授权给芯片设计公司。

原因与AMD甩卖晶圆厂类似：从零开始设计全新的架构和IP成本巨大，强如苹果也栽过跟头。

苹果A系列芯片的GPU架构一直由自英国公司Imagination提供授权，2017年，家大业大的苹果宣布弃用Imagination的PowerVR架构，并且不太厚道地在消息公布前从Imagination挖走了一批工程师，转向自研架构。

Imagination的股价当天就跌了75%，公司丢掉大客户后，被卖给了中资背景的财团Canyon Bridge。但离开Imagination的苹果过的也不好，由于自研架构进展不顺，双方于2020年破镜重圆，苹果续上了断缴两年的授权费。

芯片设计是一个“入门容易精通难”的门类，小米并不特殊。

把芯片比作大平层，ARM和Imagination这些公司提供的是户型+硬装+软装的设计方案，并由台积电完成具体的施工和装修。但芯片设计还需要完成两个工作：

一是ARM只提供CPU和GPU的架构，相当于只有客厅和卧室。手机公司还需要自行将处理影像的ISP（阳台）和处理AI计算的NPU（书房）等模块集成进去。由于小米的5G基带还在开发，玄戒O1只能外挂联发科的方案。

二是ARM提供的是标准化样板间，不可能同时满足丁克家庭和三孩家庭的需求。这是推动手机公司研发芯片的最核心因素，所有公司都会基于公版架构定制化开发。玄戒O1在通用方案的基础上设计了两个超低功耗核心，明显指向了特定场景的体验优化。

房子不完美可以先凑合住，但芯片不量产就卖不出去。芯片研发过程不产生任何现金流，拖垮财务的隐患巨大。因此，所有手机公司的造芯模式都是“以贩养吸”，一边卖芯片一边做芯片：

以产品代际为单位，逐步替换通用的公版IP和架构；以十年周期为尺度，打造一艘忒修斯之船。

早在2015年，高通就在骁龙820芯片中引入了Kryo架构，这款应对苹果A7的仓促之作因为功耗问题翻了大车。直到2021年，高通收购苹果芯片架构师Gerard Williams创办的公司Nuvia，基于后者技术推出Oryon架构，自研架构才走上正轨。

Nuvia的三位创始人：John Bruno、Gerard Williams III、Manu Gulati

三星的命运更加多舛。2015年，三星推出Mongoose架构的Exynos 8890挑战高通——Mongoose（猫鼬）是高通老架构Krait（金环蛇）的天敌，挑衅意味明显。结果Exynos 8890同样遭遇功耗爆炸问题，被欧洲手机用户联名要求换成高通，回旋镖狠狠扎了回来。

华为的造芯之路同样坎坷。从骂声一片的K3V2，到第一款集成4G基带的麒麟910，再到全球第一颗5nm工艺SoC麒麟9000，同样历经十年。直到今天，集成了153亿晶体管的麒麟9000都代表着国内芯片设计的最高水平。

《首尔之春》里黄政民扮演的全斗焕有句台词：失败才是叛国，成功就是革命。芯片工程师唯一的敌人是物理学，你有足够的时间把伤口变成勋章，把黑历史变成来时路。

跨过壁垒

社会舆论对芯片的认知往往存在两个误区：一是高估了集成电路产业的壁垒；二是低估了集成电路产业的壁垒。

所谓“高估产业壁垒”，并不是指被台积电和ARM这些金牌乙方拉低的入场门槛，也不是指芯片设计的投资规模存在水分，而是集成电路产业一个有别于其他产业的鲜明特征：后发者可以从中间环节切入。

玄戒O1问世后，一种疑问认为，小米没有任何5nm/7nm和更成熟制程的芯片设计经验，为什么能直接从最先进的3nm工艺起步——但这其实并不奇怪。

由于摩尔定律的存在，芯片的参数会呈指数级提升：2010年至今，单位芯片上堆叠的晶体管规模扩大了20倍，十年前的车还能开，十年前的手机已经卡的不能用了。

这个过程中，新旧技术的切换让后来者可以从中间环节切入市场，甚至直接进入先进的技术环节：韩国面板产业的起步，就绕开了日本的1/2代线，直接从3代线做起；金融危机后中国大陆投资面板产业，也直接瞄准了5/6代线。

日本晶圆厂Rapidus决定跳过所有制程，直接从2nm开始生产

所谓“低估产业壁垒”，在于集成电路产业经过漫长时间的分工与整合，产业链上下游的各个环节，存在着“互相适配”的绑定关系。

一颗芯片从设计到封装完成，需要用到ARM的指令集和架构、Cadence的EDA工具、Toppan的掩模版、ASML的光刻机、东京电子的刻蚀机、KLA的封测设备、信越化学的硅晶圆、霍尼韦尔的靶材、东京应化的光刻胶等等。

在摩尔定律的推进过程中，每个环节的研发和改进都需要上下游环节的配合协作、相互适配，由此形成了环环相扣的共同体。这个过程中积累的Know How会成为某种意义上的“标准”，进一步拉高行业门槛。

俗话说“一流企业做标准”，但标准不是被“制定”出来的，而是在市场充分竞争中不断磨合推敲形成，最终演化为产业心照不宣的规则。

每一个芯片设计领域的新兵需要做的都不是一颗芯片、一种架构、一个解决方案，而是证明自己有能力融入这套森严有序的规则，并有能力成为标准的推动者。小米要做的还有很多。

中国大陆集成电路产业的薄弱，一个重要原因是在产业技术高速迭代的周期参与度不足，导致错过了产业标准和规则的适配过程，在高附加值环节的存在感有限。

尤其是芯片制造环节的短板，很容易让人低估芯片设计环节的重要性。在集成电路产业链上，设计与制造其实同样重要。

作为全球顶级的晶圆代工厂，台积电的高附加值其实是“特殊性”的。台积电的高利润率来自与同业恐怖的技术差距，但并没有改变芯片制造重资产、高资本开支的特点。

而芯片设计的高附加值是“行业性”的，大部分芯片设计公司都有非常高的毛利空间与附加值。原因在于，芯片设计环节直接对应着消费市场的需求，定义了一块硅晶圆在消费市场的价值，也是牵引产业发展趋势的最终环节。

“首颗国产3nm”并不是简单的口号，它是一张奢侈的入场券，它提供了另一种可能性。

尾声

玄戒O1发布的尾声，雷军以“后来者”和“追赶者”自居：“这个世界终究不会是强者恒强，后来者总有机会。”

雷军在小米15周年战略新品发布会

集成电路产业不是一家公司以一己之力浇筑的摩天大楼，而是一代又一代的汗水与智慧以纳米为尺度勾勒的超级工程。工业史上最复杂的链条与分工，孕育过不计其数的伟大公司，也埋葬过数不胜数的未竟理想。

但物理学的国境线足够绵延，供后来者丈量新的边疆。

[3] 苹果与Imagination破镜重圆，开发GPU并不容易，36氪

[4] AMD二十年自新简史，智东西

[5] 一往无前，范海涛

[6] ARM to A4: How Apple changed the climate in mobile silicon, AppleInsider

[7] 光刻巨人：ASML崛起之路，瑞尼·雷吉梅克

来源：饭统戴老板