古希臘哲學家赫拉克利特說：人不能兩次踏入同一條河流。如果他見過雷軍，他可能會改變這個想法。

小米并非意外闖入集成電路產業的新兵，也不是出手即巔峰的童話故事。在SoC設計這件事上，小米也曾不自量力。

2017年鎩羽而歸的澎湃S1曾是伴隨了公司整整八年的“黑歷史”。2020年的十周年的演講，雷軍罕見談及芯片研發，說小米“走了一些彎路”[2]。

四個月之后的2021年1月，已經決定進軍汽車工業的小米同時，開啟了另一項前路未知的計劃：重啟手機SoC的設計研發。

這個研發項目對外高度保密，以至于給團隊招人制造了困難：沒人相信小米研發SoC的戰略決心與定力。更大的反對聲則來自公司內部：

作為曾經的失敗者，為什么這一次就能成功？

前車之鑒

對于研發三年，生命周期六個月的澎湃S1，小米內部復盤中對自己的評價是：低估了芯片設計的難度與復雜性，無知無畏。

2017年3月，搭載澎湃S1芯片的小米5C上市，這枚芯片基于聯芯科技的技術平臺開發，采用28nm工藝生產，即便考慮中端定位，也上市即落后。后續產品澎湃S2遭遇難產，主體公司松果進行改組，業務轉向IoT芯片。

2017年2月，小米發布澎湃S1芯片

小米用三年時間和10億元研發成本換來了兩個教訓：

一是孤注一擲的心態不一定成功，但瞻前顧后的猶豫一定會失敗。

對SoC研發來說，各個業務部門的戰略定位必須高度統一，松果作為獨立公司存在于小米“體外”，注定很難與“體內”的業務部門打配合。

二是如果沒準備好至少三代芯片的投入，那干脆第一代就別開始。

做芯片和做手機不同，手機的研發是基于產品的項目管理，但芯片設計是一種連貫性的技術能力建設，以每年迭代的產品的為表征，遠非當時的小米能夠駕馭。

澎湃S2項目中止，但小米的芯片設計團隊沒散伙，而是轉向了“小芯片”業務。

一部手機里會搭載上百顆芯片，最核心的SoC（System on Chip）是一個集成了多個功能模塊的“片上系統”。把SoC當成一套大平層，功能模塊就是對應的客廳、臥室、廚房。裝修一個洗手間和裝修一套大平層，無論投資規模還是技術難度都不能同日而語。

蘋果的A18Pro芯片，是一個集成了CPU/GPU/NPU/內存/ISP等模塊的復雜片上系統

所謂“小芯片”戰略，可以類比為先試著把廚房裝好，按雷軍的說法[2]，“不斷練手、積累經驗”，至少下一次別砸了承重墻。

后來，小米開發的ISP芯片和影像算法（陽臺），就被集成進了玄戒O1（大平層）。

2021年SoC研發重新提上日程時，小米的營收相比2014年翻了4倍，手機銷量躋身全球前三。一個直觀對比是：2017年澎湃S1上市時，小米手機部和松果一共有500名員工。今天，玄戒開發團隊有2500人，小米手機部有13000人。

但小米面對的不確定性并沒有降低，因為集成電路是一個以年為單位不斷成長的產業——你進步的時候，別人也沒閑著。

小米誕生的第一個十年是集成電路產業鏈發展最快的十年，英偉達的市值翻了36倍，芯片制程從45nm跨到了5nm，一顆指甲蓋大小的芯片里能集成的晶體管規模從10億提高到了150億。

這個過程中，小米和同行在芯片設計能力上的差距不是變小了，恐怕是變大了。在汽車業務剛剛起步、財務壓力驟然增加的背景中，小米面對的問題是：當年花10億買到的教訓，要不要花100億再買一次？

反復的討論中，小米決策層逐漸形成了一種共識：重啟SoC研發是個必然的選擇。

一方面，如果小米的手機業務想更進一步，無論研發SoC存在多少不確定性，它都是個務實的決策；另一方面，包括手機和汽車在內的愈發多元的終端產品線，必然需要一個統一的計算平臺，以及對應芯片設計能力的支撐。

因此，真正變化的是芯片設計之于小米的定位：澎湃S1是一個“項目”，玄戒O1是一個“戰略”。

驗收一個項目的標尺是結果，只有成功和失敗；推進一個戰略的核心是過程，積累比成敗更關鍵。如果總是因為失敗的潛在代價躑躅不前，“孤注一擲”就只是個口號。

想在數學考試拿滿分，就不要逃避最后一道題。

孤注一擲

SoC研發項目重啟時，小米決策層定下了兩個規則：

一是錨定“高端旗艦SoC”的定位，在晶體管規模、核心參數和工藝制程上力爭與行業第一梯隊齊平。從實際結果看，玄戒O1的大部分參數規格，可以對齊蘋果的A18 Pro。

二是玄戒研發團隊隸屬于手機部門，實際運作中與手機部門是一個團隊。由副總裁朱丹直接掛帥，他是小米54號員工，很可能是小米在社交媒體粉絲最少的高管。

雷軍對芯片設計的精力投入僅次于汽車業務，玄戒O1項目原則上每周開一次會對齊目標，實際上每周開3-4次，雷軍幾乎從不缺席。

芯片設計是一個技術問題，也是一個戰略問題，更是一個集合了財務控制、流程規劃、項目管理、公司治理的系統性問題。

旗艦機型的研發，一般需要手機部門在機型上市的前8-12個月左右拿到芯片，進行軟硬件的適配。考慮到小米15S Pro與公司15周年綁定，延期的后果比老板握手我插兜嚴重得多。因此，手機部門必須在2024年5月左右拿到芯片。

如果要“對標同代旗艦芯片”，設計團隊需要“推測”旗艦SoC在2024年底能達到什么樣的規格，并以此指定自己的目標。就像一場超綱的數學考試，不僅自己要拿足夠的分數，還得猜對同桌考了多少分。

英偉達在2025年GTC公布的路線圖，產品已經規劃到了2028年

玄戒O1提出“頻率達到3.9GHz”的技術目標，就是基于“旗艦SoC超大核+N3E工藝下，頻率達到3.6GHz”的假設，提出的進一步研發指引。

0.3GHz的頻率提升是個非常激進的目標。作為對比，桌面級CPU的主頻從3.0GHz（Intel Pentium 4）提高到5.7GHz（AMD 9950X3D），用了整整20年。

芯片設計真正的難點，在于“按時交付”和“成本可控”兩個限定條件：芯片部門一失誤，手機部門就完不成OKR。

芯片開發可以大致拆解為架構設計與規劃、驗證仿真、IP集成、物理實現、流片、回片等多個步驟，時間跨度在18-36個月，每個步驟都可能遇到反復修改、推倒重來的情況，一旦某個環節出現問題，很容易引發連鎖反應，導致全面失控。

這個流程的兇險之處在于“沒有中間結果”：芯片開發沒有進度條，流片成功前，一切都是未知數。相當于高中三年沒有模擬考，讀完直接參加高考，家長心里肯定沒底。

所謂流片（Tape-out），可以理解為芯片電路設計完成后，轉換為物理芯片的過程，即芯片的“試產”。回片（Bring-up）指芯生產完成，集成到終端設備上進行驗證和測試。

流片環節的特點是“容錯率為零”：巨大和微小的設計失誤都會導致流片失敗。考慮到先進制程的流片費用，很容易造成財務失控。

筆記本電腦可以先評估BOM成本、再制定零部件方案、接著評判外觀設計，每個環節都是止損窗口。但芯片設計是一場沒有前線戰報的大規模戰役，只有戰役打完，指揮部才知道自己派出去的是趙云還是趙括。

2024年5月，玄戒O1一次流片成功后回片，雷軍、盧偉冰和曾學忠相繼接到了研發團隊通過工程樣機撥打的電話，小米內部對玄戒O1最終表現的評估結果是“比較超預期”。

如果玄戒O1是一個項目，它可能是成功的；如果玄戒O1是一個戰略，它才剛剛開始。

晶體管的世界沒有爆品模式，小米要趟的河還有很多。

直面復雜

2010年1月，喬布斯在iPad發布會上第一次公開了蘋果A系列芯片的開山之作A4。在超過一小時的發布會上，A4得到的戲份還不到20秒。

這顆芯片的里程碑意義在日后被反復渲染，但問世之初，業界對A4的態度反而是以“套殼三星”為代表的貶低和嘲諷。

A4芯片采用ARM的Cortex-A8內核，頻率1GHz，45nm工藝生產，性能十分突出，唯一缺點是跟三星的“蜂鳥S5PC110”太像——三星的芯片采用了Intrinsity的技術，后者又被蘋果收購，導致兩顆芯片技術同源。

2010年iPad發布會，A4芯片被寥寥數語草草帶過

A系列芯片的質變要等到第三代產品A6：Apple Silicon團隊用基于ARMv7架構的Swift內核替換了公版內核，參數規格開始對齊同業。2013年，第四代A7成為首款64位移動處理器，徹底甩開了安卓陣營。

蘋果的路徑此后成為了一套標準模板，在發布會上吊打過蘋果的友商，都心照不宣的拿起了這套參考教材：

從公版方案入手，基于自己的技術目標，不斷迭代產品。

這種范式源自被臺積電和ARM改變的產業規則。

90年代前，幾乎所有半導體公司都包攬設計-制造-封測三大環節。但芯片規模越來越大，對應的投資水漲船高，中小公司無力負擔三個環節的開支，出現了英偉達和臺積電這類只做設計/制造的公司。

AMD創始人Jerry Sanders曾用“有晶圓廠才是真男人（Real men have fabs）”諷刺90年代雨后春筍般只做設計的芯片公司，結果接班人Hector ruiz迫于財務壓力，反手甩賣了自家晶圓廠，即后來的全球第四大芯片代工廠格羅方德。

AMD創始人Jerry Sanders

臺積電的代工模式逐漸被接受，ARM的出現進一步拉低了芯片設計的入場門檻：ARM不參與芯片設計，而是專注架構與IP的研發驗證，并將其授權給芯片設計公司。

原因與AMD甩賣晶圓廠類似：從零開始設計全新的架構和IP成本巨大，強如蘋果也栽過跟頭。

蘋果A系列芯片的GPU架構一直由自英國公司Imagination提供授權，2017年，家大業大的蘋果宣布棄用Imagination的PowerVR架構，并且不太厚道地在消息公布前從Imagination挖走了一批工程師，轉向自研架構。

Imagination的股價當天就跌了75%，公司丟掉大客戶后，被賣給了中資背景的財團Canyon Bridge。但離開Imagination的蘋果過的也不好，由于自研架構進展不順，雙方于2020年破鏡重圓，蘋果續上了斷繳兩年的授權費。

芯片設計是一個“入門容易精通難”的門類，小米并不特殊。

把芯片比作大平層，ARM和Imagination這些公司提供的是戶型+硬裝+軟裝的設計方案，并由臺積電完成具體的施工和裝修。但芯片設計還需要完成兩個工作：

一是ARM只提供CPU和GPU的架構，相當于只有客廳和臥室。手機公司還需要自行將處理影像的ISP（陽臺）和處理AI計算的NPU（書房）等模塊集成進去。由于小米的5G基帶還在開發，玄戒O1只能外掛聯發科的方案。

二是ARM提供的是標準化樣板間，不可能同時滿足丁克家庭和三孩家庭的需求。這是推動手機公司研發芯片的最核心因素，所有公司都會基于公版架構定制化開發。玄戒O1在通用方案的基礎上設計了兩個超低功耗核心，明顯指向了特定場景的體驗優化。

房子不完美可以先湊合住，但芯片不量產就賣不出去。芯片研發過程不產生任何現金流，拖垮財務的隱患巨大。因此，所有手機公司的造芯模式都是“以販養吸”，一邊賣芯片一邊做芯片：

以產品代際為單位，逐步替換通用的公版IP和架構；以十年周期為尺度，打造一艘忒修斯之船。

早在2015年，高通就在驍龍820芯片中引入了Kryo架構，這款應對蘋果A7的倉促之作因為功耗問題翻了大車。直到2021年，高通收購蘋果芯片架構師Gerard Williams創辦的公司Nuvia，基于后者技術推出Oryon架構，自研架構才走上正軌。

Nuvia的三位創始人：John Bruno、Gerard Williams III、Manu Gulati

三星的命運更加多舛。2015年，三星推出Mongoose架構的Exynos 8890挑戰高通——Mongoose（貓鼬）是高通老架構Krait（金環蛇）的天敵，挑釁意味明顯。結果Exynos 8890同樣遭遇功耗爆炸問題，被歐洲手機用戶聯名要求換成高通，回旋鏢狠狠扎了回來。

華為的造芯之路同樣坎坷。從罵聲一片的K3V2，到第一款集成4G基帶的麒麟910，再到全球第一顆5nm工藝SoC麒麟9000，同樣歷經十年。直到今天，集成了153億晶體管的麒麟9000都代表著國內芯片設計的最高水平。

《首爾之春》里黃政民扮演的全斗煥有句臺詞：失敗才是叛國，成功就是革命。芯片工程師唯一的敵人是物理學，你有足夠的時間把傷口變成勛章，把黑歷史變成來時路。

跨過壁壘

社會輿論對芯片的認知往往存在兩個誤區：一是高估了集成電路產業的壁壘；二是低估了集成電路產業的壁壘。

所謂“高估產業壁壘”，并不是指被臺積電和ARM這些金牌乙方拉低的入場門檻，也不是指芯片設計的投資規模存在水分，而是集成電路產業一個有別于其他產業的鮮明特征：后發者可以從中間環節切入。

玄戒O1問世后，一種疑問認為，小米沒有任何5nm/7nm和更成熟制程的芯片設計經驗，為什么能直接從最先進的3nm工藝起步——但這其實并不奇怪。

由于摩爾定律的存在，芯片的參數會呈指數級提升：2010年至今，單位芯片上堆疊的晶體管規模擴大了20倍，十年前的車還能開，十年前的手機已經卡的不能用了。

這個過程中，新舊技術的切換讓后來者可以從中間環節切入市場，甚至直接進入先進的技術環節：韓國面板產業的起步，就繞開了日本的1/2代線，直接從3代線做起；金融危機后中國大陸投資面板產業，也直接瞄準了5/6代線。

日本晶圓廠Rapidus決定跳過所有制程，直接從2nm開始生產

所謂“低估產業壁壘”，在于集成電路產業經過漫長時間的分工與整合，產業鏈上下游的各個環節，存在著“互相適配”的綁定關系。

一顆芯片從設計到封裝完成，需要用到ARM的指令集和架構、Cadence的EDA工具、Toppan的掩模版、ASML的光刻機、東京電子的刻蝕機、KLA的封測設備、信越化學的硅晶圓、霍尼韋爾的靶材、東京應化的光刻膠等等。

在摩爾定律的推進過程中，每個環節的研發和改進都需要上下游環節的配合協作、相互適配，由此形成了環環相扣的共同體。這個過程中積累的Know How會成為某種意義上的“標準”，進一步拉高行業門檻。

俗話說“一流企業做標準”，但標準不是被“制定”出來的，而是在市場充分競爭中不斷磨合推敲形成，最終演化為產業心照不宣的規則。

每一個芯片設計領域的新兵需要做的都不是一顆芯片、一種架構、一個解決方案，而是證明自己有能力融入這套森嚴有序的規則，并有能力成為標準的推動者。小米要做的還有很多。

中國大陸集成電路產業的薄弱，一個重要原因是在產業技術高速迭代的周期參與度不足，導致錯過了產業標準和規則的適配過程，在高附加值環節的存在感有限。

尤其是芯片制造環節的短板，很容易讓人低估芯片設計環節的重要性。在集成電路產業鏈上，設計與制造其實同樣重要。

作為全球頂級的晶圓代工廠，臺積電的高附加值其實是“特殊性”的。臺積電的高利潤率來自與同業恐怖的技術差距，但并沒有改變芯片制造重資產、高資本開支的特點。

而芯片設計的高附加值是“行業性”的，大部分芯片設計公司都有非常高的毛利空間與附加值。原因在于，芯片設計環節直接對應著消費市場的需求，定義了一塊硅晶圓在消費市場的價值，也是牽引產業發展趨勢的最終環節。

“首顆國產3nm”并不是簡單的口號，它是一張奢侈的入場券，它提供了另一種可能性。

尾聲

玄戒O1發布的尾聲，雷軍以“后來者”和“追趕者”自居：“這個世界終究不會是強者恒強，后來者總有機會。”

雷軍在小米15周年戰略新品發布會

集成電路產業不是一家公司以一己之力澆筑的摩天大樓，而是一代又一代的汗水與智慧以納米為尺度勾勒的超級工程。工業史上最復雜的鏈條與分工，孕育過不計其數的偉大公司，也埋葬過數不勝數的未竟理想。

但物理學的國境線足夠綿延，供后來者丈量新的邊疆。

參考資料

[1] 小米十周年主題演講，小米

[2] 小米創業思考，雷軍/徐潔云

[3] 蘋果與Imagination破鏡重圓，開發GPU并不容易，36氪

[4] AMD二十年自新簡史，智東西

[5] 一往無前，范海濤

[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

編輯：戴老板

責任編輯：李墨天

封面圖片來自ShotDeck