【芯觀點】先進封裝,華為“王者歸來”的關鍵

【芯觀點】先進封裝,華為“王者歸來”的關鍵

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集微網訊息,3月28日下午舉辦的華為2021年度報告發佈會上,公司CFO孟晚舟歸國後首次公開亮相,對外發布了華為去年主要財務資料,公司輪值董事長郭平隨後致辭,簡要介紹了當前公司業務戰略。

高管致辭與問答環節中,晶片成為被多次提及的話題,反映出當前外界對此的關注和憂慮。

華為方面透露的資訊,則顯示出該公司業已走出“至暗時刻”,解決晶片供應問題,方向已明,曙光初現。

有質量地活下來

“華為的問題不是靠節衣縮食能解決的,華為要進行系統架構的最佳化,軟體效能的提升和理論的探索,同時透過解決技術和工藝的難題,構建一個高度可信可靠的供應鏈。大家知道華為現在面臨先進工藝不可獲得的困難,我們要生存,我們就必須加大戰略投入,在單點技術領先遇到困難的時候,要積極的尋求系統的突破”。

釋出會上郭平的這段總結,已經清晰描繪出華為面對高階半導體元器件“卡脖子”難關,在研發上的破解思路。

簡而言之,面對單點技術的迭代困難,華為基於系統工程的方法論,從架構、軟體乃至基礎理論三個維度進行創新,系統驅動部件設計,框架為系統而生,並按需解決技術和工藝方面問題,最終實現交付使用者的產品體驗繼續保持世界級水準。

部分理論和架構的突破,已經開始“沿途下蛋”,產出有商業價值的成果。

例如華為諾亞方舟實驗室此前曾開源的加法器卷積神經網路(AdderNet),根據郭平介紹,創新的基礎演算法使得在保持關鍵效能的前提下,處理器AI計算功耗可下降88%,對應的電路面積可以下降76%,在面臨“工藝提升的瓶頸和先進工藝的壓力”下,為低功耗高效能AI硬體帶來新的設計空間。

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(基於FPGA的加法神經網路硬體效能推算)

郭平還提到,由於一部分的材料工藝受到限制,華為基站裝置為了實現效能與功耗的最佳化,就從整個系統能耗最大的部分,即射頻單元的功放器件入手,引入氮化鎵材料,使高頻訊號的放大效率遠高於傳統半導體材料,可降低20%的能耗。

值得一提的是,在去年流出的一份內部座談紀要中,面對“韓國的半導體崛起之路對我們有什麼啟示”這一問題,華為創始人任正非也已經給出了類似的回答。

任正非談到,“商業的本質是滿足客戶需求,為客戶創造價值,任何不符合時代需求的過高精度,實質上也是內卷化。所以,我們要在系統工程上真正理解客戶的需求。這兩年我們受美國的制裁,不再追求用最好的零部件造最好的產品,在科學合理的系統流量平衡的方法下,用合理的部件也造出了高質量的產品,大大地改善了盈利能力。”

與華為圍繞系統需要,從架構、軟體、基礎理論層面重構的思路相比,外界對華為“何時造芯”、“何時突破X nm先進製程”的討論,格局和眼界已顯得有些狹隘,對系統整合的重視,意味著在製造層面,先進封裝,將是華為更為重視的投入方向。

事實上,現高通首席架構師Mustafa Badaroglu,曾在供職華為開展先進製程技術規劃期間,詳細闡釋過對摩爾定律的展望,根據集微網獲得的演示資料,Badaroglu明確認為,晶片3D化在資料中心應用的大尺寸晶片和射頻-邏輯一體化產品上將有明確競爭優勢。

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在先進製程產能無法獲取的情況下,先進封裝,幾乎是華為在高效能半導體器件上突圍的一張“明牌”,而落地的產品,也很可能將首先聚焦於資料中心和通訊基站市場。

關於這一點,釋出會上已經有不少可被視為佐證的資訊。

華為年報中提到,計算架構方面為解決當前“AI、大資料應用蓬勃發展,而傳統計算架構仍以 CPU 為中心”這一矛盾,該公司正在設計“對等”架構,利用靈衢匯流排,讓GPU、NPU以及全新硬體能夠支撐 AI 業務的大發展,並預計這一設計將從單伺服器擴充套件到資料中心第三代的叢集計算,將能夠提升5-10倍的效能。

郭平在其後的答記者問中還提到,在先進工藝不可獲得的情況下,公司未來的晶片佈局,主力通訊產品採用多核結構支撐軟體架構的重構和效能的倍增,“相當於給晶片注入了新的生命力”,“系統架構的重構,比如說用面積換效能,用堆疊換效能,使得不那麼先進的工藝也能夠持續,華為在未來的產品裡面能夠具有競爭力。”

可以說,此次釋出會所透露的一系列資訊,結合此前外媒對該公司與渠梁電子等國內先進封裝企業合作的報道,華為在高階半導體元器件上的突圍路徑,已經漸趨清晰。

走出“至暗時刻”

2021年報,證明華為已挺過“至暗時刻”,以一國對一企業,必欲置之於死地的“極限施壓”下,華為經營表現頗多驚喜。

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首先是收入規模,儘管由於美國製裁,消費者業務營收出現預料之中的下滑,但在美國對其盟友無所不用其極的干預遊說下,華為運營商業務卻穩住了大盤,營收大體與2020年持平,企業業務則穩中有升。

其次是盈利能力,2021年華為淨利潤率達到該公司2006年公開財報以來的最高水平—17。9%,淨利潤規模接近2019、2018兩年總和,據孟晚舟介紹,即便不考慮資產處置收益,華為淨利潤率仍比2020年有所提升,這一表現不能不令人感到震撼。淨利潤率提升的同時,“根據業務需要合理安排採購和資金”,也帶動華為全年經營活動現金流達596。7億元人民幣,較2020年低點回升69。4%。

最後是資產質量,2021年末華為資產負債率為57。8%,相比上一年度下降了4。5個百分點,現金與短期投資餘額則達到4163。3億元人民幣,同比上升 16。5%。

這樣的財務表現,確保了華為在研發上的投入強度,2021年,華為研發投入1427億元,佔總營收比重已達到22。4%,均為歷史高位。

在打碎對手“速勝”幻想的同時,進入戰略相持階段,華為面臨的挑戰依然艱鉅。

儘管郭平表態稱,華為運營商業務由於裝置出貨規模遠小於智慧手機終端,因此B端業務所需的5G基帶晶片等高階半導體元器件,目前存貨依然還能保障業務連續性,但無論從跟上行業趨勢,還是確保中長期供貨的角度出發,相關高階元器件的自主保障都頗具緊迫性。

此外,雲計算、資料中心等具有高營收、高毛利潛力的業務,同樣需要華為儘快拿出高效能晶片替代方案。

正如上文所述,先進封裝有望成為華為突破晶片供應“卡脖子”困局的關鍵,用不同功能裸片的互連、堆疊,走出晶片效能在先進製程之外的突圍路徑。

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此前,華為已經在昇騰、鯤鵬兩大基礎晶片上應用了臺積電CoWoS等先進封裝技術,如昇騰910邏輯、I/O與HBM die的互連,堪稱同期業界標杆設計,儘管先進製程裸片已無獲取渠道,但積累的封裝內系統設計與工程經驗,依然對華為新的探索彌足珍貴。

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(昇騰910系統級封裝示意圖)

目前看,雖然英特爾Sapphire Rapids、AMD霄龍等高階伺服器晶片也已運用3D V-Cache等先進封裝技術,但這類產品動輒一片上萬美元的價格,決定了其適用面依然狹窄,相關技術“下放”中端產品有待時日。

在這樣的形勢下,華為如能以成熟製程裸片的系統級封裝,實現效能對標巨頭中低端貨架產品,則有望獲得一個錯位競爭的視窗,市場空間值得期待。

而前後段融合的先進封裝工藝,又將為華為積累半導體制造領域的專有知識與人力儲備,為未來可能的先進製程突破打下基礎。

總體而言, 2021這一年,華為已經穩住了陣腳,有效承受住了“極限施壓”的瘋狂,用耀眼的財務資料,證明主營業務“種糧”的可持續性,有能力為研發上“登山”提供源源不斷的補給,而只要這樣的補給能夠持續,並不斷得到研發成果的反哺,華為最終王者歸來,就將只是一個時間問題。(校對/樂川)

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