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老兵戴辉:海思机顶盒芯片的霸主之路

2018-11-04
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来源:内容来自「最牛博弈」,作者 戴辉,谢


作者注:海思的机顶盒芯片在国内是霸主。一方面,中国大力参与的IPTV技术为此做出了巨大的贡献;另外一方面,中国的音视频标准AVS也功不可没!


海思的机顶盒芯片于2008年起步,在国内市场所占份额很高。老兵戴辉遍访网络,也没有找到相关市场份额数据,业内人士估计是在百分之八十左右。


它和老兵戴辉上一篇文章写的视频监控芯片一样,都属于多媒体范畴。


视频监控芯片的故事里,大华股份成为第一个吃螃蟹的,实现了从0到1。 今天写的故事里,则是广东电信帮助海思机顶盒芯片实现了起步。


先简单介绍一下,多媒体技术的关键是编解码算法。


多媒体(Multimedia)现阶段的应用主要集中在视频和音频方面。通俗点说,大家看的电影、电视、网剧和小视频,都是多媒体。 


我们先从分辨率说起。用户能直观感受的是标清、高清、超高清等视频清晰度,这里指的就是分辨率。分辨率越高,画面就看得越清楚。一般说来,高清=720p,全高清=1080p,超高清4k是4096x2160或者3840x2160,单位都是pixel(像素)。这与镜头和图像传感器品质有关。老兵戴辉最喜欢在大屏幕上看大片! 


不过,分辨率高了,会导致视频文件数据量非常大,一部4K电影即使在压缩后也动辄有几百个G,网络传输和存储起来都会很吃力!  


因此,多媒体技术的核心就是视频编解码(就是所谓压缩算法),即如何用最小的带宽、最小的存储空间,来实现最好的视觉效果。 


编解码算法在不断的发展:



随着编解码技术的发展,压缩效率不断获得提高,家里的电视机,以前只能看标清,现在可以看高清,以后可以看超高清了!


但进步是要付出代价的,那就是对CPU的计算能力要求越来越高!所以芯片里的晶体管工艺不断发展,就是为了在芯片里面容纳更多的晶体管,可以承担越来越大的计算能力的要求! 


中国音视频编解码标准AVS 


华为在编解码的国际标准上参与了不少工作,是最新的H.265标准的主要技术贡献者。MPEG和H.26X都是国际标准,这些标准当然不错,不过在影视业,却面临着全流程的专利授权费用高并且谈判起来比较复杂的情况,其中播放是大头,电视台或者影院需要出钱。


刚刚跨入本世纪时,在数字电视的技术讨论过程中,日本东芝的工程师曾问国微电子(现紫光子公司)谢文刚:你们这么大的市场,为什么要去遵守西方人的标准?应该是他们来遵守中国的标准。中国市场有足够大的容量来牵引世界标准的发展!


老兵戴辉今天要谈一下中国自己的数字音视频编解码技术标准AVS(AudioVideocoding Standard)。


这个领域的学术带头人是北京大学高文院士和中央电视台总工丁文华院士。老兵戴辉在中山大学的同学梁凡一直在这个领域扎根,现在是需求组组长。


第一个路标:2006年发布的AVS标准是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准。


第二个路标:2012年发布了改进的AVS+标准。AVS/AVS+算是第一代的AVS标准。


第一代AVS标准编码效率与H.264相当;AVS通过简洁的一站式许可政策,解决了H.264专利许可问题死结;H.264仅是一个视频编码标准,而AVS是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系。


说白了,就是在影视领域,从全流程来看(包括播放),用AVS要比H.26X要省很多钱。


AVS+标准用于高清数字电视,中央电视台以及各个省台、广电(有线电视)中广泛使用了这个标准。


第三个路标:AVS最新的标准是第二代的AVS2标准,和H.265达到了基本一样的压缩效果,同样支持4K和8K超高清。 


AVS2标准用于4K超高清数字电视,最近有很振奋人心的消息!2018年9月初,广东综艺频道采用AVS2标准的4K超高清播出;10月1日,中央台上线了基于AVS2标准的4K超高清频道;13个省(包括广东)的有线电视网、广东移动和电信,都同时开始支持这个标准的电视节目的播放。未来新采购的机顶盒都要同时支持AVS2标准。


中国AVS标准的成功,得益于机顶盒的芯片厂商如海思的支持。这句话反过来说也成立,那就是,中国主导的AVS标准也帮助华为海思的机顶盒芯片实现了迅速扩张,正如国内主导的3G标准(TD-SCDMA)对展讯的影响一样。


 

再说几个有趣的事儿。  


2009年底《阿凡达》刚上映,戴辉就在美国的IMAX影院看了。该片引发了IMAX观影狂潮。东莞万达IMAX影院曾经因为设备过于疲劳出现故障,经理不得不两次下跪,向不远数百里开车过来的观众道歉。 


现在中国有了自己的“中国巨幕”,正从2K高清转向4K超高清。可以想象,影院的投资要小很多。 


中国也有了头戴式的“3D巨幕”,实现了20米处750寸的巨幕成像,据说最大的用途是躺在床上看爱情动作大片。做得较大的三家(嗨镜、GOOVIS、酷酷),老兵戴辉都认识! 


前段时间VR盛行,明显感觉到国内和国外行业发展水平基本上同步了, Oculus、HTC、Sumsung,还有国内的3glasses、乐相、南京睿悦等众多方案,老兵都试用过。  


老兵戴辉母校东南大学的万遂人教授,小学毕业后在南京电子管厂当过多年的车工。恢复高考之后直接考上东南大学研究生,后在北京真空电子技术研究所获得电子学博士学位。他的一个学生谭俊廷就此进入“胆机”领域,就是电子管功放。


老兵还投资了李浤硕打造的Coolhere全息降噪耳机。其UFO蓝牙小耳机刚在京东众筹,获得了20多倍的超募。发货贼快,音质很好,我现在上厕所都戴着它! 


2016年CES,李浤硕(中)、戴辉(右)


华为多年多媒体系统经验,定义了芯片的产品规格


96年开始,华为不温不火地做了很多年的多媒体产品。本文涉及到的有两大类:


1、DVB数字电视平台(编解码器、加扰器、复用器、QAM调制器、SMS用户管理系统)以及机顶盒,主要服务于各地广电(有线电视)。DVB即数字视频广播(DigitalVideoBroadcasting)。 


2、IPTV系统以及机顶盒,服务于电信,目前是华为大视频战略的标志产品,占据市场领先份额。IPTV即交互式网络电视。 


2004年海思成立后,艾伟拉了软件公司数字娱乐产品线负责人张国新(现微纳研究院创始人)和分管Marketing的“隔壁老王”一起头脑风暴。要开发芯片,最重要的工作是定义芯片的规格(specification),据说来回讨论了一两个月才最终定下来。 


当然,要谈IPTV的机顶盒(set top box)芯片, 原因有三:


1、华为在IPTV上是端到端的全把控,终端自己配套。


2、客户是电信(网通),传统关系比较好,也比较集中。


3、市场刚启动,未来发展空间比较大。 


张国新和隔壁老王负责的IPTV产品线有一个观点:如果海思不规划做机顶盒芯片,那我们产品线也没有必要设计和制造IPTV的机顶盒硬件,不如去外面OEM或者购买华为终端公司的机顶盒好了。


当时最大的争论是要不要支持H.264高清(支持MEPGE 2和H.264标清没有异议)。H.264支持标清,在当时已经挺先进了,但是IPTV产品线提出了一个激进的要求:要更加超前支持H.264高清(在算法上不得不多做不少工作),否则芯片两三年后出来之日,可能就是落后之时!因为博通(Broadcom)和ST意法半导体的产品迭代速度很快。


老兵戴辉扒了一下资料。2005年11月的新闻报道提到:中国电信上海研究院总工程师严海宁等专门撰文称,“2003年5月发布的H.264标准则代表了目前最先进的视频编码技术,业界也一致认为H.264才是未来IPTV的发展方向。”


这颗芯片是刘千朋领衔研发的。


图注:左一刘千朋,左二隔壁老王


泪奔,海思的机顶盒芯片卖不出去!


看电视主要有三个技术:IPTV(电信和网通)、DVB(广电的有线电视)、OTT(互联网电视,如小米盒子)及在线视频。


电信的IPTV,广电的DVB,盒子类的OTT


中国在IPTV业务的实践、研发、标准化与国际保持同步甚至有所超前。


那些年,电信(网通)一直想进入被广电封死的视频直播和视频点播领域。电信与广电之间,斗争得如火如荼,相互砍对方光缆的事情也有所耳闻。


电信是后来者,技术更为先进,其IPTV率先实现了双向互动,可以回看,大家再也不用掐着点去追剧了,什么时候方便什么时候看。


用上IPTV,再也不用掐点追剧了


电信的IPTV经历了漫长的痛苦,终于冲破牌照限制,发展起来。三个老对手,华为、中兴、UT斯达康,在这片新市场上贴身肉搏,相互死掐。在黑龙江就发生过生死PK大剧。


IPTV对传输网络的性能要求很高,传输网络要大力改造!有意思的是:三家设备商的IPTV都不怎么赚钱,靠搭着卖网络设备和光传输设备来赚钱。


丁耘就说道:IPTV上少赚的钱,要在网络设备上赚回来!任正非说:我们要建太平洋一样宽阔的管道!


2006年,在全国就已经开了不少IPTV的实验局。电信的IPTV领域,华为是端到端控制的,配套机顶盒硬件是从外面OEM的,浏览器软件则必须是自己开发的才能连通业务,量很小。


2007年,在海思芯片出来之前,华为软件公司数字娱乐产品线与中国网通和北大高文院士合作,在大连部署了世界上第一个基于中国AVS标准的IPTV商用局。


海思的机顶盒芯片流片成功大概是2007年底。芯片还没有出来,海思就急吼吼出去找市场了。 


自家兄弟好说话。先去找华为终端公司的DVB(广电的数字电视)机顶盒当小白鼠,却发现此路不通。 


不同于IPTV,广电的DVB是完全解耦的离散市场,系统和机顶盒是拆开卖的。盒子竞争惨烈,付款还差,同洲电子报表上一度挂了好几个亿的应收款,活活被拖垮了。 


华为的DVB机顶盒定位高端市场(使用博通和ST芯片),在公司内的生存压力很大,不赚钱就会被砍掉,因此没有办法来试错。老兵戴辉在郭平先生领导的企业发展部工作的时候跟进过多媒体项目,负责人李云白和MKT王兆祥曾详细解释过个中原因。 


海思也曾找过业界其他大名鼎鼎的有线电视(DVB)机顶盒公司,如九州、长虹等。人家提要求时更是毫不含糊:一旦出了问题,华为要赔偿所有直接和间接损失,包括品牌损失和股价下跌的损失。 


没有人敢承诺这样的“卖司条款”,无论是何庭波还是艾伟。于是汇报到了海思的幕后老大徐直军那里。小徐看到条款如此苛刻,始终不敢签字! 


奇迹:广东电信拯救了革命


熬到2008年5月,奇迹出现了。有道是:山重水复疑无路,柳暗花明又一村! 


这个故事有点绕。It’s a long story。 


2008年,电信终于和广电扯清楚了,广东电信得以和广电体系的BesTV百视通合作开展IPTV业务。电信做管道,内容由广电系的百视通控制。双方分成,握手言和 。(后来又有反复,这里就不提了。) 


广东电信授予华为一个10万线的IPTV大单,并要求华为的机顶盒采用博通的芯片方案。IPTV是端到端耦合的,系统好说,盒子的供货却是个问题。谁不想用成熟的方案呢? 


广东电信要求紧急备货10万台机顶盒,并会根据自己的IPTV推广进度来要货及支付货款。 


尴尬的是,博通芯片供货期太长,按惯例需要16周。如果不能精确做好供货计划,是很难满足客户需求的。但是IPTV业务开展前期,用户量的需求预测也很不确定。 


火烧屁股。隔壁老王赶去北京和博通中国区老大交流,对方耸肩摊手,无可奈何。 


对项目的渴望与巨大的供货时间GAP的现实,沉重地压在华为IPTV产品线的身上。 


张国新随即赶到广东电信,提出:能否使用海思的方案?我们基于海思芯片的机顶盒已经测试完成,产品稳定,性能良好,可以马上提供测试! 


当时IPTV业务对于广东电信而言,也是箭在弦上不得不发,只能和华为一起,承担新芯片可能带来的风险。好在经过测试,海思机顶盒的整体性能与博通芯片机顶盒相差不大,甚至在散热与开机启动时间上还要更好一些。得到这个结果,无论是广东电信团队,还是华为团队,都大舒一口气! 


广东电信好不容易可以大规模开展IPTV了。戴辉另一位中山大学电子系同班同学宋超忙起了运营,戴辉作为早期用户还反馈了一堆建议。 


随后,在2008年8月的第十六届杭州ICTC 2008展上,海思现场发布并展示了业界最佳性价比全系列机顶盒(STB)芯片解决方案,包括:双向多功能DVB-C芯片Hi3110E(产品内部代号X5)、DVB/IPTV双模芯片Hi3560Q、经济型DVB-C芯片Hi3109。 


一方面,海思的机顶盒芯片和视频监控芯片一样,都是采用硬件解码,速度快。另一方面,其直奔机顶盒应用,所以个头大无所谓,可以将加工费用降下来。 


就这样,海思的机顶盒芯片终于通过与自己的IPTV系统配套,在广东电信首次实现了批量应用,10万片! 


这是0到1的突破! 


伴随着自家蓬勃发展的IPTV系统,海思芯片出了不少货。 


回忆往事,前后两任的华为软件公司数字娱乐产品线总裁张国新和隔壁老王都说:华为IPTV最大的成就其实不是它自己,而是成就了海思的机顶盒芯片和撑大了网络管道! 



海思的机顶盒芯片在分散的广电市场如何做大? 


中国的AVS标准在广电的有线电视体系获得广泛使用,海思很好地支持了这个标准。不同于电信IPTV,有线电视的市场非常分散。鼎盛时期,全国一共有数千家数字有线电视运营商,单单深圳就有天威、蛇口有线、南油有线、布吉有线、龙华有线等等。 


在广电的有线电视市场上,海思的机顶盒芯片上演了与联发科主导的“山寨手机”解决方案有异曲同工之妙的故事。


海思借鉴了IPTV产品线和终端公司DTV盒子的应用场景与开发经验,第一个做到了芯片和操作系统、浏览器(基于webkit)的紧耦合。 


海思的盒子在使用时,摸上去凉凉的,这是功耗低的最直接感受。开机速度也比其他芯片的盒子快40%。这些直观体验为华为加了不少分,在市场上用来围标,效果立竿见影。 


反观最大的对手博通,过去一直是使用MIPS CPU架构,转向Arm比较晚。上层的操作系统、中间件、浏览器还需要机顶盒公司自己来开发和适配,技术门槛很高。在功耗和开机时间上更是不占优势。 


采用海思方案的高清机顶盒电路板的价格在100元左右,对于厂家而言,技术门槛也降至非常低。因此,无数无孔不入的机顶盒小公司一夜之间成长了起来,八仙过海、各显神通抢客户。


网上扒的海思机顶盒方案


海思的“黑盒子”方案在无法与品牌机顶盒公司直接合作的情况下,采用发动广大野战军的做法,获得了成功。这与联发科当年服务众多“黑手机”厂家的策略如出一辙。 


终端公司李云白讲过一个有意思的事情:某地有线电视网络对机顶盒招标,居然要求8年保修!主流的品牌机顶盒公司(包括华为终端公司)都觉得荒谬,因为机顶盒本来就没有什么利润,承担8年保修成本太高,并且到时连器件也找不到了,不出意外所有品牌机全部丢单。(注:一般是提供2%的备机。) 


一个名不见经传的小公司中了标,用的是海思芯片交钥匙解决方案。这就有两种可能性:一是可能这个小公司有客户关系,根本不用承担八年的保修义务;另一可能是海思为了进入市场,迫不得已做出了“黑盒子”八年保修的承诺!具体真相如何,现在已经无从查起。 


还有人说起一个让人啼笑皆非的事情:海思给外面渠道的芯片价格,甚至低于给自家的IPTV产品线的价格! 


今天,海思已经成为国内机顶盒芯片领域的龙头老大了。华为终端公司自己的机顶盒也早早用上了自家的方案。 


现在的农村里,太阳下山后,老婆孩子热炕头,看自己喜欢的节目。小时候流动放电影的文化员已经失业了。 


一路艰辛,海思芯片也不可避免有BUG,华为在上面的OS层、中间件层、浏览器层来尽可能进行弥补。毕杰讲了一个悲伤的故事,他曾用海思的3716芯片来设计机顶盒,没有办法实现标称的1024的分辨率,只能调出800*600的分辨率,直接导致他做的这款产品没有成功。这个BUG后来解决了,但是与毕杰也没有关系了。 


 一花独放不是春 


中国的音视频芯片领域实现了群体突破。 


First Sunshine合伙人杨健说历史:中国的多媒体芯片,不能绕过悲情英雄“MP3之父”-珠海炬力创始人赵广明先生。炬力脱胎于台资芯片企业,汉世纪VC参与投资,在老赵的带领下夺得MP3芯片占有率第一,并在2005年于美国IPO。天妒英才,老赵06年因车祸离世。老炬力人创办的全志科技,抓住平板电脑的历史机遇,终于得以在A股IPO! 


湖南的国科微主攻卫星机顶盒芯片细分市场,并成功上市!现在正在固态硬盘控制器等领域发力。 


全志和瑞芯微也做机顶盒芯片。老兵戴辉知道的京华科讯桌面云也用瑞芯微的3188和3288两颗芯片做过很多ARM瘦客户机(类似机顶盒)。 


最近有所了解的开阳电子、深国科在汽车音视频芯片领域,也都获得了可喜的进展。 


结语:三十年河东,三十年河西 


朋友圈的资深芯片评论员捕头宋兵说到:“自己的蛋自己孵,自己的终端使用自己的芯片,给自己的芯片提供试错改进提升的机会;另一方面,也可促进自己的整机产品形成核心竞争力。这可能是中国芯片产业垂直整合的有效突破机会。”  


现在去业界了解海思,一方面大家感慨,海思的占有率已经很高了,客户挺多,这是民族的骄傲。另一方面,大家也说,海思逐渐做大了,不像以前那样反应迅速了。反而博通、ST意法半导体等一众西方巨头尽管在中国市场份额小了,但技术支持力度却变得更好了,有时比海思还要好!


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今天是《半导体行业观察》为您分享的第1756期内容,欢迎关注。


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