智东西(公众号:zhidxcom)
文 | Kiva

2018年注定是智能手机行业发展史上最精彩的一年!

全面屏、AI芯片、多摄系统、3D结构光等一大波新技术浪潮全面席卷了整个智能手机产业。

今年中国头部手机厂商表现抢眼,在全球智能手机市场整体销量下滑之际,仍逆势保持着高速增长,其中华为和小米两家的市场份额增速惊人,二者第三季度出货量相比于去年同期分别增长了32.9%和21.2%。在刚刚过去的12月25日,华为宣布今年手机发货量超过2亿台,而这距华为宣布今年全球发货量超过1亿台,仅相隔5个月。

揭秘华为手机2亿出货量背后!8年前布下技术之根终于开花

“2亿”发货量已相当亮眼,除了数据方面,华为今年在技术领域的表现则更加让人震惊。今年上下半年华为分别以P20系列和Mate 20系列产品为重拳,在新兴技术领域攻城略地,各种新科技轮番上阵:徕卡三摄矩阵多焦影像系统、AI芯片麒麟980、自研3D结构光技术、液冷+石墨烯散热技术等,其中,徕卡三摄矩阵多焦影像系统与液冷+石墨烯散热技术更是华为在产品性能和用户体验上的创造性突破。

华为Mate 20系列的三款手机自发布以来,包揽了AI Benchmark跑分测评(由苏黎世联邦理工学院开发)的前三名,并且一直霸榜至今。

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在华为的带动下,整个智能手机行业的技术竞争维度也被进一步提升。于是,我们看到了在2018年手机厂商在AI拍照、全面屏、加速技术、多摄系统等方面你追我赶,即便是在2018年只剩下短短的几天时间也丝毫不停歇。

华为今年为何能有如此多的新技术爆发?带着这一疑问,智东西深入挖掘了华为手机8年的成长史后发现,华为今日的成绩并非靠运气,其技术的基因早已种下。数据显示,截至2017年底,华为累计获得专利授权74307件,其中90%以上专利为发明专利,近十年累计投入的研发费用超过人民币3940亿。

华为今年释放的每一项都是华为历经一年、两年、三年甚至十多年的研发,持续迭代精心打磨而成的。

一、2018年华为手机黑科技井喷式爆发

2018年堪称华为手机技术“小宇宙”爆发的一年。

今年,华为先后以P20和Mate 20系列产品为上下半年的核心产品,围绕多摄系统、AI芯片、3D结构光技术、图像处理加速技术、新散热技术、全面屏解决方案等几大重点领域连续重拳出击,招招击中智能手机在使用中的痛点问题。

1、首款7nm手机AI芯片——麒麟980

芯片是电子设备的核心元件这一,也是智能手机的大脑,在手机工作的每时每刻它都在不停地进行着计算。因此,芯片也决定着智能手机的性能和应用的想象空间。在端智能的行业趋势下,作为硬件支撑的AI芯片起着至关重要的作用,决定着终端算力的层次。

在手机芯片方面,手机厂商一直是弱势,除苹果、华为、三星有能力自研外,安卓阵营的大部分手机厂商还需要依赖芯片巨头高通。去年,华为海思推出了一代AI芯片麒麟970,业内首创在手机SoC芯片上采用独立的AI计算模块“NPU”设计,迈出了手机AI芯片领域的第一步。

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今年8月,华为又率先发布了新一代AI芯片——麒麟980,采用7nm工艺制程、双核“NPU”设计,尺寸为14mm*14mm仅比指甲盖稍大一点,在其上集成了69亿个晶体管(麒麟970的晶体管数为55亿),它还可与华为的巴龙5G01基带芯片匹配,为5G通讯做好准备。

芯片的研发异常艰难,从设计、流片再到量产,对技术的要求极高,稍有不慎流片就会报废,不得不重新再来。

在芯片的代工制造方面,7nm制程工艺更是将诸多玩家挡在门外,目前7nm制程只有台积电一家具备代工实力。即便是芯片设计巨头也为此头疼。英特尔的10nm芯片难产了好久终于宣布明年开始量产,三星的8nm芯片终于在喊了一年后面世,全球第二大芯片代工厂格罗方德(格芯)今年也直接宣布放弃7nm项目的研发,将人力资源转移到14/12nm项目上。

那么华为为何要死磕7nm芯片呢?

7nm芯片工艺虽难但其优势也更加明显,据台积电数据显示:使用7nm工艺的芯片和10nm相比,逻辑电路密度是原来的1.6倍,芯片性能可以提高20%,能效提高40%。

在麒麟980的发布会上,华为消费者业务CEO余承东说到,华为从2015年就开始投入7nm技术的相关研发,2016年开始进行麒麟980这款芯片的IP储备、2017年开始SoC工程验证、2018年开始量产,历时36个月,研发费用高达数亿美元。

在AI运算方面,麒麟980采用双核NPU设计,在AI运算方面带来了全面的提升,在视频检测、物体细节识别、物体分割三方面,麒麟980的运算更加精细也更加快速。

华为在Mate 20系列上首发麒麟980芯片,可以说让麒麟980的算力小宇宙全面爆发。在麒麟980的加持下,Mate 20系列的AI功能更加丰富,典型的应用如AI视频留色、卡路里识别、3D结构光解锁、个性化景深控制、GPU Turbo 2.0。

2、一揽子的安全隐私护盾解决方案

随着移动互联网和云服务的发展,智能手机增添了存储文件、支付等多种功能,手机用户对自身的人身、信息和财产的安全意识也越来越高。

时下每个智能手机厂商都在围绕“安全”提出相应的优化方案。大部分的厂商在安全领域布局比较分散,基本属于单点防护的形式,比如应用加密、照片加密,或是在手机SoC中加入相应的硬件模块等等。

不过,安全并不是一项两项技术方案就能解决,其贯穿着用户使用手机的全过程。

相比之下,华为在安全领域的思考更深入,已经构建起一套完善的安全技术体系,涉及硬件、软件、云服务等各个层次。

首先是在硬件方面。

据悉,在硬件产品质量安全方面,华为一贯严格执行QMS质量管理体系,从产品概念设计、开发到采购、制造、检测等环节执行一条龙的高标准管理。

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据了解,从Mate 10系列开始,华为手机就获得了德国莱茵TÜV安全认证(TÜV认证是产品在德国和欧洲销售的通行证)。今年Mate 20系列中搭载的40W超级快充同样获得了莱茵的安全认证。

为了保障用户的信息和财产安全,手机的解锁模式成为了第一道防线。指纹解锁目前是业内最为流行的模式,从后置到前置再到屏下指纹,指纹解锁模式在不断迭代中。

今年华为在Mate 20 Pro中增加了屏下指纹识别技术,相比上一代产品解锁速度提升30%。在Mate 20 Pro中,华为还首度加入了自研的3D结构光人脸识别技术,进一步保障手机信息的安全。

电子网络诈骗始终是移动互联网发展的一颗毒瘤,业内普遍采用核对数据库白名单的上层解决方案。华为手机则借助在华为通讯业务的优势,选择在自研的麒麟芯片的基带底层,对信号进行是否来自防伪基站进行判断和拦截,目前也只有华为手机有芯片级防4G伪基站技术。

在安全技术领域,除硬件外,软件的作用也不容小觑。

在系统层面上,苹果使用自家的iOS系统,其他手机厂商都采用安卓操作系统。然而,安卓系统的开放性则像是一把双刃剑,尤其对用户数据安全来说。所以,大部分的安卓手机厂商会在安卓系统的基础之上进行深度定制和优化。

今年华为将手机系统升级到EMUI9.0版本,在用户安全方面进行了大幅度提升。据了解,针对某些应用私自获取用户的信息、应用中无处不在的广告、用户日常交流中出现的恶意链接等用户躲避不及的问题,EMUI9.0会自动对恶意链接进行分析和屏蔽,让用户免于不良信息的打扰。

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在应用生态方面,华为联合TOP互联网厂商于2016年成立安卓绿色联盟,目的是为了解决由安卓系统的开放性、碎片化导致的应用兼容性、稳定性、安全性与整体感知等方面存在的诸多问题。今年7月该联盟还发布了《安卓绿色联盟应用体验标准2.0》。

除硬件和软件外,云服务已经成为用户数据存储和信息交互的通道,用户使用视频、音乐、阅读等相关软件,对通讯录、文件等重要资料进行云端备份等。因此,云服务是用户数据安全的一大重点。

华为云获得了七大权威云安全验证,是全球首个通过C-STAR云安全认证的厂商。据介绍,华为的消费者云服务从帐号认证、数据传输、数据存储三个环节九重防护保证用户的数据安全,整个过程如下:

在开启云服务前,华为向用户递交隐私保护协议,向用户详细呈现了华为如何收集使用以及保护用户的信息,其中对第三方链接产品、服务以及国际用户都做了细致的说明和安全承诺。

用户的数据产生后,被层层加密传输到云空间后,会被打散成若干小块文件重新排列,除了本人,任何人都无法查阅和读取用户云端存储的数据。

在云端,华为为每一位手机用户设立了个人密钥,对用户个人空间进行加密。在用户端,华为对用户的账号也设有保护措施,比如可以选择性开启云账号的各种权限。

据了解,华为终端云服务在全球有四大运维监控中心,分别位于深圳、南京、爱尔兰的都柏林、印度的班加罗尔。华为对用户数据有着非常严格的管理,比如俄罗斯的数据必须在俄罗斯国内,不能外传,以确保用户的信息和隐私安全。

3、打破双摄统治8年魔咒——三摄系统

拍照功能已经成为了智能手机的重要功能之一。世界上第一台配备摄像头的手机出现于2000年,直到2011年双摄系统才问世,从此便主导着智能手机市场。此后,在相机硬件系统方面,智能手机领域鲜有创新。今年3月双摄的魔咒终于被打破了。

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今年3月,华为推出主打变焦三摄功能的华为P20 Pro,在常规双摄之外,加入独立的长焦镜头。在麒麟970和华为自研的各种AI算法的加持下,华为P20 Pro可以实现从一倍到三倍的平滑变焦切换,突破传统双摄系统在远距离拍照上的痛点,为手机拍照增加了更多的玩法和趣味。

三摄系统创新之处并不是简单地把第三个传感器与镜头加到之前的双摄像头系统上,为了满足使用者中长短多种距离的拍摄需求,三个摄像头之间需要交互配合,这就需要在软件层面进行系统地设计。

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拿华为P20的三摄来说,4000万像素的主摄像头定制于索尼,其有一项特别的技术就是合并像素,可以通过算法将4个像素点组合成一个(Quad Bayer结构),所以主摄实际上输出的是1000万像素的图片。虽然主摄输出为1000万像素,但4000万像素的主摄规格在暗光或者夜晚拍摄时,可以大幅提升实际成像质量,还可以有效降低噪点、保留更多画面细节。

次镜头也即黑白镜头像素为2000万,这颗黑白摄像头拍摄信息可与主摄拍摄的信息通过算法进行融合,以黑白摄像头的记录信息来提升照片整体的细节锐度,从而达到最优的成像画质以及细节表现。

在常规双摄之外,加入独立的800万像素的长焦镜头,可实现3倍光学变焦,5倍混合变焦和10倍数码变焦。华为摄像头算法研发工程师曾告诉智东西:“图像的清晰度靠算法来实现。器件提供了一倍和三倍的成像,其余都靠算法来实现。”

变焦功能的实现,给硬件和算法都提供了难题。华为工程师对智东西说:“首先,最初采用的镜头厚度较大,在嵌入手机后,出现画质畸变的情况。所以,华为特地定制了特殊的薄镜头,不仅加大了成本,还给算法工作增添了难度。”

为了将图像的画质进一步提升,在软件方面,华为摄像机的算法工程师们还请了许多摄影界的专业人士,在他们研发的过程中进行摄影专业知识的培训,并且提出修改意见。

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▲DxOMark官网截图

三摄系统一经推出,就受到了海内外媒体和行业的热议。法国知名相机测评平台DxOMark对P20系列摄像头功能的评分,超越当时的所有手机,包括iPhone X、Google Pixel 2、三星Galaxy S9 Plus。该平台还称,这款手机为智能手机的摄像头装置设定了新的行业标准。随着后续三星、OPPO、联想相继推出三摄手机,这一断言也正逐渐被实现。

让人意想不到的是,在下半年发布的Mate 20系列上,华为没有继续沿用P20的三摄方案。这一次华为将科技和艺术完美进行了融合,推出保时捷“四眼车灯”式的新三摄方案,也叫矩阵多焦影像系统。全新的徕卡三摄矩阵多焦影像系统可实现超广角、超长焦拍摄,覆盖的焦段达到了16~270mm。

更厉害的是,在拍摄花瓣、树叶,甚至蝴蝶翅膀等一些细节丰富的事物方面,华为研发了超微距拍摄功能,可以将镜头拉近到2.5cm,清晰地看见物体的纹理与脉络。同时,Mate 20系列的广角拍摄,可等效16mm焦距广角,在P20 Pro上这一数字是27mm。这也使Mate 20系列可以实现最高达136度的广角拍摄,而人眼的视野广角仅为120度。

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此外,Mate 20系列中的三摄区别于P20 Pro引入了AI video的概念,把录影也带到了AI时代,开创了人像留色的新体验。

华为研发专家告诉智东西,华为在拍照领域,围绕对消费者体验的升级会持续进行突破和创新。多摄系统并不能简单地以摄像头的个数作为评价标准,这取决于技术与体验之间的平衡。

4、“很吓人的技术”——GPU Turbo图像处理加速技术

手游的兴起对智能手机图像处理速度和效果要求也越来越高。然而,由于安卓手机厂商采用的GPU较为多样化,游戏厂商对图像处理进行优化的难度较高,发热、掉帧、不稳定成为了用户在手游时的痛点。

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今年6月,华为推出了一项“很吓人的技术”——GPU turbo图像加速技术。

GPU Turbo通过打通EMUI操作系统以及GPU和CPU之间的处理瓶颈,在系统底层对传统的图像处理框架进行了重构,通过软件的优化发挥出芯片的性能。也使得GPU图像运算整体效率得到大幅提升,在画质、性能提升的同时,游戏体验更流畅,功耗也得到了下降。

举例来说,有时候不同帧之间并不需要100%重绘,可能只需重绘30%就足够。在使用GPU Turbo之后,只需要3-7ms就能重绘完一帧画面,不需要再和以前一样,等16.7ms完全重绘整个画面。一旦16.7ms没画完,下一帧就会显示不出,而这就是有时候画面卡顿的原因之一。

不久后的7月31日,华为在加速技术上再下一城,对游戏时CPU的调度问题进行了优化,推出了CPU Tubro技术。CPU Tubro技术通过后台智能清理的方式,让CPU维持高频运行。也就是说,CPU Turbo实际上是进行了两项工作,一个是清理后台,一个是锁定CPU的频率。

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几日前,华为的加速技术再添一员。12月10日荣耀宣布推出Link Turbo全网络聚合技术,通过智能链路分流和聚合模式让Wi-Fi和移动数据进行互补和配合,突破智能手机只能使用一种通信网络的局限。

举例来说,当用户进行手游或者观看直播时,该技术会根据当前网络质量状况,两路链接在Wi-Fi和蜂窝网络下同时收发数据,可以叠加两个网络的传输速度,理论速度可以达到两路网速相加的90%,在吞吐量跃升的同时,网络延迟问题也被控制在了较低水平。

在该项技术中,荣耀还自研了系统级多路链接协议MP-ATP。荣耀产品副总裁熊军民在发布会上表示,MP-ATP是系统级协议,未来当蜂窝网络升级到5G,MP-ATP依然可以发挥同样的作用。有业内人士认为,Link Turbo是5G应用的前驱,是华为在5G之路上的实验技术。

5、三年时间将诺奖材料塞进手机——VC液冷+石墨烯膜散热技术

手机在刚刚运行游戏时,CPU一直处在高频运行状态,随着使用时间的增长,芯片的温度业会随之升高,为了不让温度过高,CPU的自动保护机制就会开启,方式则是通过降低运转的频率来实现。然而一旦芯片降频,则又会对手机的性能和使用体验产生影响。

如何让CPU的频率稳定在较高的水平,来实现其性能的最大化?目前,业内公认的方式是解决散热问题,传统的结局方案包括石墨片、铝合金、铜架构散热等。然而,传统的散热技术已经不能满足用户对手游体验要求的不断增长。为此,华为今年在Mate系列中又加入了主打大屏体验的Mate 20 X,并创新地采用了VC液冷+石墨烯散热技术来解决散热问题。

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该方案将在手机内部建立起两大散热防线:第一道防线:在CPU体系上搭建了VC(Vapor Chamber)液冷系统,将热源的热量快速从热源芯片传出,并通过整机均温措施,避免局部热点的形成。第二道防线:以石墨烯膜替代传统的石墨作为散热材料,将手机产生的热量快速散发出去。

石墨烯有什么优势?石墨烯技术曾是2010年获得诺贝尔物理学奖的项目,而任何一项材料、技术想要从实验室走向规模化商业,还有非常多的硬骨头要啃。

2015年华为2012实验室开始启动这项技术的研究,目的就是致力于将石墨烯技术落地应用。直到今年华为在Mate 20系列上用上石墨膜散热架构,华为2012实验室已经在此深入研发了整整三年时间。

华为工程师曾告诉智东西,在整个研发的过程中,华为花了十几吨石墨烯原材料,搞了一年多的时间,才实现纳米材料均匀涂布,烧出高导热的石墨烯膜。由于石墨烯膜质地柔软,在切割的时候由于不易切断,会出现“藕断丝连”的情况,早期良率不到10%,但量产至少要达到良品率85%。为此华为几乎更换了所有的石墨烯膜生产设备,最终和合作伙伴一起克服了量产难关。

6、自研3D结构光技术——达金融级别安全标准

最近两年,智能手机的解锁方式有了很大改变。生物信息解锁因其更具特异性,成为了越来越流行的方式,比如人脸解锁、指纹解锁、虹膜解锁等。近年来又出现了安全等级更高的3D人脸解锁,其技术原理基于3D结构光技术。

目前,在智能手机领域只有苹果和华为具有自研的3D结构光技术。在Mate 20 Pro上,华为就集合了屏下指纹解锁和3D结构光人脸解锁,这两大时下最前沿的解锁方式。

在使用时,Mate 20 Pro上的3D结构光模组中的点阵投影器会向人脸投射出高达30000个面部信息点,从而绘制精准的3D面部结构,用于人脸信息的识别。据了解,华为的3D结构光技术已经达到支付级别的安全标准。

在识别速度上,Mate 20 Pro的人脸解锁时间小于0.6s,误识率小于等于百万分之一,而iPhone X的人脸解锁速度在1.04秒左右。

除了利用3D结构光进行人脸识别外,华为还围绕这一技术开发了多种应用,比如利用AI算法进行3D美颜、3D Qmoji表情、3D仿生成像等。

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Mate 20 Pro前置配备了3D深度感知摄像头,配合麒麟980的AI算法和算力支持,能够快速采集玩偶的外部特征,并根据AI算法实现玩偶的拟人化,可以实现奔跑、舞蹈等多种肢体动作。通过AR技术,3D仿生的玩偶还可以与实景进行结合。在发布会的现场,余承东就展示了与Mate 20 Pro生成的3D仿生熊猫玩偶一起现场合影。

在如今逐步数字化的时代,3D技术给了人们构建出一个虚拟世界的可能,成为了未来的一个重要发展趋势。华为研发专家对智东西表示,华为会持续在3D领域进行投入和研发。

7、屏下摄像头全面屏解决方案——搭载最小手机摄像头

今年在智能手机领域最火的词语就是“全面屏”,手机行业的全面屏大战相当激烈,很多厂商几乎被“全面屏”方案逼疯,各种方案频出,甚至有人翻出了早年滑盖手机的方案。临近年底诸厂商仍不停歇,连发大招,为明年的全面屏升级战预演。12月17日,华为发布主打年轻市场的产品nova 4,采用极点全面屏设计,再次对屏幕工艺极限发起挑战。

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华为nova 4极点全面屏设计是这样的:在屏幕内侧的左上方是一颗前置摄像头,采用了目前手机行业全球最小的前置摄像头(直径3.05mm),在不影响前置拍照效果和观感的情况下,将手机的屏占比提升到91.8%。

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最具震撼的是,华为nova 4采用的是“盲孔”技术。所谓“盲孔”的意思是指在LCD屏幕最下层的背光板上挖孔。而背光板破坏之后,液晶面板区域是无法显示的。因此,外部光线可以通过屏幕玻璃和液晶面板两层结构,最终到达摄像头。

为什么此前业内没有人选择这一方案,盲孔方案到底难在哪?

首先,盲孔的方案的孔径更小,华为nova 4的孔径就只有4.5mm,是目前世界上最小的手机屏幕开孔。这样的方案对于摄像头的保护、防尘防水性能更好,但是在技术和工艺上的挑战也极其巨大。

为了最大程度”隐藏”前置摄像头,还需要更小尺寸的摄像头。常规前置摄像头尺寸大约3.7mm。但华为的工程师们立志要将这个方案做到极致,至少领先行业2代。于是,300多位华为工程师,费了超过360天的心血,和摄像头供应商共同探讨方案进行研发,最终将前置摄像头直径缩小到了3.05mm,比行业普通的3.7mm减少了超过20%。

缩小摄像头尺寸难吗?难!这一方案的第一个难点在于,如何在不降低任何一点摄像头规格的前提下,将前置摄像头包括镜头、镜座、滤色片、CMOS、FPC等器件缩小尺寸塞到4.5mm直径孔内,还要考虑稳定结构。目前手机摄像头的规格都较为成熟,任何一个改动都将牵一发而动全身。

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除以上提到的几个技术竞争点外,其实今年华为还给行业带来了不少其他的技术兴奋点。比如Mate 20  Pro上的40W超级快充和反向充电功能,可以为搭载无线充电功能的手机、手表、手环充电;华为自研了NM卡(Nano Memory Card),采用了新的存储卡方案,比传统microSD卡小45%等。

2018年对华为手机来说具有极其重要的战略意义。华为之所以能在2018年突破2亿发货量大关,与其今年在站稳高端市场后,高速释放黑技术密切相关。“冰冻三尺非一日之寒,滴水石穿非一日之功 ”。如今站在聚光灯下的华为,这一路走来并不顺利。

二、华为技术基因早已种下

在华为百花齐放的新产品与新技术的背后,是华为20年间对于研发创新的不断投入。自从华为创始人任正非在1996年定下“每年销售额10%作为研发费用,只许花完,不准结余”的规矩后,“创新”已经逐渐融进了华为的DNA里。

除了20年来对技术与创新的持续研发投入,贯穿华为上下的“专啃硬骨头”的工程师文化、以及多年来持续在关键技术上进行“饱和攻击”的集中投入,都承载在华为从上至下协调统一的研发体系与研发步调之上,在20年间逐渐筑起华为技术长城。

而华为智能手机业务的改变和转型,则要从2011年说起。2011年是国产手机市场的一个分水岭,也正是从这一年开始,华为在余承东的带领下,开启了自有品牌建立之路,也深深地种下了华为智能手机技术研发的基因。

余承东接手华为手机业务后,给华为制定了七条重要调整战略。余承东在2012年曾在微博中公开了这七条战略。

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▲余承东为华为消费者业务制定的七条战略

其中的2、4、6、7四条为华为深刻地埋下了重技术的基因。

第2条从低端产品向高端提升战略,让华为下定决心在核心技术上进行研发,也正因如此华为开始发明无数的专利。

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今年4月26日世界知识产权日当天,华为官方发布了一条消息称截止到2017年12月31日,华为累计获得专利授权74307件,申请中国专利64091件,申请外国专利48758件。

第4条战略启用华为海思处理器,站在今年来看,这项战略可以说是奠定了华为在智能手机行业头部地位的实力基础,同时也构建起华为的核心技术壁垒。当时华为作出了区别于其他主流高端手机厂商采用高通骁龙芯片的决定,让自身的特色和差异化更加突显。

处理器是电子设备技术最核心同时也是最难的部分,小小的芯片不仅涉及物理化等基础理论,还涉及人类上百年来积累的光学、机械、化工技术与工艺积累。它的技术工艺相当复杂,包含电路设计、制造、封装三个关键阶段,其中电路设计是最难的部分。

此外,对于量产来说,芯片设计需要产品迭代,这期间需要持续不断地投入,但国内很少有企业可以承担这笔巨额的学习费用。小米创始人雷军就曾说过,“芯片行业10亿起步,10年结果。”因此,芯片研制出来,至少要卖几千万件才能收回成本。

当年余承东毅然决然下定决心采用自研芯片设计,可以说相当有魄力。在这8年时间里,华为的芯片也在不断迭代的过程中,逐渐追赶上来,在AI芯片领域构建起自己的护城河。

第6条启用用户体验UI设计战略,这条战略让华为真正从用户的体验出发进行手机的交互设计。要知道在2011年以前,华为手机自有品牌还没有建立,走的是运营商渠道,与用户接触较少。用户体验UI设计战略也拉近了华为工程师们和手机用户之间的距离。

第7条战略确立硬件世界第一目标,在这条战略的影响下,华为开始通过创造规模优势,建立手机或者说硬件业务的护城河,这一目标也激励华为在技术领域持续创新。2011年余承东制定这一战略时,智能手机行业也刚结束运营商时代,行业的演进方向并不明朗。

余承东当时作为华为消费者业务的负责人,为华为消费者业务明确了方向,这一决定站在今天来看是非常具有预见性的。正因如此,华为开始了在技术领域多点布局,方向涉及芯片、通讯、电池、算法等诸多领域,即便是快充这些细微领域也不放过。而后华为在这些领域的持续研发投入更是全力推动华为向着“硬件世界第一目标”前进。

这几条战略可以说奠定了华为手机的技术基因,而随后的持续不断的研发投入则更加重要。华为本就以通讯技术起家,骨子里就存在着重技术的基因。在明确目标后,华为手机在研发上的投入上更是下了血本。

时间给了华为答案,一切都是值得的。

目前,华为已经建立起相当完善和坚固的研发体系:两大战略“司令部”,十四个“烽火台”遍布全球。

首先在研发架构方面,华为的集团层面有战略规划(Strategy Planning,SP)和业务计划(Business Planning,BP)两大团队,负责公司的整体研发策略步伐,往下各个产品线、子产品线、产品族和职能部门也都有SP和BP,保证公司上下的方向一致、节奏一致。

而在具体领域选择方面,华为战略与发展委员会(SDC)决定了华为集团层面的投资决策,决定华为是否要进军某个领域、选择某种商业模式等。在技术领域,则由华为最高的技术管理团队集成技术管理团队(ITMT)决定要进军哪些技术领域,投资哪些技术产品等。

除了深圳总部之外的研究所方面,目前华为在中国、法国、美国、日本、印度等地区设立了14个研发中心、36个联合创新中心、以及45个培训中心,每一个中心都根据当地科学家和人才最擅长的领域设立研究项目——比如欧洲是通讯技术发源地、美国是科技创新“idea”的集中生产地等。

这些研发中心将对接华为内部不同业务群组的不同需求,围绕产品设计、软件开发、前沿材料、摄像技术等各个领域开展研究。而且,这些研发中心也充当了“烽火台”的作用,既能招揽当地人才,又能实时与当地科研人员探讨前沿技术研发情况。

在这些研发中心中,有12个专注于智能手机产品研究的“烽火台”,分布如下(智东西整理制图):

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此外,华为还有一个著名的实验室——2012实验室,该实验室引入了各领域的顶尖人才,主要的研究方向是未来5-10年的行业技术发展方向。2012实验室旗下有近百个不同实验室,比如诺亚方舟实验室、香农实验室等,分别专注于大数据、机器学习、人工智能方面等前沿技术的探索,华为的不少“黑科技”都是来自于这个实验室,比如GPU Turbo技术就是2012实验室持续5年的自主研发成果。

三、未来三年智能手机技术竞争趋势显现

智能手机行业本就有“三年河东,三年河西”之势,对于未来三年的智能手机行业竞争,目前在业内也初露端倪。

从目前行业趋势来看,智能手机行业未来三年将会主要集中在AI加持的新一代手机芯片、5G为核心的下一代通讯技术、全面屏主导的硬件定义和设计、多镜头及结构光景深摄像头的硬件定义和算法调教、系统级的AI功能和软件生态这五项能力上。

1、手机AI芯片竞争更加胶着

手机芯片上集合着CPU、GPU、DSP、通信模块等模块,是实现其他功能的硬件基础,也是智能手机中高低档划分的重要指标。随着AI技术逐步落地到智能终端上,AI加持的新一代手机芯片成为了智能手机市场竞争的焦点。

智东西基于过去一年对AI芯片行业持续的跟踪报道和产业链广泛的调研发现,以手机芯片为代表的终端AI芯片正呈现五大典型发展趋势:多核心多单元架构升级、芯片工艺制程升级、系统级的AI优化、AI应用生态建设、AI计算实时处理体验进化。(决定未来的手机AI芯片五大趋势,华为苹果率先起跑)

这五大趋势不仅是华为、苹果们的发力点,也将大幅度升级AI芯片加持下的移动终端体验,将很大程度上影响未来智能手机江湖市场格局。

智能手机市场排名前三的厂商三星、苹果、华为都选择了自研芯片,已经摆脱技术研发受制于人的局面。其中,华为在这几个方面相对于其他玩家来说,建设得更为完善。而安卓阵营的OPPO、vivo和小米等众多智能手机厂商在芯片方面的故事比较单薄,其前沿科技的研发则还要等芯片提供方高通、联发科先在芯片领域解决计算力需求。

虽然,手机AI芯片的研发仅集中在几个实力较强的企业上,但随着产品的继续迭代,手机AI芯片的竞争将更加胶着。

在芯片制程方面,华为尚未公布下一阶段的进展。此前,余承东曾表示,7nm芯片麒麟980从最初的研发、IP储备,到最终的商业化量产,华为用了36个月的时间。由此推算,华为的新一代麒麟芯片也早已在研发进程中。

今年12月,台积电总裁魏哲家在台积电供应链管理论坛上表示,对于5nm制程台南18厂已陆续装机中,明年第2季开始风险试产,后年开始量产。而华为与芯片代工厂台积电一直以来都在紧密合作。

2、5G技术成为手机下一阶段竞争入场券

5G技术的竞争将决定着手机厂商能否在下一个5年实现突围,目前手机厂商都在奋力争夺5G时代的优先入场票。尽管日前3GPP宣布将5G网络的R15标准的第三阶段和后续阶段将推迟到2019年的3月,但目前仍是5G快速布局的关键时间。

智能手机通信能力的强弱,很大程度上依赖于基带芯片的提供方。基带芯片奠定了手机通讯能力的基础,目前该技术掌握在少数几个核心上游通信设备上手中,如高通、华为、三星、联发科、展讯五家。

手机厂商方面,安卓手机厂商则是通过与芯片巨头高通进行合作,比如将毫米波天线阵列整合到手机中、整机无线空口量测和终端样机测试等工作,做好5G技术在手机上的应用准备。苹果方面,虽然早在2014年便加入NGMN联盟,目前手中也掌握了几项专利,但难与高通、华为这些专利巨鳄动辄几万件的专利相提并论。今年苹果几度被爆出将放弃和英特尔合作自研5G芯片,然而当下5G时代就差临门一脚,苹果也不得不选择了与英特尔合作,保住进入5G时代的第一波入场票。

华为则在5G标准、通讯技术、芯片技术上具有全方位优势。华为的麒麟980芯片就为5G做好了准备,可以和巴龙5000基带芯片匹配,打造一套“5G Ready”方案,可以支持运营商的5G外场测试和友好用户商用测试——这几乎是5G大规模部署商用前的最后一关重要“验收环节”。

在5G技术方面,华为作为通讯设备提供商和服务商,在全球处于领导位置,据全球权威咨询与服务机构Gartner今年7月发布的报告《市场份额分析:2017年全球电信运营商运营技术》显示,华为连续第三年在电信运营商运营技术(CSP Operational Technology,简称OT)市场持续增长且市场份额排名第一,占全球OT市场163亿美金销售收入的13%,被评为OT软件市场领先者。

在5G技术的技术标准、专利申请、设备供应占有率、协议支持等方面,华为都有着强大的优势。

华为研发的F-OFDM已经成为全球统一的5G的混合新波形技术标准,华为提出的Polar Code(极化码)也成为了5G控制信道的编码方案,是中国通信史上的第一次。专利方面,华为持有61项5G标准专利,全球占比22.93%,超过三星排名第一。

设备方面,5G设备包括基站设备和光通讯设备,华为是全球第一大设备供应商,基站设备全球市场占有率约30%~35%、光通讯设备全球市场占有率约40%~45%。

协议方面,为了实现“万物互联”,5G需要接入IPv6协议。华为是国际IPv6标准的制定者,其IPv6设备及解决方案为全球最大的IPv6网络CNGI中提供了超过70%的网络设备,截止目前已稳定运行6年。

而在5G方面,在Mate 20系列发布后的采访中,余承东对智东西在内的众媒体表示,华为的5G手机可能会在2019年年中发布,亮点不仅于此,华为的5G手机将会是一款折叠屏手机。

近日,有外媒曝光华为新款折叠屏手机图片,这款新机搭配了3个屏幕,折叠屏幕厚度7.5mm,打开后屏幕厚度3.75mm。虽然,这一信息还未得到华为方面证实,但可以肯定的是在折叠屏领域,华为明年会大发力。

3、全面屏将诞生新方案

未来一段时间,拍照和屏幕领域仍将是智能手机争夺的关键点。全面屏并不是横空出世的全新概念,而是窄边框这一设计理念达到极致的必然结果。窄边框、高屏占比可以实现更好的显示效果,所以窄边框一直是手机外观创新的重点。

然而,实现全面屏并不是换一块更大的显示面板那么简单。对于屏厂来说,更换不同屏幕比例以及异性屏幕的切割都需要对生产线进行重新排线和调整。而如果追求更极致的全面屏,那么屏幕封装工艺也是一个技术难点,也就是小米等手机厂商常常被诟病的“大下巴”问题。

苹果iPhone之所以能做到极窄的“下巴”则是采用了COP(Chip on Plastic)封装工艺。罗永浩曾说过,COP封装工艺对手机厂商来说并不难,重点则在于成本太高,而国内手机产品的品牌溢价远远达不到苹果的程度,也就不会选择这一方案。

在前置摄像头设计方面,今年整个行业出现了非常丰富的方案,甚至有厂商翻出了早年滑盖手机的设计图。

今年年末,华为推出“盲孔”的屏下摄像头方案,为了追求极致将摄像头的尺寸缩减了20%。在华为的带动下,全面屏的屏下摄像头方案争夺已经拉开了序幕。业内研究人士还曾告诉智东西,厂商已经开始研发前置针孔相机的全面屏方案。

目前看来,全面屏的设计方案还未明显集中到一两个统一的方案上,全面屏大战仍将继续。

4、算法调教拉开图像处理差距

目前,智能手机厂商在拍照能力的各个细节上都在竞争,如光学镜头差异化、多镜头定义以及ISP(图像信号处理单元)和图像处理算法调教。近期,结构光景深摄像头也成为了业内布局的新技术趋势,苹果、华为、OPPO、小米都推出了搭载3D结构光模块的手机产品。

在硬件方面,中高端的智能手机的CMOS成像元件都以索尼为主。在光学镜头本身上,华为和徕卡进行合作,从P9开始采用徕卡的光学技术。三星可以做到F1.5的大光圈,如在S9+和Note 10上等。Ov则在形态上做了很多方案,推出了上下滑盖、左右旋转镜头如OPPO N1等。

华为今年首开三摄先例,使多摄系统成为了业内的一个新的演进方向,随后三星、OPPO、联想也都纷纷推出了三摄产品。而从目前业内的情况来看,明年三摄会成为业内的一个趋势,小米也被传明年会推出三摄产品。

在摄像头硬件方面,手机行业整体趋势在向着专业摄像机靠近,其中光学变焦技术的加入有望成为行业的一个风向。近日,有消息爆料华为将在2019年发布一款后置四镜头+十倍光学变焦的旗舰手机,OPPO近日也宣布将发布10倍混合光学变焦技术。

除了硬件向着专业相机靠近外,图像处理算法才是最终拉开差距的真正原因,算法也考验着手机厂商的功力,决定着手机拍照性能的档次,仍将是下一阶段的行业重点。

5、软件应用进入AI功能生态比拼阶段

AI技术已经全面渗入到智能手机中,在AI芯片等硬件之上,系统级AI功能和软件生态更是厂商们布局的重点领域,“得开发者才能得天下”说的就是AI生态的重要性。

目前,手机厂商中苹果和华为的生态建立较为完善,安卓阵营的手机厂商的AI生态尚不完善,还有相当长的路要走。

2017年苹果推出了Core ML新型机器学习框架,让开发者更方便地将机器学习技术整合到自己的App中,并支持所有主要的神经网络,如DNN、RNN、CNN等,开发者可以把训练完成的机器学习模型封装进App之中。

华为方面则以HiAI平台(全称HiAI移动计算平台)为核心,向不同能力需求的第三方开发者提供人工智能计算库及其API,使其更容易编写移动设备上的AI应用。对于普通APP开发者来说,HiAI可提供已经封装好的语音识别、图像识别等技术,开发者们不需要自己做基础AI研发,直接可以调用HiAI中封装好的AI技术直接应用。

AI技术目前在手机应用上的渗透率仅为10%,未来三年,AI技术将进一步渗透到手机行业,其中需要众多开发者一起开发有趣的应用。因此,对于手机厂商来说,围绕AI构建起软件应用生态至关重要。

今年6月,在华为终端·全球合作伙伴及开发者大会上,华为就宣布面向开发者全面开放“芯-端-云”能力框架,同时宣布砸10亿元补贴开发者,通过耀星计划、DigiX创新工作室加速终端应用和场景化内容开发。在昨天OPPO开发者大会上,OPPO也宣布投入10亿元用于扶持开发者并推出“引力计划”。

相信未来三年,以AI技术为核心的终端应用将持续爆发,成为智能手机行业一个竞争重点。

结语:创新是移动终端发展的动力

八年前,余承东接手华为消费者业务,并明确了七大战略方向,其中在技术领域的押宝,为华为深深地埋下了重技术的基因。如今,华为的技术已经全面开花,果实累累。今年,华为在技术领域的爆发以及发货量突破2亿大关,更加证实了华为押宝技术研发是极为正确的路线。

不过,行业的竞争是无止境的,智能手机行业的技术竞赛仍没有结束。尤其当下整个行业正在AI、5G等新兴技术的冲击下,智能手机产业对于技术的渴求更加热烈,这种技术创新在产业链上下已经形成了共鸣。虽然,目前华为处于这场技术竞赛的领跑位置,但想要持续地领跑还需要持续不断的创新,后劲至关重要,想必向来以研发能力著称的华为也已做好了准备。

跳出时间的束缚,从长远来看,移动终端的创新总是充满想象力的,未来各种颠覆性体验将会层出不穷。能在行业中持续领跑的企业,需要长期、坚持不懈地在技术领域深入探索,来迎接行业发展的变数。