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为什么说芯片和文化都重要?

送交者: MKE[★★★声望勋衔14★★★] 于 2020-06-30 16:07 已读 61 次 2赞  

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为什么说芯片和文化都重要?




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前言


芯片与文化似乎是风马牛不相及的两个事物,其实不然。如果说芯片是信息网络之根基,那么,文化就是信息网络的花朵。美国对华为公司的技术打压和产品断供,让人们对芯片在信息网络和数字经济中的重要性有了清晰的认识,其战略地位已不容置疑。为了尽快突破“缺芯少魂”的困境,我国的举国体制开始发挥作用,资金、技术、人才、方案等开始闪亮登场。让人欣慰的是,最近好消息开始不断出现。例如,最近南京网络通讯与安全紫金山实验室在5G毫米波相控阵芯片方面取得重大突破,每通道成本由1000元降至20元。中兴公司设计的7nm芯片已规模量产并在全球5G中商用,5nm芯片也将进入市场。



需要明确的是,文化范围极为广泛,这里的文化主要是指与信息技术和信息网络密切相关的网络文化,尤其是视频文化,它们以数字内容的形式流动于互联网、移动互联网和卫星互联网之中,呈现于电脑、智能手机和智能电视之上。其实,信息网络中的很多芯片就是专门针对网络文化应用的,如视频、图形、游戏、AR、VR和3D处理器等。可见,芯片和文化不仅由信息网络紧密联系在一起,它们本身就水乳交融、相辅相成。强大的芯片支持高级的网络文化应用,新颖的网络文化应用不断推动芯片的升级和发展。总之,芯片与文化都重要。

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芯片比黑黄金昂贵


芯片是半导体集成电路的统称,它有模拟、数字和混合三大类型。传感器、运放等属于模拟集成电路。处理器、存储器等属于数字集成电路,而模数和数模转换器等属于混合集成电路。相对于离散半导体元件,集成电路的主要优势是高性能、低成本、小体积。


信息网络中比较有代表性的芯片是基带和射频芯片,它们也是移动互联网手机和卫星互联网终端中的关键部件。无线网络支持何种体制由基带芯片所决定,而支持何种频段则由射频芯片所决定。基带芯片主要完成信源编解码、信道编解码、调制解调等信号和协议处理功能,射频芯片主要完成变频、功放、滤波和天线开关等收发功能。



图1 手机基带和射频功能示意图


图片来源:“鲜枣课堂”微信公众号


基带芯片是智能手机和卫星终端中的核心部分,也是技术含量最高的部分。无论是4G的100Mbps网速、5G的10Gbps网速,还是4K的100Mbps-150Mbps码率、8K的400Mbps以上码率,都是建立在智能手机基带芯片处理能力之上。


实践中,手机厂商通常把射频芯片和基带芯片集成在一个芯片里面,物理上合一,统称为基带芯片。对于智能手机,除了基带芯片,还需要应用处理器、图形处理器和存储器,以支持高清视频、3D游戏等多媒体应用。现实中,它们都集成到统一的片上系统(SoC)之上,以实现最低的功耗、最小的尺寸。


芯片是一个技术门槛较高的行业,研发周期长、资金投入大、竞争激烈。这使得这个行业实行高度垂直分工,从芯片设计、制造、到封装和测试,每一个环节,都有专业的公司在负责。目前,芯片行主要有IDM(IntegratedDesign andManufacture)、Fabless和Foundry三种分工模式。IDM模式从芯片设计、制造到封装和测试通吃,这样的公司有英特尔、三星和德州仪器。Fabless(无工厂)模式只做芯片设计,如高通、华为海思、联发科等。Foundry(代工厂)模式只负责芯片代工生产,这类公司有台积电、格罗方德、联华电子、中芯国际等。



处理器是芯片中集成度较高、功能较强的一类。目前,绝大部分智能手机处理器都是基于英国ARM公司处理器构架和芯核设计的,华为、三星、高通等公司都是如此。ARM公司是全球领先的16/32位嵌入式RISC微处理器解决方案供应商,向全球各大领先电子公司提供高性能、低成本的RISC处理器、外观设计以及系统芯片技术授权。全球有大约95%的智能手机和平板电脑都采用了ARM构架,华为海思麒麟处理器也是如此。在芯片领域有两大架构,一是X86架构,用于笔记本电脑和服务器。X86架构基本不对外授权的,基于X86架构的处理器基本上被英特尔和AMD两家公司所垄断。二是ARM架构,主要用于智能手机。ARM架构对外授权,拥有众多的处理器品牌。基于ARM处理器架构的开放性,2019年华为海思开始将鲲鹏920用于服务器,而苹果也计划将ARM处理器用于笔记本电脑。这意味着,ARM处理器正在向笔记本电脑和服务器领域扩展,X86一家独大的局面将逐渐被打破。


作为现代科技的硬核,芯片的消费数量很大程度上体现了一个国家的科技和信息化水平。随着经济规模的不断扩大以及信息基础设施建设的不断推进,我国芯片消费需求越来越大。2018年,全球芯片销售总额为4784亿美元,折合人民币3.2万亿元。我国进口商品总额为14.09万亿元,进口石油总金额是为1.59万亿元,进口芯片金额近2.06万亿元,出口金额为0.56万亿元。由此可见,我国已成为全球最大的芯片消费市场,最大芯片出口国,同时也是最大芯片进口国。我国每年用于采购芯片的外汇已超过石油。石油号称是黑黄金,在信息和智能时代,芯片的科技含量和综合价值显然远高于黑黄金。


近年来,在国家政策支持和市场需求推动下,我国芯片产业整体实力显著提升,集成电路设计、制造能力与国际先进水平差距不断缩小,封装测试技术逐步接近国际先进水平。例如,华为掌握了5nm芯片设计技术并进入规模商用,中芯国际14nm芯片代工已经量产。2020年一季度,华为海思芯片销售额接近27亿美元,历史性地跻身世界十大半导体厂商之列,中芯国际也成为全球五大芯片代工企业。尽管如此,我国芯片产业仍然面临美国的打压和技术封锁,需要尽快摆脱在光刻机和设计软件等关键技术方面受制于人的不利局面。


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文化比脑黄金养人


网络文化是信息时代的产物,它体现了人类文化发展的新形态和新趋势。网络文化的信息形式表现为视频、音频、图片、图形、数据等,应用形式表现为电影、电视、广播、游戏、动画、网页、电子期刊、电子报纸、电子图书等,媒介载体主要为电脑、智能手机、智能电视。由于人们获得的信息主要来自视觉,因此网络文化中流量最大的是视频。美国思科公司的统计数据表明,到2022年,视频将占所有互联网流量的82%,将近一半的设备和连接都具备视频功能。视频是互联网、移动互联网和卫星互联网带宽增长的主要驱动力。5G增强移动宽带(eMBB)应用场景、高通量卫星(HTS)都是主要为了应对高清和超高清以及AR、VR、3D等视频应用需求而出现的。



由于处理器等芯片技术的巨大进步,智能手机已将电话机、电视机、计算机、收音机、游戏机、照相机、播放机、图书、报纸、期刊、网站、会议室、聊天室等功能集于一身。WiFi无线热点的广泛应用使得智能手机成为互联网和卫星互联网的间接终端。与电脑和智能电视相比,除了多媒体、个性化、即时性、交互性、协同性、开放性、草根性,智能手机还具有便携性和泛在性。智能手机信息处理功能的增强、屏幕的扩大,也模糊了它与平板电脑和笔记本电脑之间的边界,这使得它承载了更多的网络文化传播功能,因而获得报纸、杂志、电视、广播之后的“第五媒体”称号。


根据第45次《中国互联网络发展状况统计报告》统计数据,截至2020年3月,我国网民为9.04亿,手机网民为8.97亿。网络视频(含短视频)用户达8.50亿,占网民整体的94.1%。其中短视频用户为7.73亿,占网民整体的85.6%。网络音乐用户达6.35亿,占网民整体的70.3%;手机网络音乐用户达6.33亿,占手机网民的70.5%。网络游戏用户达5.32亿,占网民整体的58.9%;手机网络游戏用户达5.29亿,占手机网民的59.0%。网络文学用户达4.55亿,占网民整体的50.4%;手机网络文学用户达4.53亿,占手机网民的50.5%。网络直播用户达5.60亿,占网民整体的62.0%。其中,游戏直播用户为2.60亿,占网民整体的28.7%;真人秀直播的用户为2.07亿,占网民整体的22.9%;演唱会直播用户为1.50亿,占网民整体的16.6%;体育直播用户为2.13亿,占网民整体的23.5%。可见,网络文化已经深入人心。


我国网民使用手机上网的比例达99.3%,远高于电脑和智能电视。截止2019年底,在手机网民经常使用的各类App中,即时通信类App的使用时间最长,占比为14.8%;视频、短视频、音频、音乐和文学类应用的使用时长占比分列第二到六位,依次为13.9%、11.0%、9.0%、8.9%和7.2%。短视频应用使用时长占比同比增加2.8个百分点,增长明显。



图2 智能手机各类应用时长占比结构图


在短视频应用方面,近年来,脱颖而出的抖音通过签约网红、服务达人等商业模式,借助才艺、运动、美食、风景等内容,来创造自己的感染力、传播力,成功走上国际网络文化市场。2020年4月,抖音及海外版TikTok在全球AppStore和GooglePlay创造了7800万美元的营收(同比增长10倍),位列全球移动应用收入榜之首。在单月近5.5亿元人民币收入里面,美国市场贡献了8.2%。抖音以民间和娱乐的方式,在基于网络推广传统文化、讲好中国故事方面发挥独特的作用。


在网络视频应用方面,根据国家广播电视总局发布的《2018年全国广播电视行业统计公报》数据,2018年,我国IPTV用户数达1.54亿户,OTTTV用户数达4.20亿户(含非活跃用户)。新媒体业务收入467.76亿元,同比增长68.47%。其中,IPTV收入100.45亿元,同比增长48.57%;OTTTV收入46.96亿元,同比增长156.47%。截至2019年底,IPTV用户数达2.9亿户,OTT用户数达2.6亿户,有线电视用户2.12亿户,其中数字用户1.98亿户。可见,我国网络文化应用和产业正在迅速崛起。虽然目前其经济规模还有限,但增长潜力非常大。DigitalTV Research预测,到2024年,我国OTTTV等网络视频收入将增长到274.61亿美元,其中包含会员收入和广告收入。


由于网络视频等新媒体的冲击,全球有线电视、卫星直播电视的发展都受到不同程度的影响。其中,有线电视与IPTV、OTTTV的相似性更大,受到的冲击更为明显。2017年之后,我国有线电视用户数就一直在下滑。与此相反,面向农村和边远地区的直播星户户通工程启动以来,用户一直持续在增长。截止2020年5月底,全国户户通累计开通用户总数达1.2835亿户。除了向千家万户数十套标清电视和少量高清节目外,我国直播星平台还提供数十套广播节目分发以及边防哨所的内容推送、移动载体的移动广播、森林防火的信息预警、钻井平台公共广播、部分地区本地直播覆盖等多样化的服务,取得了巨大的社会效益。由于定位于公益事业,卫星网络的运作靠有限的财政费用支持,因此我国卫星直播电视的节目数目和服务品质还比较有限,与美国等发达国家的卫星直播电视常态化的区域覆盖、高清和超高清直播相去甚远。以美国为例,DirecTV和DishNetwork两家卫星直播电视运营商仅基于HTS的电视频道大达3000多套,合计用户数5000多万,收入500多亿美元。



表1 基于HTS的卫星直播电视平台


资源来源:欧洲咨询公司


与网络电视相比,卫星直播电视具有单向、线性广播的局限性,但是,在人口众多、地域广阔的我国,单层网络、广域覆盖、高效传递又是卫星直播电视的内在优势。假设平均每户4口人,我国直播星户户通就覆盖了5亿多农村和边远地区人口。丰富的节目内容、高品质的服务对于提高这个群体的知识水平和文化素质格外重要。而实现这个目标的有效方式是直播卫星电视的商业化运行,它可以实现公益服务和商业运营的统一。


在三网融合、信息网络天地一体化时代,互联网、移动互联网和卫星互联网都是网络文化内容的传输平台,电脑、智能手机和智能电视都是网络文化的传播媒介。文化的核心功能在于充实精神、丰富思想、改善心智、扩大视野,网络文化同样如此,而且效率更高。如果说脑黄金滋养的是生物大脑,那么网络文化滋养的则是精神大脑,它比脑黄金更养人。


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结语


缩小贫富差距,消除数字鸿沟,建设小康社会,实现共同致富,是我国现代化建设的主要目标。发展半导体芯片有利于信息基础设施建设和万物互联,发展网络文化有利于数字经济繁荣和智慧生活。芯片代表一个国家显性和刚性的硬实力,它的作用是立竿见影的;文化代表一个国家隐性和柔性的软实力,它的作用的是潜移默化的。短期内,芯片显得更为重要,它需要解决被卡脖子的现实问题。但长期来讲,文化则更重要,它关系到有多少人看到一个国家的电影、电视、戏剧、著作……网络文化可以且应当在其中大有作为。

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