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支撑我们取得“百年未有之大变局”的技术到底是什么呢?

EDA365 2020-06-05 10:52 次阅读

中国正处在一个高速发展时期,我们这一代人(70后)是比较幸运的,见证了中国改革开放40年的发展历程;见证了我们中国的GDP从占美国的5%到今天的60%;也见证了互联网是如何从0开始改造我们生活的。

同时,我们正在经历第二个世界发展浪潮——技术浪潮,我们正在见证AI是如何改造我们这个社会和生活的。

过去20年,互联网改造了一切。未来20年,AI一定会改造一切。

我们是其中的见证者,而80后、90后一定会亲身参与到浪潮之中去并且见证“百年未有之大变局”,这是什么意思呢?就是把整个世界变成一个G2的世界,即中美国的世界。

从技术上来讲,过去二十年在很多领域中,中国都是从跟随到超越的,特别是把美国的一些东西复制过来,互联网领域尤为明显。而现在有些地方已经转变过来,是别人向我们学习,比如微信、移动支付等等,虽然西方国家在信息安全、网络安全方面仍有一些技术和非技术性的顾虑,但移动支付在欧洲大部分地区已经开始全面向中国学习。

其他领域的案例也很多,比如高铁领域中,欧洲的欧洲之星与日本的新干线我都坐过很多回,以前我还是非常羡慕他们的,感觉又快又舒适。现如今,中国高铁已经超越了他们,特别是复兴号,不管是从轨道、车辆还是高铁站,在技术指标、用户体验等方面都领先于世界。

通过高铁这个例子可以看出,赶超世界先进水平的过程,也是一个学习,借鉴,超越的过程,这样的例子还有很多。

像我们建地铁用的盾构机,从德国进口的盾构机一台就两个亿,而现在我们反倒可以出口了,莫斯科的地铁用的就是我们的盾构机;再比如以前装30万吨集装箱的远洋货轮是韩国、荷兰等国家领先世界,但现在中国已经占全球40%的制造量。在类似的大工程领域中,还有像两万多吨的海洋钻井平台,中国也是走了一个学习、借鉴、超越的过程。

再看我最熟悉的通信行业,因为我是亲身的见证者、参与者。

1996年,我进入华为,当时华为在通信领域是比较落后的。2G时代,市场上只有美国和欧洲公司,中国公司才刚刚进入,没有任何市场份额,到3G的时候,市场上就有中国公司的影子了。到4G的时候,中国公司已经成为通信市场中的重要玩家。

再看如今的5G,我们已经主导了发展方向和节奏。这背后离不开技术的进步、产业生态的完善,离不开中国电子硬件工程师的努力!

支撑我们取得“百年未有之大变局”的技术到底是什么呢?

讲一个故事。

2019年,阿里双十一当天的销售额达2648亿元,这么大的交易量,以前是用IBM的小型机做背后的运行系统,数据库用Oracle的,存储器EMC的...主要就是靠这三大家的技术来支撑双十一海量交易。

但是后来,阿里做了一件大胆的事,接入系统用阿里云,交易系统还是用IBM的小型机。到了2019年,从接入到事务处理到支付,全部使用的是阿里云自己的系统,这就是中国的软件工程师对世界和产业作出的贡献。

那我们硬件工程师又能在哪些方面作出自己的贡献呢?

要知道硬件与软件是有一定差别的。硬件有很多独特性,首先,硬件产品除了设计还要考虑制造的问题。而软件比较简单,代码写好,只要设计正确,运行起来就没有多大问题。

所以说,硬件面临的挑战更多。

首先,硬件产品做出来后,采购的物料批次、生产线的工艺、生产线工人的情绪变化都会对产品造成一定影响。我们不能仅仅只看到器件、逻辑、信号,还要考虑采购、不同供应商的物料差异,还要考虑防呆设计,在装配时避免制造错误等等,要考虑的问题和挑战非常多。

其次,硬件产业对经验的要求非常多,通常软件工程师到了35岁就会感到焦虑,而硬件工程师是头发越白越值钱。有很多硬件问题,一个团队花很多精力去钻研可能很久都没有结果,但是你找个有经验的人,他可能一眼就能给指出问题的关键所在并给出解决方案。所以硬件工程师就像医生一样,越老越值钱。

这也给我们硬件研发管理带来了挑战,就是我们加大投入有时却不一定能解决问题,软件可以一个人不行上两个人,两个不行上十个,最终总会攻克的。硬件不可以,需要有知识的沉淀、经验的积累、共享部件、共享物料、共享电路的规划管理,以及人才队伍的积累和管理。

第三,硬件需要的技术类别非常多,比如供应商给了我们一些设计DEMO等等,我们要做的是高速信号设计、三源(电源/晶源/光源)、热设计、EMC/EMI的问题,容差容限的问题、不同供应商的物料器件的差异性分析等等。大量的技术经验和知识储备才能支撑我们做一个好的硬件,这是我们工程师也是硬件管理者的挑战。

第四,我们做一款硬件产品需要很多角色参与,所以开发流程比较复杂。一个硬件工程师不能解决所有问题,你可能说我既能做原理设计也能做PCB设计,但是你对EMC或者电源的理解可能又差一些,接口设计、安规防护这些你难道也精通吗?所以不论公司大小,硬件开发一定是多角色多人群的协同,在流程、工作结构、工作边界等方面非常复杂。

硬件开发的周期也比较刚性,产品设计制造出来后,我们要调试、测试、老化、做加速实验、环境试验等等,这些过程都需要时间且无法加速。同时,硬件开发团队的规模也没有软件团队大,如果一个公司有一万人的研发队伍,可能有八千五百人搞软件,一千五百人搞硬件,但是这一千五百人的技术种类非常多,接口非常复杂,管理复杂度是非常高。

综上所述,我们面临的挑战还是非常多的。

目前的硬件行业有那些趋势呢?

第一,水平分工趋势。

以手机行业为例,掌握全球器件供应最多的市场份额就是高通、京东方等几大家企业;OEM/ODM这一块的供应商,如富士康、BYD等等,他们在做批量化的制造以及标准化的设计;在往上就是一些手机公司,如苹果、华为、小米等,他们做好需求分析、产品设计和市场营销;再往上就是一些具体应用,如微信、支付宝等等。

从此可以看出,整个手机行业都是水平分工的,其他行业也是如此,背后的驱动力是专业化的效率和成本。我们硬件开发领域也是如此,不会把所有的东西都自己做了,比如SMT设备对很多小公司来说一定是社会化的,对大公司来讲大部分也是社会化的,产能一百万部的话自己最多负责十万部或者二十万部,剩下可能都是社会其他资源生产的。这就是水平分工的趋势,我们硬件的研发和设计也应该适应于这个趋势。

第二,研发从封闭走向开放

过去我们什么都自己做,但是现在,在计算机领域,我们用开源的平台来做设计;通信行业领域,利用如ATCA平台来做产品;底层软件领域,也是基于公用的底层框架来做BSP;另外在制造领域,也是EMS来主导。

这意味着我们做硬件设计的时候需要考虑社会化的分工。因为我们做硬件设计,肯定不是从零开始,一定是基于解决方案、供应商参考设计、行业标准框架来设计。同时我们在做工程设计的时候,一定不仅仅基于我们自己的生产线来设计,还要基于我们EMS供应商的生产能力来做设计。

第三,硬件正在芯片化、软件化

作为一个硬件工程师,如果不懂EPLD、FPGA,那么他一定是跟不上时代的,他的设计也一定是复杂且不灵活的,不能响应未来动态需求变化的。比如电视机,原来里面只有一块很大的板子,后变成了三块芯片,现在只剩一块芯片了,功能大大增加的同时内部设计却越来越简洁。

另外,我们的设计要应对未来多用户、多场景的需求,以及客户需求的变化。所以我们有很多东西要软件化,比如高频的无线电都是SDR,用软件定义;华为的4G、5G产品也都是软件定义的,基带处理是DSP、中频处理是高速AD/DA,这些都是用软件定义而非用电路搭出来的,否则是无法快速响应特性升级的,很多行业都是如此。

根据以上三个趋势,硬件工程师就可以认识到掌握可编程器件的能力的重要性。

面对硬件行业的三个大趋势,我们如何应对呢?

没有别的,水平分工!

现在有很多公司会想“我的原理图开发与PCB设计是不是一个人做更好?”

但根据我们的经验来看,专业化的分工才可以做的更好!比如说射频的电路、互连布线、CAD设计等,理论上射频工程师自己做应该更好,但是在华为仍然是需要水平分工的,所以产品一直较为领先。

水平分工是所有行业的大势所趋,比如在印刷行业中,印刷与装订是分离的,半导体行业更是如此,这个趋势下的互连设计、EDA设计一定是专业化的。通过对多家硬件企业的调查,我们发现做专业化分工确实带来开发周期的缩短,人均产出也有明显增幅。

当然,水平分工也存在一定问题。

如信息安全和知识产权的问题,当我们把产品外包出去做互连设计、高速信号优化,实验等等,这个时候产品的信息可能就会流失。虽然我们会签一些合同或保密协议,但是在从目前业内的情况来看还是不够的。

一般来说,避免此类问题可以通过两件事解决。

第一就是分块。比如说上图中的产品有一块基板,还有一些电路和模块,我们可以把他们拆开,分别交给几个供应商去做,信息安全在一定程度上就可以保证了。

第二就是分段。以上图产品为例,整体的架构一定要自己做,这样才能构建自身的差异化、独特的竞争力。与此同时还有大量接口板,种类非常多,这部分就可以外包,交给别人去做。

另外一个就是要把硬件软件化。比如说我们会把硬件外包做一些CAD设计和试验等等,但是我的软件会做芯片化,做一个专用芯片的成本很高,但是现在可以用Hard Copy、eASIC避开复杂的后端设计,这样成本就很低了,因为芯片是公司独有的,所以别人抄不走。还有就是可以用FPGA,因为运行逻辑是在FPGA代码上,所以抄过去也没有用。

通过以上方法,我们就能尽可能的避免水平分工之后的信息安全和知识产权泄露问题。

最后,对硬件开发提一点建议。

第一,我们的开发一定要是开放的,联合的——不为所有,但为所用!

我们不但要与供应商深度合作,还要与社会化的资源加深合作,因为现在国内已经有很多分工明确的专业公司,比如CAD互连公司、高速信号公司、热仿真公司等等,千万不要完全自己去做,因为我们很难面面俱到,什么都做的特别专业。依托专业的公司,至少可以具备三大优势:第一,可以解决问题;第二,效率高;第三,成本低。

第二,我们的人才结构应该是一个正三角形,这样成本比较低。当遇到难题就及时找业界顶级专家通过合作的方式解决。

最后,在硬件开发公司的排兵布阵上建议大家用上图微矩阵的形式来开展工作,既有专业化,又有责任主体。比如一个项目组有三个人,这三个人各有自己负责的板子,其次他们还应各有专攻,要么懂电源,要么懂接口等等。如此这般,企业硬件研发的效率和质量才会慢慢上去。

总而言之,中国硬件领域,从跟随到超越,最有效的办法就是通过水平化和专业化的分工,加上高效的管理和科学的排兵布阵。相信通过中国硬件人的智慧和努力,硬件研发道路上的困难会越来越少,我们取得的成绩必然越来越多!

原文标题:中国硬件研发靠什么摆脱困境?这里有几个方法!

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