海信信芯研发纪实：中国彩电第一芯的诞生

近日，青岛市市长夏耕与海信集团董事长周厚健亲自为彩电装箱，海信分布在青岛、辽宁、贵阳、淄博和临沂的五大彩电生产基地同时下线装上了“信芯”的彩电。下线仪式后，海信如约把首批100台信芯彩电捐赠给了西部的30所海信希望小学。 海信集团总裁、海信电器股份有限公司的董事长于淑珉认为，“信芯”的诞生以及应用，是海信多年坚持“技术立企”方针不动摇的重要成果，海信电视自己掌握了自己的命运，结束了中国彩电芯片被国际制造商一统天下的局面。不但海信增强了在原材料采购中的议价能力，也为中国家电企业降低采购成本造成整体受益。 海信芯片产业化后，10万片的规模就可实现盈利，海信今年计划达到100万片。芯片产业化后，海信将尝试由生产制造商向技术专利商过渡，目标是成为中国最大的芯片供应商。估计“信芯”每片大约比国外的同类产品便宜5个美金左右。 而对于消费者和非专业人士来讲，芯片的感觉是非常神秘的，他们对了解设计和制作一块芯片的过程，会比枯燥的数字数据更感兴趣，我们就描写一下研发芯片的海信团队。 (一)面对海信电视正式下线，战嘉瑾的心却并没有原来想像的那样轻松———本来以为等待了四年后，自己从零做起的芯片全面应用于整机后，会稍微减轻一点渴望成功的期盼和无尽的压力；没想到喜悦过后是更大的期盼，他没法控制自己不去想下一块更高技术难度的芯片开发…… 时间上溯到1995年，战嘉瑾大学毕业，加盟海信电视研究所。他从这一年开始与电视结下了不解之缘。 两年后，当年海信自主开发的100HZ机芯是他承担的第一个大项目，尽管颇费周折，但最终的成功和带给企业的巨大效益，不仅使他更深了解了海信“技术立企”的真谛，也初步树立了自己在技术开发上的信心。 此时也正是海信技术创新的一个关键年份。“加强技术中心建设”是海信当年的年度工作大事之一。在当年的海信集团经济工作会上，周厚健说：技术中心在引进和培养人才的思路上要有突破，完善激励和淘汰机制。另外新品开发要与经营挂钩，技术中心要与各子公司衔接好并形成经济关系。 1998年，当国内同行还陷于“彩电价格战”怪圈时，海信集团副总裁、技术中心主任夏晓东开始对集成电路设计给予了极大关注。他亲自与美国一家集成电路设计公司洽谈，希望和他们一起进行有关电视芯片的合作开发。1999年，周厚健和夏晓东把一批做电视电路开发的人召集到一起，开了一次研讨会，讨论的话题只有一个：“我们现在涉足芯片可能性怎么样？”战嘉瑾和海信的技术同行们参加了那次会议，他们的回答是：只要企业能够投入，只要能给出时间，按照海信技术人员的素质，芯片是可以开发的。随后，夏晓东先后两次派遣战嘉瑾与其他研发人员一起，去美国这家公司，协助该公司做一些芯片验证板及调试方面的工作。当然，该公司对代码、设计流程等知识产权保护得如铁桶一般。 尽管如此，先后在美国工作的那三个多月让战嘉瑾开始对芯片设计有了感性的认识。“就像感觉到菜好吃，就要到厨房看看有哪些配料、流程。在美国的那段时间对我最大的帮助是，集成电路设计并不是那么神秘。以前包括现在很多人都认为集成电路设计很难、高深莫测，也就一直对‘中国人能做芯片’持怀疑态度。而当时我们看到，美国这家公司芯片设计人员也不多，一个项目7、8个人做，而且全部是来自内地、台湾和香港的华人；成绩也不错，曾经做到液晶显示芯片的全球第三。既然7、8个人就可以做到全球第三，芯片设计显然没有想像中那样难！” 从美国回来后，战嘉瑾奉命开始着手储备有关芯片研发的技术理论和技术资料；2000年，在海信集团技术中心的众多研究所中，已经设立了“专用集成电路设计所”，任海信技术中心数字所副所长不久的战嘉瑾成为该所的负责人和惟一一名员工。跟踪和实施芯片设计开发已经在海信领导层中明确起来。 这一年，国家出台了鼓励软件开发和集成电路设计的“18号文件”。上海市政府率先抓住了这个机遇，将本来在上海市中心黄浦区开发建设的商场改变角色，命名为“科技京城”。上海的国家集成电路产业化基地就设于这里。 科技京城日渐发展成为一个著名的楼宇型高科技园区，以其产业链齐全成为华东地区最大的电子元器件物流中心，并拥有了“芯片王国”的美誉。不仅如此，国家集成电路产业化基地还拥有大量的可租赁开放试验设备和频繁的培训交流会，这一切因素使国内外大部分知名微电子企业将科技京城作为开发总部。 上海有关部门了解到海信有意向做集成电路，就专程来到青岛，邀请海信将开发部门搬迁到上海；而上海良好的芯片产业环境以及长三角完好的芯片封装、加工等配套企业也吸引着海信。几次洽谈后，2001年6月，战嘉瑾率领三名研发人员，开赴上海，组建海信ASIC上海研发中心。 战嘉瑾已经记不清当年初到上海的时间是6月14还是6月18日。他只记得抵达后不久，上海的梅雨季节就开始了，那种闷热、潮湿的天气让他这个一直生活在北方的人毫无预料。四人宿舍是一套位于26楼的房间，毗邻高架桥，没有空调。关上窗户，38度的高温热得人无法入睡；打开窗户，外面高架桥上飞速驶过的汽车轰轰巨响。后来，不下雨的晚上就拎上凉席，将楼顶的大平台作为自己睡觉的好场所。就这样，他们度过了初到上海的酷暑天气。 (二)再难熬的天气也比不上工作方面接踵而至的困难让人忧心。 “部门建立了，人员也在逐渐招聘中，但方向在哪里？从什么地方切入？我们很迷茫。2000年正是全球半导体行业最低迷的时候，有人说那是黎明前最黑暗的时刻，可很多人瞪大双眼，也找不到黎明的第一道曙光出现在哪个方向。连业界的领导者都很迷茫，不知何去何从，只忙着裁员节流、出售某些业务部门。就是在如此凄惨的大环境下，海信决定进军集成电路行业；更何况我们还是一些初出茅庐、没有任何基础的新手？一时间，外界甚至企业内部充满着一片质疑声。” 一切从零开始，确定方向是第一步。战嘉瑾他们开始广泛调研。当时项目组相继调研和探索了十多个产品项目，从电视遥控器芯片、空调遥控器芯片、通用8位微处理器，到数字电视解码芯片、全球定位GPS芯片等等。同时，对他们来说，尽快建立自己的开发流程同样重要。 “因为一切从零开始，集团领导并没有给我们设定必须达到的目标，也没有给我们太多压力。我还记得当时周厚健董事长说芯片是海信核心技术研发的‘试验田’，即便不能成功，这种探索和积累都是有益的。” 尽管如此，但战嘉瑾他们这群渴望证明自己的年轻人并没有因为高层的宽容而稍有懈怠，他们开始如饥似渴的从书本和一些交流、培训中汲取着芯片的“设计方法学”理论和知识。 “刚开始，我们连起码的设计流程也没有，不知道一个集成电路板上几百万、上千万的晶体管该各自安排在哪个位置？只有与一些国外企业交流，借鉴他们的先进经验；还有就是从书本中汲取相关理论知识。”然而，即便熟稔了技术理论，可要将理论变成现实的设计，中间的距离还有很远很远。 “这就像做菜一样，一种原料可以有无数种搭配，你要找出自己擅长和合口味的。芯片设计也是这样，不是说哪一个理论上的流程最好，而是哪一种符合你的需要；或者，当理论成熟时，实际设计和操作是否经济。而且，设计仅是芯片产业链上的最先一环，离不开后面的芯片加工、整机应用等。而当时芯片的生产厂家大多在台湾和欧美，我们对后面的相关环节也不了解。” 在十多个芯片的方向和多方论证后，到2001年底，他们形成了一致意见：舍弃当时大多数企业都在做的微控制器方向，研发“数字视频处理芯片”。 “一方面，微控制器的本身价值低，市场开发度高，可以以很便宜的价格购买，我们感觉做下去不会有长远发展。我们希望自己研发项目的起点要高，海信经营了30年的主业是电视，电视正面临更新换代的机会，平板电视、数字电视将是未来的主导。”鉴于以上种种考虑，到2001年年底，海信集团上下一致通过：海信芯片设计的切入点是“数字图像、视频处理”方向。 (三)随着办公场所搬迁到上海，海信芯片开发队伍也逐渐扩大。随着2001年底何云鹏的加盟，海信芯片团队已经拥有7名成员；2002年时，增加到8位。战嘉瑾、何云鹏、陈永强、王瑞冰等，这些平均年龄只有28.6岁的年轻人，组成了一个精干、高效的团队，这个数目和那家曾做到液晶芯片全球第三的人数已经基本相当。 大家都普遍缺乏芯片设计经验。战嘉瑾曾在美国那家公司有过短暂的芯片验证交流，毕业于新加坡国立大学的何云鹏，则从事过短暂的芯片材料研究。然而，历史上又有哪一项技术创新要有“经验”限定？这些渴望胜利的年轻人，都有着攻克技术难关执着的心，他们勤奋钻研、互相提携、氛围和谐，要迅速成长为优秀的芯片设计团队。 开发工作在有条不紊的进行着。数字图像的缩放、抖动完成了；边缘检测与增强完成了；电路设计、仿真、验证等工作在一步步开展。到2002年年底，他们完成了包括从算法到电路的全部液晶显示器电路的FPGA实现项目。呈现在他们面前的，是一个不到一张A4纸大小的电路板，上面满载了集成电路设计人员一年多的全部心血，这是设计人员十几万行设计代码的体现，集成了300多万个晶体管，可用于液晶显示行业。 “这个项目的成功可以说是我们整个集成电路设计的一个突破。它的成功具有承前启后的重大意义：一方面，它验证了我们的开发流程是可行的，我们在集成电路设计上拥有了正确的方法。” 而海信高层一直高度关注着该项目，并不断广泛调研，论证芯片设计和开发的突破方向。 本着目前现有的家电传统产业和未来市场前景的综合考虑，2003年1月海信集团经济工作会议上，正式将“数字视频处理器”确定为当年企业十个重点科研项目之一，他们希望芯片研发团队能够以此为契机，获得海信在核心技术上的重大突破。这是一个注定要付出极大努力的道路———在数字电视常用的接收与解调芯片、解码芯片以及数字视频处理芯片三种核心芯片中，数字视频处理芯片不仅在开发设计上最见功夫，也是最有开发意义、份量最重的一款芯片。而海信确定的芯片核心技术突破口恰恰是这个。 以已经完成的液晶显示器FPGA实现项目为基础，2003年最初两个月，他们已经完成数字视频处理芯片的调研、论证以及系统的定义；接下来的6个月，他们完成了项目所需全部算法的研究和设计工作；到2004年1月，他们又完成了RTL电路的设计工作；2004年5月，电路的设计验证工作完成；后来的两个月时间，他们完成了芯片的IP整合工作；2004年8月-9月，完成了芯片的后端设计工作。 当成就的喜悦一个个接踵而来时，困难也夹杂其中。2003年8月至9月期间，当他们把经过软件仿真后的设计代码进行实际的电路验证时，却发现理论上设计得好好的东西放到验证板上，出来后就全都乱了。反复修改多次都是这样。设计人员加班加点，苦苦寻找问题原因，几乎将全部设计工作都查了个遍，一直经过两个多月的艰苦工作，就在设计人员几乎要绝望的时候，终于发现了是验证中的一个很小的疏忽问题造成的，在修正了这个问题后，系统终于可以按照设计意图正常运转起来，设计人员的心血换来了清晰稳定的图像处理效果。 (四)2004年年初，芯片就要进入关键的流片阶段。此时，来自自身和外界的怀疑恰恰在这个时候让他们的脚步徘徊起来———这个项目能成功吗？ “我们自己、领导都需要更多的理由来验证这些不确定因素，这些问题考验着我们的芯片，也同样考验着集团的领导，考验着海信自主创新的理念。”为了解决这个问题，2004年的元旦刚过，战嘉瑾和何云鹏就多次带着他们开发设计的FPGA验证演示系统，向集团领导、海信电视整机部门等进行汇报、演示，讲解和说明他们所做芯片的原理、性能和可能达到的使用效果。 此时，国家领导人的来访和鼓励给了他们更大的力量。2004年6月20日，温家宝总理视察海信，看到海信展出的芯片模板时，非常激动。他对周厚健说：“很好，这是自己的知识产权，竞争力自然更强。成功了你们一定要写信告诉我。”这种高度评价和鼓励极大鼓舞了海信领导层和芯片研发团队。 到2004年9月28日，他们完成了数字视频处理器芯片全部设计工作，交付加工厂进行加工。而一次的流片费用就是10万美元以上，“我们拿出去的东西如果流片后不工作、如果需要改动(哪怕你只在代码上改动一个小标点)，海信的这100万元就等于付诸东流”。所以，整个9月份，他们常常工作到凌晨两三点，进行系统的反复验证。芯片仿真计算的工作量跑一次要2天才能看到结果，“我们要充分利用晚上的时间———人休息时，机器必须工作起来。每天晚上当机器运转起来时，我们才回去睡觉。” 11月27日，海信芯片完成MPW流片，专业测试通过验证；两周后，该芯片即成功地应用在支持1080P高清显示格式的电视机上。反复的测试表明，中国海信战嘉瑾们设计的芯片一次流片成功。这在国际芯片大厂家中也是不多见的，而海信成功了！ 从2005年2月开始，该芯片反复数次进行装机的工程批生产和验证，并与国际同类产品进行严格的比较试验。结果显示，运用该芯片的电视整机产品与采用国际先进芯片的电视相比，技术性能毫不逊色。 周厚健一次次在讲话中说：“我们的芯片研发团队多年来耐住了寂寞，敢于涉足一个失败可能性极大的新领域。这种做法和精神让我敬佩。”尽管项目失败的可能性很大，迟迟看不到成果，周厚健还是坚持四年多来将3000万元的资金投入到芯片的研发中。从立项到看到成果，海信集团领导和战嘉瑾他们一起，共同验证了海信走自主技术创新道路的可行性。 战嘉瑾则将感谢送给了海信集团的领导和相伴四年多的伙伴们：“如果不是集团领导‘技术立企’的信仰以及非凡的魄力，就不会在海信这个整机企业中成立专门的芯片设计部门，也就不会对一个四年多见不到成功的项目始终投入下去；如果没有对技术的执著追求和对核心技术的必胜信念，我们的团队不会在四年看不到成果时仍然坚持下去。” 坚定的信念指引着战嘉瑾们，他们已经又迈上了新的征程。他们将在现有芯片技术的基础上，进一步提高芯片的集成度，开发下一代高性能、高集成度、低成本的数字视频SOC处理芯片；同时针对数字电视、宽带多媒体应用等，开发数字多媒体处理芯。