揭秘小米自研芯片：为何选择3nm，自研要花多少钱

腾讯科技《芯事重重》特约作者 丨苏扬

编辑丨郑可君

5 月 10 日，在一个多月的静默后，雷军终于发声了。这位素以活跃著称的企业家在个人微博上坦言：" 过去一个多月，是我创办小米以来最艰难的一段时间。"

这段静默期里，小米主动按下了多项新业务宣传的暂停键。原定于 4 月初举行的 " 玄戒芯片技术沟通会 " 被临时取消——这场本将提前向业界展示自研芯片技术突破的重要活动，最终未能如期举行。

雷军在发布会上介绍玄戒 O1 芯片的工艺制程

业内人士分析，在当时特殊的舆论环境下，即便是最亮眼的业务成绩，恐怕也难以获得雷军的关注。

直到那条意味深长的 " 告别沉默 " 的微博发布，一切才重新启动：玄戒芯片发布会迅速重启议程，雷军更是在社交媒体上开启 " 信息轰炸 " 模式，接连披露 3nm 工艺、量产进度等关键信息，向外界释放出明确的回归信号。

为何是现在推出芯片？

小米的芯片自研之路要追溯到 2014 年，当时，小米旗下松果电子启动了 " 澎湃 " 芯片项目。2017 年，首款 SoC 芯片澎湃 S1 面世，但最终转向 ISP、快充等小芯片研发。雷军曾以 " 种种原因 " 解释大芯片研发的暂停，并强调这段经历 " 不是黑历史，而是来时的路 "。

2021 年成为关键转折点，小米重启 SoC 研发，成立独立运营的玄戒项目，并构建了特殊的股权架构，实控人为香港 X-Ring 公司。这种安排恰逢华为被列入实体清单、麒麟 9000 芯片遭断供的敏感时期，因此被外界解读为规避美国出口管制的策略性布局。

玄戒项目股权穿透 来源：天眼查

只不过，华为遭遇制裁原因主要集中在 5G、实体清单方面，而并非 SoC 业务。尤其是这几年，美国商务部出口管制的焦点都放在 AI 算力芯片上，SoC 芯片已经不是管控重点。

" 虽然谣言一直不断，但 SoC 从头到尾就没有被禁过，这个美国企业有优势的领域，美国政府不管。" 凯腾律所合伙人韩利杰说。

站在晶圆代工厂的视角，美国关切的业务是先进 AI 算力芯片，出口管制的政策一直在动态调整，从 2023 年的性能密度规定，到 2024 年的白名单制度，都是围绕 AI 芯片的管制展开，如果再管控 SoC 业务，会直接冲击晶圆厂的代工收入。

" 三星、台积电反对的声音很强烈，你不让我赚这笔钱，我为什么要去你美国亏本投资建厂？" 一位半导体行业资深人士指出。

所以，玄戒独立于小米之外，更多是出于商业考量而非规避政策限制。美国现行的 " 最终用户 " 审查机制（End-User Review）已经形成严密的监管网络，简单的股权隔离难以绕过合规要求。更具说服力的是，蔚小理等车企的 5nm 车规芯片在台积电顺利量产，充分证明当前美国的出口管制重点并不涉及消费级 SoC 芯片领域。

小米重启造芯业务，而同期，对手们都在主动或被动地收缩，可以说运气值 Buff 拉满。

2021 年，当时最先进的工艺是 5nm，华为麒麟 9000、苹果 A15 Bionic、高通骁龙 888 都是行业标杆，晶体管数量都在 150 亿左右。正常情况下，玄戒的首款产品，将会与上述公司的最新一代产品一较高下，这个时候，玄戒迎来了自己的第一个契机——受出口管制的影响，华为已经无法在台积电正常流片。

2023 年 5 月，OPPO 突然解散哲库的项目，为小米自研芯片创造了第二个战略机遇期。

在当时哲库的解散会上，曾有过结论——全球经济环境和手机行业不乐观，公司营收不达预期、芯片自研投资巨大公司承担不起。但在当时的环境下，外界倾向于将这一动作与中美竞争关联起来。

而韩利杰认为，哲库关停更多是基于商业方面的考虑，" 不是因为美国制裁不做，业内也没有人认为是这个原因。"

显然，商业决策被过度解读，OPPO 收缩，小米进击，核心在于两家逻辑的不同。

OPPO 追求大而全，SoC 的 AP（应用芯片）、BP（基带芯片）、RF（射频芯片）等等都在推动自研，小米则取了一个讨巧的办法——自研 AP，外挂 BP。

AP+BP 分开的方案是手机厂商下场自研的普遍做法，比如华为，即便是拥有丰富的通信技术，旗下海思早期自研的 K3V1 处理器，亦采用外挂 BP 芯片方案，直到 10 年后才正式于 2019 年推出整合 AP+BP 的麒麟 990 芯片。

同样的，苹果自研 A 系列芯片接近 15 年，业内每年都在传苹果即将用自研基带芯片取代高通产品，至今才刚刚解决。

"玄戒在 O1 芯片上只做 AP 的策略非常正确，哲库 AP、BP 一起做，大大增加了难度，诺基亚、爱立信、华为都是通信出身，自研 BP 芯片也都是从 2G、3G 时代慢慢做起来的，英特尔、英伟达也都做过，但就是做得不好。" 前台积电建厂工程师吴梓豪说。

华为、OPPO 自研业务的调整，给小米留足了想象的空间，" 中国首颗 3nm 芯片 " 的标签，已经贴在小米身上。

友商的调整还给小米提供了第三个契机——中国芯片的 " 人才火种 " ——基于这种契机，玄戒在短短几年时间，发展至 2500 人的规模。雷军表示，" 这个体量在目前国内半导体设计领域，无论是研发投入，还是团队规模，都排在行业前三。"

为何是 3nm？

摆在玄戒面前的先进工艺，可选项包括 5nm、4nm、3nm 和 2nm。

首先可以排除 5nm，该工艺于 2020 年在华为麒麟 9000 处理器上首发，时间已过去 5 年。2023 年，联发科天玑 9300、高通骁龙 8 Gen 3 这些当年的旗舰芯片，已经开始导入 4nm。

小米要做高端，工艺节点就只剩下 4nm、3nm 和 2nm，其中 4nm 和 3nm 讨论最多。

接近玄戒芯片业务的人士透露，去年 7 月份玄戒 O1 就已经回片且结果不错。当时就有讨论这颗芯片最终敲定了 3nm 工艺，这个推测在年底也得到相关部门确认。

北京卫视晚间新闻2024 年 10 月的一期节目提到，小米公司成功流片国内首款 3nm 工艺手机系统级芯片。

玄戒 O1 的工艺传闻出现 4nm、3nm 两个版本，与多个方案并行有关，这也属于行业惯例。

现在业界基本确认苹果 A20 会首发台积电 2nm 工艺，但其实苹果也开了 3nm 的案子作为备份，以避免在导入 2nm 工艺节点过程中出现不确定性，比如良率事故，进而影响整代产品的生产和销售。

玄戒 O1 在 3nm 和 4nm 间摇摆，与苹果的逻辑还不完全一样，毕竟两个节点都已经非常成熟，核心还是品牌效应与成本之间的平衡。

去年下半年，台积电就开始了一轮涨价，涨价之后 4nm 节点每片晶圆代工费在大概 18000 美元左右，3nm 在 22000 美元左右，差价大概在 4000 美元左右，未来还有可能再涨价，传闻涨幅在 10% 左右。

按现在的价格，假设小米下了 10000 片晶圆的订单，采用 3nm 节点，代工费预计是 2.2 亿美元，比 4nm 的方案多 4000 万美元，大概占小米官宣的 135 亿元研发投入的 2%，但却能换来 " 中国首颗 3nm 手机处理器芯片 "，品牌收益巨大。

既然这么算，为什么小米不再多花一点费用，直接上 2nm？

这里最关键的是时间窗口，去年 7 月份玄戒就有回片结果了，这个时间点台积电 2nm 工艺才刚刚试产。其次则是技术的成熟度，今年 3 月底台积电 2nm 试产良率还停留在 60%-70% 之间，远低于目前 3nm 超 80% 的良率。追逐 2nm，小米就得因为良率水平，承担 30%-40% 的废片损失。

另外，由于客户关系的原因，就算小米想拿 2nm，也不一定能如愿。现阶段，小米在台积电的客户营收贡献里面，还只能划到其它类别，争夺最先进的工艺，话语权一定不及苹果、联发科、高通这些老客户。

这里面还有一个核心要素，有关设计技术协同优化，像苹果这种量级的 Fabless，和台积电在新节点上有丰富的设计技术协同优化经验，能够帮助晶圆厂加速提升良率，也因为如此，台积电还会积极地替客户承担废片成本。

2023 年，The Information 曾披露，台积电为了吸引苹果在 A17 上导入良率还只有 70%-80% 良率的 3nm 工艺，主动承担 20%-30% 的额外成本。

总结一下，5nm 相对过时不需要考虑，4nm 缺少话题性，2nm 产能 " 新人 " 又拿不到，3nm 自然也就成为了玄戒 O1 最理想的选择。

自研究竟要花多少钱？

玄戒项目目前研发投入 135 亿元，今年还要投 60 亿元，4 年接近 200 亿元。

现在就要算算账了，这 135 亿元有多少钱投在了玄戒 O1 上，或者说，自研一颗 3nm 芯片究竟要花多少钱，怎么才能在自研和外购之间取得平衡？

" 假设要量产 500 万颗玄戒 O1 芯片，平摊下来单颗芯片预估成本大致为 200 美元，最终成本由出货量多少决定。" 吴梓豪说。

业内很多研究机构预估过 3nm 自研的费用，大致可以拆成研发 + 量产 + 外购 + 封装几个部分（不考虑人力、财务、行政等支出）：

研发费用集中在 IP、EDA 工具、仿真测试和掩膜上，主要体现为一次性投入，成本预计 45 亿元左右

量产部分，3nm 每片晶圆代工费 22000 美元（约 16 万元），500 万颗芯片需 10000 片晶圆，预计 16 亿元，1000 万颗即 20000 片晶圆，预计 32 亿元

AP+BP 独立，需要额外采购联发科 BP 芯片，单颗 BP 芯片预计 400 元，量产 500 万颗 AP 芯片，即需要外购 500 万颗 BP 芯片，总成本 20 亿元。量产 1000 万颗 AP 芯片，BP 需求量为 1000 万颗，采购成本为 40 亿元

按上面的预估，500 万颗芯片从研发到量产，总计需要 91 亿元，单颗芯片成本预估 1820 元左右，如果再把人力等费用项加进来，实际要远高于 1820 元。作为对比，高通骁龙 8 Gen 2 采购价为 160 美元，骁龙 8 Gen 3 是 200 美元，约合人民币分别为 1150 元和 1440 元。

玄戒 O1 的成本，只有比骁龙芯片更低的情况下，自研才不会亏损，而控制成本有两个路径：压缩研发投入、生产更多的芯片。

压缩研发投入对自研 " 新人 " 玄戒来说，不一定能快速见效，但追加代工订单，是小米可控的变量，但这也意味着要卖出去更多的旗舰机。

假设将芯片量产的数量从 500 万颗，增加至 1000 万颗，外购 BP 和测试封装的费用也要增加一倍，总成本 137 亿元，单颗芯片成本在 1370 元左右，这个时候自研、外购费用基本持平，这也意味着量产 1000 万颗是玄戒 O1 的盈亏平衡点，低于这个值，3nm 自研可能就会亏损。

需要注意，量产 1000 万颗 O1 芯片，就需要制造 1000 万台旗舰机，在当前市场环境下，对单一型号来说很有挑战性。

3 月份，有用户晒了一份数据，截止 W9/3 月 2 号的国产手机累积激活销量，小米 15 系列销量突破 304 万，位列国产第一。此前的 2024 年 9 月份，也有用户晒了小米 14 系列数据，接近一年时间累计销量超过 700 万台。

小米 15S Pro 首发玄戒 O1 芯片，凭借 "3nm 最强中国芯 " 这个 buff，再加上逐步覆盖更多产品线，即便最后量产数突破 1000 万颗，产能消化仍然乐观。

对小米而言，以小米 15S Pro 的最低售价 5499 元来计算，这 1000 万颗芯片，除了给小米插上 " 中国芯 " 的翅膀外，也会带来近 550 亿元的营收。

手机芯片、车芯，然后呢？

小米造芯注定不会是阳关坦途。

玄戒这个项目所需要的资源当中，钱其实相对容易解决，技术和知识产权层面将面临考验，最为迫切的是与高通、华为、联发科、ARM 这些坐拥大量知识产权的公司达成 " 和平协议 "。

几天前的 Computex 上，高通 CEO 安蒙被问及 " 小米自研 3nm" 的看法，潜台词是小米推动玄戒自研芯片，以后不用你高通的产品怎么办？

安蒙的回答很巧妙，他说小米的旗舰机仍然还会采用高通芯片，并且强调三星也自研手机芯片，但高通仍然是其芯片供应商，该模式同样适用于小米。

话音刚落，5 月 20 日，高通就官宣与小米新签署了一份许可协议。

" 这些授权费都在上亿人民币的量级，" 韩利杰说，"ARM 的授权也会搞定，但华为和小米只有手机相关的交叉协议，芯片部分暂未涉及，大概率会对小米发起诉讼。"

对新生的玄戒来说，技术和知识产权关乎生存，如何应用关乎发展。

发布会之前，小米总裁卢伟冰也像雷军一样化身劳模，加入到玄戒芯片的宣传之中，对外释放的信息包括，" 玄戒芯片不止 O1 一款 " 、" 玄戒 O1 不仅用于手机，也会用于其他产品 " 等等，发布会上答案也揭晓了——面向智能手表且集成自研 4G 基带的玄戒 T1 芯片。

那么，还有其他应用场景吗？最容易联想到的是小米汽车。

过去几年，中国新造车都已下场造芯，蔚小理的 5nm 芯片都已经在台积电成功流片，核心应用场景聚焦 " 智驾 "。何小鹏此前曾表示，下场自研可以让 " 成本更可控 "，李斌也在公开场合透露，" 蔚来神玑芯片可实现单车 1 万元降本。"

和小鹏、蔚来的自研芯片不同，玄戒 O1 的 109mm² Die Size 和 190 亿晶体管，都是针对手机来规划的，如果 " 上车 "，只能用于座舱场景。在这方面，高通在骁龙 8155 芯片做了非常成功的商业示范。

2019 年，高通发布骁龙 8155，次年首发 " 上车 "，2021 年被新势力疯抢——这块芯片基于骁龙 855 的设计改进而来，包括降低 CPU 频率，提高 GPU 和 NPU 频率，增强针对导航、娱乐等视频图像的处理能力等等。

雷军要将小米汽车打造成中国汽车工业崛起的力量，要推动 " 人车家 " 生态融合，显然不会止步于一颗座舱芯片。

吴梓豪认为，现阶段研发车用芯片，甚至将其调整为重点项目都符合逻辑，他说："这 2500 人的团队中一定有人在研发车用芯片，但一开始规划立项时不一定涉及到汽车，当时团队第一要务就是把手机芯片先搞出来，所有的事情都要一步步来。"

第一步是手机芯片，第二步 " 上车 "，第三步是什么？桌面、座舱、智驾和机器人，这些都是符合现实条件的设想，再跳脱一点，AI ASIC 这种加速计算场景也不是不可能。

截至目前为止，苹果基本完成了手机、PC、手表以及耳机等相关外设的核心芯片自研，包括 A 系列、M 系列、S 系列和 C 系列，用时接近 15 年。对照苹果这个参照系，除了手机 SoC，小米不是也拿出了玄戒 T1 这种面向智能手表的芯片，甚至还包括自研 4G 基带。

雷军曾说，小米造芯至少投资十年，关于这种长期主义的表态，应该在内部做过多次通气，以至于小米系的人，都保持着类似 " 十年磨一剑 " 的口径。

《UVM 实战作者》张强朋友圈截图，来源：芯片验证日记

2023 年，一位网友在社群中晒出《UVM 实战作者》、芯片验证领域专家张强的朋友圈截图，除了替芯片团队的验证岗位招人外，张强也说，" 小米已经做好了十年的规划，这种规划既包括技术上的规划、也包括财务上的规划。"

10 年才刚刚开始，玄戒 O1 和 T1，只是小米自研芯片 " 重新开始 " 第一步。