Android - III 手机产业链与Design House


前文说到，生产手机以前，制造厂家需要预先得到软硬件的产品级设计方案，然后按照设计方案亦步亦趋地做，就可以制造出手机了。软硬件的产品级设计包括以下内容，

1. 主板设计，或者Gerber文件，或者PCB板。
2. 产品级的系统软件。
3. 需要组装的全部元器件的清单（BOM List）。
4. 配套的外壳。

谁负责这些设计呢？答案：大厂有自己的设计部门，例如Motorola，Nokia等等。小厂可以外购设计，不仅芯片厂家能够提供设计服务，而且还可以求助专业的设计公司（Design House）。Design House根据芯片厂家提供的手机参考方案，完成手机的产品级设计然后卖给手机生产厂家。

照理说，合乎常理的顺序是手机经销公司确定手机功能，然后联系制造厂商定货，制造厂商把设计任务交给Design House，Design House确定需要什么样的芯片后，向芯片厂商定货。即，经销商 -> 制造厂商 -> Design House -> 芯片厂商。但是早期的手机制造产品链不是这个顺序，而是正好反过来。芯片厂商制造芯片，提供手机参考设计，然后向Design House兜售这些芯片和参考设计。Design House把参考设计完善成产品级的设计方案后，推销给制造厂商。制造厂商生产出手机后，通过营销公司向市场推销。即，芯片厂商 -> Design House -> 制造厂商 -> 经销商。

为什么会造成这种首末倒置的现象？据传，有人问发明汽车的亨利福特，为什么不重视市场调查，福特的回答是这样的，“如果我问大家想要什么？他们会说，他们想要一匹跑得更快的马。（If I'd asked people what they wanted, they would have asked for a better horse.）[17]”。无独有偶，引领新潮的Apple公司的CEO，Steve Jobs，在谈到Apple公司的创新理念时，他说，“Apple公司的设计宗旨很简单，就是做一个Apple员工自己喜欢的产品”。在技术迅速发展的领域，研究引导制造，制造引导市场。

专业设计公司，Design House，不是一个全新的概念。中国手机的Design House，从曾经昙花一现，到如今惨淡经营，大起大落只有不到短短10年的时间。

中电集团的CECW (CEC Wireless)，从99年开始与荷兰Philips合作，到2001年卖下Philips R&D设立中电赛龙，成为中国第一家手机Design House[18]。从那以后尤其是2002年，国内Design House一度雨后春笋般成立的，2003年以后引起广泛注意。除中电赛龙外，国内比较有名的Design House有，经纬科技，龙旗，德信。

微软曾经大力扶持德信，动机或许是企图以此改变微软对台湾的HTC的过渡依赖，也可能是打算控制住Design House，这个手机制造产业链的龙头，进而影响整个产业链。但是不幸的是，德信并没有如愿成长起来。倒是HTC，踏踏实实，一步一个脚印。例如从HTC TouchFlo开始，HTC向Shell方面发力。当时大家都觉得奇怪，WinMobile的Shell已经很不错，作为微软的协作厂商，HTC为什么要搞重复建设呢？当HTC Hero亮丽出场以后，一切都得到了解释。人无远虑，必有近忧，如果德信当年预见到软件的力量，像HTC一样，花大力气积累技术实力，或许时至今日，就不会把自己的陨落归结于产业链升级等等这些外因了。

2003年度，国内Design House的利润率曾经高达70%。但是好景不长，一年以后，2004年平均利润率下降至35%左右。各个Design House为了扭转败局，改变了以往的商业模式，转而采用对制造厂商更为优惠的方式。以往Design House的商业模式是，一手交钱一手交设计方案，收取开发费。现在的模式是，根据销量提成的模式，与制造厂商分摊手机销量不畅的风险。但是，形势进一步恶化，到了2005年，由于更多的公司掌握了手机设计技术，Design House的平均利润率，进一步下降到23%[19]。Figure 26列举了2006年国内主要手机厂商及IC供应商。

Figure 26. 2006年中国主要手机厂商及IC供应商 [20]
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就在Design House冬天即将来临的时刻，2006年，MTK方案进入市场，并且迅速挤兑了其它Design House的市场份额，使得国内Design House的平均利润率，2006年跌至15%，2007年是5.1%，而2008年可能只剩3%[19]。

令人疑惑也令人感兴趣的是，眼看着Design House的严冬即将来临，MTK却似乎极具抗寒能力，而且在其它企业面临萎缩的形势下，却异军突起，2006年一举占据了国内手机芯片市场的40%，见Figure 27。他们的独门秘笈是什么？

Figure 27. 2006年MTK芯片方案占中国市场40%份额[20]。
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MTK的董事长蔡明介，早年是台湾第二大半导体企业，台联电的打工仔。1995年，台联电调整业务方向，要把蔡明介所在的IC设计部门剥离出去，分炉吃饭。蔡明介就这么被逼上梁山，开始了创业的历程。经过一番波折以后，联发科（MTK）于1997年成立。塞翁失马，焉知非福，不到两年的时间，MTK就赚到了第一桶金。

联发科起家靠的是CD-ROM芯片。CD-ROM的读盘速度以150KB/秒为基数，当时大多数CD-ROM的数据是4倍和8倍，即4x150KB/s和8x150KB/s。MTK迅速推出20倍机型，顺利确定了市场地位。

从1999年底开始，蔡明介频频访问美国加州，他注意到Intel的增长率放缓了，只有5%，而高通的增长率却高达26%。他意识到，为手机设计IC，前景看好。主意拿定以后，立刻采取行动，他从Rockwell挖来了手机基带芯片专家徐至强。徐上岗以后，2001年，MTK正式开始无线通信芯片的研发。 2003年底，第一款MTK基带芯片研发成功。

产品研制出来以后，接下去就是营销。MTK的营销方式称为“Turnkey”，即把手机的关键组成部分，芯片，操作系统，以及一些应用软件，这三者捆绑起来，给手机制造厂商提供“一站式解决方案”。有人戏说，有了MTK以后，只要三个人就可以成立手机公司，一个人接洽MTK，第二个人找代工厂，第三个人做营销。这个说法比较夸张，但是的确也说明了，MTK 大大降低了手机制造的难度。

另外，山寨手机之所以繁荣，除了MTK以外，还离不开配套元器件生产厂商，例如比亚迪（BYD）。BYD提供外壳，柔性线路板，液晶屏，摄像头，马达，键盘等等几乎手机所有配件。除了做手机配件以外，比亚迪现在还制造汽车。

MTK的“一站式解决方案（Turnkey）”，很多人耳熟能详。客观上讲，把芯片，OS和基本Apps，三者捆绑起来，这个主意并不是具有突破性的技术创新。为什么其它公司没有做到，偏偏让一个小公司，一个原本在手机芯片领域名不见经传的小公司，大红大紫呢？MTK在技术上做了哪些贡献呢？具体分析，留给下一节。
 

Figure 28. MTK董事长蔡明介 [21].
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Reference,

[17] Henry Ford's Quote. (http://en.wikiquote.org/wiki/Talk:Henry_Ford)
[18] Philips transferred its mobile handset activities to China Electronics Co (CEC). (http://www.online-ma.com/cma/doc.asp?id=23)
[19] China Mobile Phone Design House Report 2007. (http://www.researchandmarkets.com/reports/554493)
[20] MTK方案及代表手机大揭秘。 (http://blog.163.com/xiaotu_sh2008/blog/static/683125962008111695849617/)
[21] 联发科董事长蔡明介。(http://www.esmchina.com）/ART_8800096032_1100_0_0_4200_99d3a820.HTM)
[22] MTK发家史 (http://telecom.weaseek.com/2008/0624/45326621_2.shtml)



MTK颠覆手机产业链


MTK一站式解决方案（Turn-Key）模式出现以前，手机设计开发流程大约可以分成以下6步。

第1步，Design House从芯片厂商那里拿到参考设计。

芯片厂商根据自己的市场部门对手机市场的预测，决定未来几年手机需要哪些功能，然后围绕自己的CPU内核，确定手机的参考设计，宗旨是推销自己的芯片。例如 2003年，MTK最早的MT6205基带芯片，内核为ARM7，只有GSM等等基本功能。可能是因为当时MTK认为，GPRS，WAP，MP3等等功能，市场上可能没有需求，所以决定MT6205基带芯片轻装从简，把这些累赘的功能统统裁剪掉。

等到参考设计的软硬件开发都接近完工了， 芯片厂商的营销人员就挨家挨户地拜访Design Houses，展示新款的参考设计，游说新款方案具有广阔的市场前景。如果Design House同意合作，那么Design House会依据新款的参考设计，设计新款手机的整套方案。然后Design House把新款手机的整套方案，推销给手机制造厂商。制造商一旦决定投产，就会向芯片厂商批量订购芯片，芯片厂商因此获利。

第2步，确定配件元器件。

芯片厂商提供给Design House的是参考设计，而Design House提供给制造厂商的是产品级设计。前文说过，所谓产品级设计，包括以下部分，

1. 主板设计，或者Gerber文件，或者PCB板。
2. 系统软件。
3. 需要组装的全部元器件的清单（BOM List）。
4. 配套的外壳。

芯片厂商提供参考设计，宗旨是推销芯片，尤其是基带芯片。对于其它外围元器件，则留有余地，让Design House自己去选择。Design House选择外围元器件的标准，除了质量以外，还需要考虑成本，以及供货商是否能按时供货等等因素。Design House确定了这些元器件以后，就可以着手设计主板的布局和连线，决定配件元器件的清单（BOM List），系统软件，和外壳等等。

芯片厂商提供的参考设计，往往以开发板的形式出现。所谓开发板，也被称为大板，因为尺寸远比手机大得多，有的大板甚至可以媲美报纸的面积。Figure 29显示的是Samsung的S3C44BOX芯片开发板[24]。这个开发板的参考设计，包括使用HY57V641620 8M SDRAM，HY29LV160 2M Flash。假如Design House认为，8M的内存小了，2M的闪存也小了，需要换成更大空间的RAM和Flash。LCD也可以换成比亚迪（BYD）的产品，性能更好，价格却更便宜[25]。在这个开发板上，可以方便地改变连线，测试选用不同的配件元器件的性能和能耗等等。

Figure 29. Samsung S3C44BOX开发板，内核是ARM7TDMI，一些MTK基带芯片也采用同级别的ARM7EJ-S内核[24]。
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2573/4194503829_e8cc18b36a_o.jpg

第3步，开发调试驱动程序。

在确定配件元器件的时候，要同时开发及调试相应的驱动程序。

第4步，产品级主板设计。

确定了微处理芯片以及配件元器件以后，Design House着手把大板改成小板，也就是设计产品级主板。产品级主板设计主要是让主板更紧凑，这包括布局和连线，同时加上紧固件以及绝缘和散热材料，使手机更加坚固耐用。

Figure 30. iPhone初版双主板 [26]
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Figure 31. iPhone初版无线主板 [26]
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2659/4197014655_e506f6e60f_o.jpg

Figure 30显示的是iPhone初版的主板。iPhone有两块主板，左边是AP（Application Processor）主板，操作系统，用户界面以及应用程序都运行在AP主板上。图中黄色部分是覆盖在芯片上的绝缘膜，四周的铝合金边框使手机更坚固。右边是BP（Baseband Processor）主板，负责通讯功能。Figure 31显示的是BP主板的背面，从图中也可以看到很多用于紧固的铝合金边框。这两张图片[26]显示的是初版iPhone的主板，3G版的iPhone主板，可以参考[27]。

严格说来，在这篇介绍Feature Phone的章节里，用iPhone做例子，是不准确的。因为iPhone是Smart Phone，而不是Feature Phone。但是无论是Feature Phone，还是Smart Phone，从大板到小板的设计过程，却是相似的。

第5步，进一步调试软硬件，使之达到产品级。

所谓产品级的最高标准，是稳定，是不出bugs。当然在现实生活中，完全杜绝bugs是不可能的。但是产品有优劣之分，bugs数量的多寡，是衡量产品质量的一个重要指标。

第6步，Design House设计一些参考外壳，参见Figure 32，然后把从里到外的整套设计演示给制造厂商看。

Figure 32. Ginwave (经纬) Design House的设计样品 [28]
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2503/4197117113_e64c36dfa8_b.jpg

总结一下前面所述，传统的手机设计开发分成6步，这六步均由Design House负责。

1. 从芯片厂商那里拿到参考设计。
2. 确定配件元器件。
3. 开发调试驱动程序。
4. 设计产品级主板。
5. 进一步调试软硬件，使之达到产品级。
6. 设计一些参考外壳，然后把从里到外的整套设计演示给制造厂商看。

MTK 一站式解决方案（Turn-Key）模式出现以前，手机Design House与制造厂商的合作模式，主要是Open BOM模式。在这个合作模式下，Design House提供主板设计的图纸，以及需要采购的配件元器件清单（BOM List）。手机制造厂商拿到主板设计图纸以后，让芯片厂商按图纸制造主板。同时，手机制造厂商根据BOM
 
List，采购其它所需配件元器件。主板和配件元器件到齐以后，手机制造厂商组织生产以及质量测试。然后把生产出来的手机整机交付营销商销售。

MTK 的一站式解决方案（Turn-Key），实质上是把芯片厂商与Design House两家的工作，由MTK一家包揽了。MTK提供给手机制造厂商的不是设计图纸，而是提供已经组装了主要元器件的主板实物（PCBA），以及供参考的BOM List。手机制造厂商，只需要根据BOM List，选择采购与主板兼容的LCD，麦克风，扬声器，以及外壳。然后把这些外设以及主板组装起来，贴牌打包，即可上市销售。

采用Turn-Key模式，手机制造厂商需要采购LCD等等外设，然后组装到主板上。如果手机制造厂商，连这两个步骤也嫌麻烦，MTK甚至可以提供完整的裸机。这种模式，称为整机解决方案（Whole-Set）。采用Whole-Set模式，手机制造厂商只需采购并组装外壳，就可以贴牌打包上市销售了。

Figure 33. MTK提供的主板，组装了外设以后的裸机，以及装上外壳后的手机 [29]。
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Figure 34. 裸机主板（PCBA）的正面 [30].
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总之，MTK模式的出现，颠覆了以往的Open BOM模式，取而代之以Turn-Key模式，甚至Whole-Set模式。在Turn-Key模式下，MTK只提供主板，参见Figure 33中，左边那张照片，以及与主板兼容的可供选择的BOM List。在Whole-Set模式下，MTK不仅提供主板，而且连外设也组装好了，手机制造厂商只需要组装外壳，参见Figure 33中，中间那张照片。中间那张已经组装好了外设的主板的反面，参见Figure 34 [30]。图中可以清晰地看见MTK的芯片，MT6225A。

MTK模式的出现，打破以往手机制造大厂，垄断手机市场的局面，催生了众多小资本小规模的手机制造厂商。对于消费者来说，MTK Feature Phone的卖点是，价格低廉，外壳新潮，但是缺点是功能雷同。

MTK模式出现以后，其它Design House并不是无事可做，他们仍然可以在MTK基础上，做一些增值软件开发等等工作，但是这些修修补补的工作，难以重现往日Design House日进斗金的辉煌了。

对比Figure 34中MTK Feature Phone的主板，与Figure 30中iPhone Smart Phone的主板，一个明显的区别是，前者只有一块主板，而后者分为AP和BP两块主板。MTK在Feature Phone时代的成功，是否能够在Smart Phone时代继续发扬光大？要回答这个问题，首先要深入了解Feature Phone与Smart Phone在硬件及软件方面的区别。


Reference，

[23] MTK平台发展及各款芯片的功能。(http://bbs.cniso.org/bbs/thread-64473-1-1.html)
[24] 增强型Samsung S3C44BOX/ARM7TDMI开发板。(http://www.cediy.com/webHtml/Product/tooles/ARM/ARM7/16420090317111000.html)
[25] 比亚迪LCD产品介绍。(http://www.bydit.com/docc/products/lcd_p.asp)
[26] 拆解初版iPhone。(http://hkmsyp.com/forum/thread-10198-1-1.html)
[27] 拆解3G版iPhone。(http://www.beareyes.com.cn/2/lib/200807/14/20080714332.htm)
[28] 手机Design House与制造厂商的合作模式。(http://www.ginwave.com/docc/product/product.asp)
[29] MTK平台手机。(http://wujianspace.spaces.live.com /?_c11_BlogPart_BlogPart=blogview&_c=BlogPart&partqs=cat%3D%25e8%25ae%25a1%25e7%25ae%2597%25e6%259c%25ba%25e4%25b8%258e%2520Internet)
[30] 山寨手机存活的理由。(http://tech.sina.com.cn/mobile/n/2008-06-12/10122253121.shtml)