“备胎”海思芯片一夜转正的背后

传感器技术 2019-05-20 18:00

文 | 传感器技术


5月15日,特朗普签署了一项总统令,宣布美国进入国家紧急状态,以给予美国商务部更大的权力去禁止美国企业使用华为这种会“威胁美国国家安全”的公司的设备。随后,美国商务部工业与安全局(BIS)将华为列入了其一份会威胁美国国家安全的“实体名单”中,从而禁止华为从美国企业那里购买技术或配件。



5月17日凌晨,华为心声社区转发华为海思总裁致员工的一封信,信中表示,超级大国不留情地中断全球合作的技术与产业体系,做出了疯狂的决定。在毫无理由的情况下,华为被列入美国商务部工业和安全局的实体名单。对此,公司在多年前就有所预计,并在研究开发、业务连续性等方面进行了大量投入和充分准备,能够保障在极端情况下,公司经营不受大的影响。——“为了这个以为永远不会发生的假设,数千海思儿女,走上了科技史上最为悲壮的长征,为公司的生存打造‘备胎’。数千个日夜中,我们星夜兼程,艰苦前行” 。“当我们逐步走出迷茫,看到希望,又难免一丝丝失落和不甘,担心许多芯片永远不会被启用,成为一直压在保密柜里面的备胎” 。“今天,是历史的选择,所有我们曾经打造的备胎,一夜之间全部转“正”!多年心血,在一夜之间兑现为公司对于客户持续服务的承诺。”


从信中可以看出,华为很早以前就已经预料到了目前所面临的一切,并已经做足了充分准备,数千个日日夜夜,芯片部门一直在默默无闻地在背后为公司的生存打造“备胎”。随着美国的无理制裁,“备胎”一夜转正,海思芯片也在一夜之间在公众瞩目下,毅然肩负起了整个华为生存和发展的重担。



1991年,华为成立了自己的ASIC设计中心,专门负责设计「专用集成电路」(Application-specific integrated circuit,ASIC)。当时的华为,创立仅仅四年,员工只有几十人,资金非常紧张,一度濒临倒闭的边缘。奠定基业的C&C08数字程控交换机,还是三年后的事情。


这个ASIC设计中心的成立,意味着华为开始了IC设计的漫漫征途。1993年,ASIC设计中心成功研发出华为第一块数字ASIC。


随后,分别在1996年、2000年、2003年,研发成功十万门级、百万门级、千万门级ASIC。总的来说,每一步都算是沉稳有力。


时间到了2004年10月,这时的华为,实力已今非昔比,销售额达到462亿人民币,员工人数也达到数万人。有了一定底气的华为,在ASIC设计中心的基础上,成立了深圳市海思半导体有限公司,也就是我们现在经常说的——华为海思。海思的英文名是HI-SILICON,其实就是HUAWEI-SILICON的缩写。SILICON,就是硅的意思。众所周知,硅是制造半导体芯片的关键材料。硅这个词,也成了半导体的代名词。


一直以来,华为海思都是华为公司百分之百全资控股的子公司。按华为海思内部某领导的说法,华为就是海思,海思就是华为。



说到华为海思,很多人都会首先想到华为手机现在普遍使用的麒麟(Kirin)处理器,例如华为P20手机的麒麟970芯片。其实,华为海思虽然从事芯片的研发,但并不仅限于手机芯片。准确地说,华为海思提供的是数字家庭、通信和无线终端领域的芯片解决方案。通俗一点,就是手机芯片、移动通信系统设备芯片、传输网络设备芯片、家庭数字设备芯片等,统统都做。


另外值得一提的,是安防监控领域。在这个领域,华为海思经过十多年的深耕,全球市场份额甚至达到90%之多。同样,海思高端路由器的芯片,也相当有竞争力。华为2013年11月曾经发布过一款400G骨干路由器产品(NE5000E-X16A),采用的是海思芯片SD58XX,比思科同类型产品都要早推出一年。


2009年,华为海思推出了第一款面向公开市场的手机终端处理器——K3。这款处理器华为自己的手机没有使用,而是打算卖给山寨机市场,和联发科等芯片厂商进行竞争。因为产品还不成熟,所以并没有获得成功。


2010年,苹果自研的A4处理器在iPhone4上大获成功,这也在一定程度上刺激了华为海思。


于是,在2012年,华为海思推出K3V2处理器。这一次,华为把它用在了自家手机中,而且是定位旗舰的Mate 1、P6等机型。不过,这颗处理器选择了台积电40nm工艺制程,整体功耗高,兼容性非常差,很多游戏都不兼容。所以,用户没有接受,手机整体的销量很差。尽管如此,K3V2也算是一次勇敢的尝试,为后续型号奠定了一定的基础。


2013年底,华为海思推出了麒麟910。这是他们的第一款SoC。


什么是SoC?


SoC,就是System-on-a-Chip,也就是“片上系统”。


从通信目的来看,我们的智能手机通常由两大部分电路组成:一部分是负责高层处理部分的应用芯片AP,相当于我们使用的电脑;另一部分,就是基带芯片BP。


基带芯片,相当于我们使用的Modem,手机支持什么样的网络制式(GSM、CDMA、WCDMA、LTE等)都是由它来决定的。打个比方,基带芯片就相当于一个语言翻译器,他会把我们要发送的信息(比如:语音,视频),根据制定好的规则(比如:WCDMA,CDMA2000),进行格式转换,然后发送出去。


基带芯片并不仅仅是基带部分,它还包括射频部分(RF)。基带部分负责信号处理和协议处理,射频部分负责信号的收发。而厂家通常直接把射频芯片和基带芯片放在一个芯片里面,物理上合一,统称为基带芯片。然后,基带芯片通常又会被整合到手机主处理芯片上,成为其中一部分。


高度集成化的 SoC 芯片


这个高度集成的手机主处理芯片,就是一块SoC芯片。SoC芯片相当于控制中枢,它既包括基带芯片,也包括CPU(中央处理器芯片)、GPU(图形处理器芯片)、其它芯片(例如电源管理芯片)等。


就以麒麟910为例,它的CPU是ARM的1.6GHz四核Cortex-A9,GPU是ARM的Mali-450,基带芯片是自家的Balong710(巴龙710)。


虽然910是第一款华为海思的手机SoC芯片,但是因为性能和兼容性等方面的原因,还是没有得到市场的认可。直到2014年9月,麒麟925芯片推出,麒麟芯片才逐渐被大家所接受。目前,经过一路的迭代,麒麟系列芯片已经发展到麒麟970,用在P20等华为旗舰机型上。


一直以来,华为采取的是麒麟芯片和自己旗舰手机进行绑定的战略。例如P7和麒麟910T,Mate7和麒麟925,P8高配版和麒麟935,Mate 9和麒麟960,乃至到最新的Mate 10、荣耀10和麒麟970。之所以这么做,华为有很多方面的考虑。


一方面,早期的时候,麒麟芯片除了华为自己,根本就没有人敢用。如果不是自家订单带来的出货量,麒麟芯片早就凉了。


另一方面,直接绑定自家旗舰手机,给麒麟芯片带来很大的压力。这种倒逼的压力,必定会迫使海思努力提升芯片性能和质量。


不过话说回来,这种绑定方式确实存在很大的风险,很可能一块完蛋(前面说了,早期的时候K3V2就导致P6的失败)。但是,在坚定不移的决心之下,华为终究是赢得了这场冒险。“华为孤注一掷投入海思,并不是头脑发热。现在来看,这种做法非常具有远见”。结合最近发生的状况,相信大家都同意吧?


属于自己的芯片,到底意味着什么?


意味更低的研发和制造成本,更有底气的议价能力,更可靠的供货保障。每一条,都让现在无数手机厂家羡慕嫉妒恨。可以说,华为海思芯片,已经成为华为掌握竞争主动权的“逆天神器”。


“……(芯片)暂时没有用,也还是要继续做下去。一旦公司出现战略性的漏洞,我们不是几百亿美金的损失,而是几千亿美金的损失。我们公司积累了这么多的财富,这些财富可能就是因为那一个点,让别人卡住,最后死掉。……这是公司的战略旗帜,不能动掉的。”


海思SoC芯片简史


2009年,华为推出第一款智能手机芯片——Hi3611(K3V1),因为第一款产品不是很成熟,K3V1最终没有走向市场化。


2012年,华为发布 K3V2芯片,采用 1.5GHz主频四核 Cortex-A9架构,集成 GC4000的 GPU,采用 40nm制程制造。这款芯片用在了华为 D2、P2、Mate 1和 P6手机上,这是华为第一次把自家的海思芯片用在华为自家手机上,因 K3V2的 40nm制程落后和 GPU兼容性不好,导致最终体验不好。


2014年初,发布麒麟 910,采用 1.6GHz主频四核 Cortex-A9架构和 Mali-450MP4 的 GPU,采用 28nmHPM制程,首次集成自研的 Balong710基带,首次集成了华晶 Altek的 ISP,是为海思麒麟芯片的滥觞。因 P6搭载的K3V2芯片体验不好,华为推出搭载麒麟 910的 P6的升级版华为 P6S。这款芯片把制程升级到 28nm,把 GPU换成Mali,麒麟 910的推出使得海思的手机芯片到了可以日常使用的程度,接着这款芯片陆续用在华为 Mate2、荣耀3C 4G版、MediaPad M1平板、荣耀 X1平板,惠普 Slate 7 VoiceTab Ultra和 Slate 8 Plus等终端上面。


2014年 5月,发布麒麟 910的升级版麒麟 910T,主频从 1.6GHz升级到 1.8GHz。这款芯片用于华为 P7 上,以 2888价位开卖,销量破 700万台。


2014年 6月,发布麒麟 920 SoC芯片,采用业界领先的 big.LITTLE结构,采用 4×A15 1.7GHz+4×A71.3GHz和 Mali-T628MP4 GPU,采用 28nmHPM工艺制造,集成了音频芯片、视频芯片、ISP,集成自研全球第一款LTE Cat.6的 Balong720基带,使得首次搭载麒麟 920的荣耀 6成为全球第一款支持 LTE Cat.6的手机。当年搭载麒麟 920的荣耀 6一出来,就飙升到各跑分软件的第一名,使海思麒麟芯片第一次达到与行业领袖高通对飙的地位。


2014年 9月,发布麒麟 925 SoC芯片,相较于麒麟 920,大核主频从 1.7GHz提升到 1.8GHz,并首次集成了命名为“i3”的协处理器。这款芯片用在华为 Mate 7和荣耀 6 Plus上,创造了华为 Mate 7在国产 3000价位上高端旗舰的历史,全球销量超 750万。


2014年 10月,发布麒麟 928 SoC芯片,相较于麒麟 925,大核主频从 1.8GHz提升到 2.0GHz。该款芯片随荣耀 6至尊版一起发布,到这时,海思开始试着提升主频来提高自己驾驭芯片发热的能力。


2014年 12月,发布中低端芯片麒麟 620 SoC芯片,采用 8×A53 1.2GHz和 Mali-T450MP4 GPU,后期发布麒麟 620升级版,主频从 1.2GHz提升到 1.5GHz,采用 28nmHPM工艺制造,集成自研 Balong基带、音视频解码等组件,它是海思旗下首款 64位芯片。这款芯片陆续用在荣耀 4X移动版和联通版、荣耀 4C移动版和双 4G版,华为P8青春版的移动版和双 4G版、荣耀 5A移动版和双 4G版,其中荣耀 4X成为华为旗下第一款销量破千万的手机,紧接着荣耀 4C和 P8青春版销量均破千万台。


2015年 3月,发布麒麟 930/935 SoC芯片,其中麒麟 930采用 4×A53 2.0GHz+4×A53 1.5GHz + Mali-T628MP4GPU + 微智核 i3,麒麟 935采用 4×A53 2.2GHz+4×A53 1.5GHz + Mali-T628MP4 GPU + 微智核 i3,采用28nm工艺制造,集成自研 Balong720基带,集成音视频解码、ISP等组件,集成 i3协处理器。在未能获得14/16nm制程的前提下,海思巧妙避开发热不成熟的 A57架构,转而使用提升主频的能耗比高的 A53架构,因为高通骁龙 810因为 A57大核发热功耗过大,在 2014年出现滑铁卢,而海思麒麟 930/935凭借散热小和优秀的能耗比打了一个翻身仗。麒麟 930陆续用在荣耀 X2、P8标准版、M2 8.0平板和 M2 10.0平板上,麒麟 935则用在 P8高配版、荣耀 7和 Mate S上。


2015年 11月,发布麒麟 950 SoC芯片,采用 4×Cortex A72 2.3GHz + 4×Cortex A53 1.8GHz + Mali-T880MP4+ 微智核 i5,采用 16nm FinFET Plus工艺制造,集成自研 Balong720基带,首次集成自研双核 14-bitISP,首次支持 LPDDR4内存,集成 i5协处理器,集成自研的音视频解码芯片,是一款集成度非常高的 SoC手机芯片。麒麟 950也是全球首款采用 A72架构和采用 Mali-T880 GPU的芯片,该芯片的综合性能再次飙至第一,凭借性能优势和工艺优势,赢了高通差不多半年的时间差,打了又一个翻身仗。该款芯片陆续用在华为旗下的 Mate8、荣耀 8、荣耀 V8运营商定制版和标配全网通版等手机上。


2016年 4月,发布麒麟 955 SoC芯片,把 A72架构从 2.3GHz提升到 2.5GHz,集成自研的双核 ISP,助力徕卡双摄加持的 P9和 P9Plus、荣耀 V8顶配版和荣耀 NOTE 8手机上。徕卡双镜头,摄影新潮流,麒麟 955将带领 P9系列成为华为旗下第一款销量破千万的旗舰机。


2015年 5月,发布中低端芯片麒麟 650 SoC芯片,采用 4×Cortex A53 2.0GHz + 4×Cortex A53 1.8GHz +Mali-T830MP2,全球第一款采用 16nm FinFET Plus工艺制造的中低端芯片,海思旗下第一款集成了 CDMA的全网通基带 SoC芯片,集成自研的 Prime ISP,集成自研的音视频解码芯片,是一款集成度非常高的 SoC手机芯片。这款芯片搭载在荣耀 5C、G9青春版的移动版和双 4G版手机中,将带领两者继续破千万销量。


2015年 8月 20日,麒麟芯片出货量突破 1亿颗。


2016年,将会发布麒麟 960,将是又一颗突破历史的芯片,因为它将大幅提升 GPU性能,同时也是第一款解决了 CDMA全网通基带的旗舰芯片,到那时这两个黑点将一个一个去除。华为最厉害的是肯砸钱研发、用实力将黑点一个一个去除,就像曾经的 K3V2、P6、P7和 Mate S被人嘲弄一样,而现在、将来这些黑点不复存在。


芯片产业链介绍


除了英特尔之外,世界上很少有集成电路厂家能独立完成芯片的全流程设计制造。华为海思显然也不具备所有的芯片能力。严格来说,华为海思只是一家负责芯片设计的公司。它完成芯片设计之后,也是要交给晶圆代工企业台积电进行制造的。


通常行业内进行芯片企业排名的时候,都会进行分类。像华为海思这样的公司,会被称为“无晶圆半导体设计公司”,被分在Fabless公司类。


在半导体芯片行业,企业的模式主要分三种:IDM、Fabless,Foundry。


1、有的公司,从设计,到制造、封装测试以及投向消费市场一条龙全包,被称为IDM(Integrated Design and Manufacture)公司,例如英特尔Intel。


2、有的公司,只做设计这块,是没有fab(工厂)的,通常就叫做Fabless(无工厂),例如ARM、AMD、高通、华为海思等。


3、而还有的公司,只做代工,只有fab,不做设计,称为Foundry(代工厂),例如台积电等。


实际上,即使只从设计的角度来看,华为海思也不可能是完全独立自主,从零开始。


华为海思购买了ARM的设计授权。ARM是专门做芯片设计的,它的商业模式,就是出售IP(Intellectual Property,知识产权)授权,收取一次性技术授权费用和版税提成。全世界很多企业都购买ARM的授权,并在此基础上进行设计。


说简单一点,ARM提供了一间毛坯房,然后大家各自买回去装修。绝大部分厂家,是不具备拆开毛坯房进行修改的能力的。只有像高通和苹果这样有雄厚实力的公司,才具备这个能力。拆毛坯房进行修改,好处是可能会更好地改进性能,也一定程度上提升了安全性。但是,也有可能做得更烂,还不如ARM做的好。而且,如果某个公司要拆毛坯房,也要给ARM更多钱。


而且,抛开“拆毛坯房”的能力,大家也不要小看了“装修”的能力,这已经是很高的门槛,需要非常强大的技术实力,也需要很长时间的积累,还有巨额的资金投入。


另外有一点需要明白,完全抛开ARM,对于现在的市场格局来说,即使做得到,也是没有商业价值的。因为整个行业很多软件都是基于ARM指令集的,已经形成了生态。如果脱离生态制造出独有的芯片,是没有软件可用的。用这种芯片的手机,也只能是板砖一块而已。


总而言之,对于华为来说,创办海思,自研芯片,无疑是一件正确的事情。但是,对于国家和产业来说,一两家海思肯定是不够的。我们需要更多的芯片企业,需要更完整的芯片生态。


即便如此,我们也要小心,不能情绪冲动,盲目开干。芯片之路,注定是漫长而艰辛的,相比于短期的情绪冲动,我们更需要持续的理性和耐心。


毕竟,能成功跑到终点的,才是最后的赢家。


传感器技术 制造业的未来是智能化,智能化的基础就是传感器; 互联网的方向是物联网,物联网的基石也是传感器; 关注传感器技术,获得技术资讯、产品应用、市场机会,掌握最黑科技,为中国工业导航。
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