麒麟绝唱,华为“芯”伤

2020/10/23 14:56:53 来源:雷锋网 作者:吴优 责编:远洋

华为 Mate 40 搭载了强大的麒麟 9000 芯片,是华为史上最强大的芯片。”余承东在华为 Mate 40 的发布会上介绍到。

根据余承东的介绍,麒麟 9000 是世界上首个采用 5nm 制程的 5G 手机 SoC,集成 153 亿个晶体管,相比于 A14 多了 30%,集成 8 核 CPU、24 核 GPU 和 NPU AI 处理器,另外还搭载华为自研第三代 5G 移动通信芯片,与同类旗舰芯片相比均有速度方面的提升,表现优异。

不过这一款 “世界尖端的 5G SoC”,在备受打压之下即将成为华为手机芯片史上的绝唱。

“绝唱”一词,给予麒麟 9000 肯定的同时略显悲壮。

悲壮之外,华为从自研手机芯片发展至今,还经历了什么样的变化?

复盘华为手机芯片的发展历程,可以用 “一切皆有可能”概括之

从 GSM 到华为终端公司

在华为手机芯片发展史上,有两个不可或缺的部分,华为终端公司和海思半导体。

华为最早以交换机起家,之后注重无线技术领域的产品研发,成立终端公司则是一次战略失误后的决定。

早在 1995 年,华为就看好无线通信网的未来,鉴于 CDMA 的高端技术几乎被美国高通所垄断,华为选择了另一种无线通信技术——全球移动通信技术(GSM)产品的自主研发。

1997 年,中国移动采用的 GSM 设备在国内移动用户占有率达到 42.5%,在国内移动通信市场取得巨大成功。看中这块市场,同年 7 月,华为用第一代自研 GSM 系统成功拨通第一通电话后,便立即集中火力投入到 GSM 商用产品的研发,甚至为避免资源分散,放弃了已经取得一点成绩的 CDMA 的研发。至于当时从日本传来的小灵通(PHS)技术,华为认为该技术落后,很早就放弃了。

然而,世事难料,邮电拆分后,中国电信迟迟拿不到移动牌照,选择了 PHS,而中国联通也选择了 CDMA,华为既没有打入中国电信和中国联通的市场,也迟迟未进入中国移动的主流 GSM 市场。不过华为没有屈服,而是反倒以更强的力量投入到 GSM 产品的更新换代之中,顺势开始研发 3G,这才有了后来的终端公司。

“当年我们没有想过做终端,是被逼上马的。华为的 3G 系统卖不出去,是因为没有配套手机可以用。”任正非谈及成立终端公司的原因时说到。

2003 年,华为斥资十亿做手机,并成立了独立的终端公司。在很长的一段时间里,华为手机的发展并不顺利,为了在手机红海中杀出一条路来,华为手机选择做搭配自己的 3G 系统做运营商定制机,但利润率极低,甚至险些在 2008 年被卖掉。

但正是这在风暴中存活下来的华为手机,日后成为华为手机芯片成长路上的 “最强辅助”。

终端公司与海思手机芯片,从单干到合体

在华为终端公司成立不久后不满一年的时间里,海思半导体也成立,其设计的芯片独立核算、独立销售,内部称为 “小海思”。

海思半导体的前身是 1991 年成立的华为集成电路设计中心,在华为的支持下,海思半导体成长迅速。根据 ICinsights 数据显示,2017 年海思的销售额已达 47.15 亿美元(约 317 亿元人民币),跻身全球十大芯片设计公司,位居第七。

在做手机芯片之前,“小海思”做过 SIM 卡芯片、视频监控芯片、机顶盒芯片等业务。虽然海思半导体和华为终端公司成立时间间隔不久,但根据华为老兵戴辉的介绍,海思决定做手机芯片,是被渴望赚快钱所刺激的,与终端公司并没有什么关系。从华为手机芯片初期的商业模式来看,确实如此。

2006 年,联发科推出 GSM 的交钥匙解决方案,山寨的 GSM 功能机产业迅速崛起,海思看得眼红,希望能够复制联发科的模式,同年着手启动 GSM 智能手机交钥匙解决方案的开发。

历经三年,终于在 2009 年,海思推出第一个 GSM 低端智能手机解决方案,采用 Windows Mobile 操作系统。其中基带处理器(BP)技术自研,技术源自华为 GSM 基站。应用处理器(AP)芯片名为 K3V1,采用 110nm 工艺制程,当时竞争对手的工艺制程已经达到 65nm、55nm 甚至是 45nm。

这里的工艺制程代表的是集成电路的精细度,一般而言,工艺制程越先进,器件的特征尺寸越小,集成度越高,功耗就会降低,器件性能得到提高。110nm 相对于 45nm 而言,意味着高功耗和低性能,加上 Windows Mobile 操作系统也已日落西山,有方案没客户,华为第一代 GSM 战绩惨烈。

即便是借鉴联发科找山寨厂做整机也没能大卖,K3V1 最终还是沦为 “试错”产品。这也让华为意识到,联发科的模式无法复制,要想让华为的芯片存活,就要依靠自己的手机,移动终端和手机芯片必须结合起来。

2009 年,移动终端芯片从海思半导体转移到华为的移动终端公司体内,也就是内部所称的 “大海思”,为补偿海思半导体的前期投入,移动终端公司为其支付 3 千万美元。

自此,海思移动终端芯片的商业模式彻底改变,并由有 “拼命三郎”之称的王劲负责移动终端芯片的研发。

王劲带领团队设计出用于处理通信协议的 “巴龙”芯片后,时隔两年,即 2012 年开发出第二款手机 SoC 芯片 K3V2,采用 Arm 架构,支持安卓操作系统。

这颗芯片有很多突破性的成绩,它是第一颗用在华为自家手机上的芯片,是当时业界最小的手机芯片,也是继英伟达 tegra3 之后的第二颗四核 A9 处理器。

突破性成绩的另一面,是台积电 40nm 工艺制程和比较少见的来自 Vivante 公司的 GC4000 GPU,同时期的高通 APQ8064 和三星 Exynos4412 都已经用上了 28、32nm 的工艺。相比之下,K3V2 功耗高发热量大,GPU 兼容性差。

当时分管海思市场营销的艾伟曾表示,K3V2 虽然是当时较为成熟的一款产品,但相比同时期高通的旗舰处理器仍有明显差距。K3V2 带给手机用户的糟糕体验并没有获得市场的认可。

华为 Ascend D 手机,图片源自爱搞机

尽管 K3V2 饱受诟病,但是华为一直坚持在自家的手机上用这款芯片,不断从软件侧和硬件侧改进,从 D 系列开始,P 系列、Mate 系列均是搭载 K3V2,直到 P6,连余承东都开始动摇了,任正非还是坚持要用。当时有网友调侃余承东:“海思恒久远,一颗(K3V2)永流传”。

至于为什么要坚持用 K3V2,这是华为相比于其他手机厂商的优势,华为手机为海思芯片提供了试错的机会,而海思芯片正是在不断试错中一点一点改进。在任正非看来,海思芯片是华为手机的长远战略投资,是需要聚焦的主航道,需要花大力气投入,为此任正非还不惜砍掉了欧洲运营商上千万的定制手机。

华为将自研芯片最终赌注押在 P6 上。P6 是一款定价较低的超薄旗舰手机,厚度 6.18 毫米,采用大量前沿工艺,依然搭载做了少许改进但本质上并没有太多变化的 1.5GHz 的海思 K3V2 四核处理器。

无论是从 P6 的生产上,还是从 P6 的传播上,华为几乎都耗尽全力,拼死一搏,生产时研发团队没日没夜地在生产现场蹲守、推广时地毯式地广告轰炸和媒体投放。

终于,P6 成为中端机型中的爆款。不幸的是,王劲在此次 “战役”中劳累过度,因病逝世,幸运的是,王劲及其团队的努力没有白费,华为手机芯片开始走上坡路。

华为手机加麒麟 SoC 的高光时代

王劲之后,胡波接任,华为手机芯片厚积而薄发。

正如 “麒麟”这一中国神兽的名字一样,作为华为的 “神兽”,麒麟芯片带领华为走向新高度。

2014 年初,华为海思推出了首款手机 SoC 麒麟 910,作为全球首款四核 SoC 芯片,搭载 4x A9 1.6GHz CPU,Mali-450 GPU,支持 LTE 4G 网络,实现了性能与功耗的平衡,华为 Mate2、P6 S、P7、H30 等手机均搭载麒麟 910,赢得得了良好的口碑。

这也是华为海思麒麟 SoC 时代的起点。

事实上,继 K3V2 之后,2012 年底,华为内部针对要不要继续开发 K3V2 Pro 版本讨论过一段时间,但后来觉得其竞争力弱,停掉此项目,并于 2013 年立项了名为 “K3V3”的新项目,期望在做一颗规格领先的独立芯片,外挂一颗全球首发支持的 LTE Cat.6 的巴龙 720 芯片,采用应用处理器外挂基带的模式交付终端客户。

不过,就在项目按计划进行时,华为芯片研发主管 William 指出这种交付模式的成本竞争力不够,希望能够在保证规格竞争力的同时降低整体成本。团队最终决定,采用整合 AP 和 BP 的 SoC 方式,并确定于 2013 年 4 月投片。

麒麟 910 之后,与其并行开发的麒麟 920 也于同年推出,大胆采用四大核 A15 与四小核 A7 CPU 相结合的架构,性能与功耗均衡,取得突破性成绩。当时搭载麒麟 920 的 Mate 7 发布时十分火爆,华为手机部门的老员工都抢不到货。

2014 年,华为首款 64 位手机 SoC 麒麟 620 发布,搭载该颗芯片的荣耀 4X 成为华为首款出货量超过一千万的手机。至于麒麟 600 系列首款 SoC 为何叫麒麟 620 而不是 610,是因为华为此前规划了 32 位的麒麟 610,后来转为 64 位,计划终止。

2015 年,华为海思相继推出麒麟 930 和麒麟 950,麒麟 930 是 900 系列从 32 位向 64 位转化的节点,麒麟 950 更是取得突破性成绩,直接跳过 20nm 工艺制程,是业界率先使用台积电 16nm FinFET(鳍式场效应晶体管)工艺的 SoC。

尽管随着摩尔定律的演进,16nm 放在今天已经不能算是特别尖端的工艺,但在 2015 年却站在全球半导体工艺的最前沿。当时的海思规模小,在台积电的客户排名上处于 50 名开外的位置,想要率先导入 16nm 工艺,不仅面临着工程化难题,还面临着合作难题。

麒麟能够率先用上 16nm 工艺,得益于华为海思总裁何庭波的前瞻性,她很早就意识到手机芯片工艺的技术极限,在手机芯片主流市场普遍使用 28nm 的时候,就开始思考 2 年后的麒麟该何去何从。

2012 年底,何庭波拜访 FinFET 晶体管技术发明者胡正明教授,请教 FinFET 技术在 16nm 工艺上的可实现性,此后决定直接跳过 20nm,专注 16nm 的技术突破。

2013 年 1 月,何庭波带领海思骨干成员去台湾拜访时任台积电轮值 CEO 刘德音,尽管 2013 年的华为海思手机芯片产量不大,但台积电却看到了海思芯片在华为手机未来全球版图规划中的重要性,促使两者在此次会面中达成战略协议,海思成为台积电 16nm 首发合作伙伴。

除了先进工艺,麒麟 950 还有其他跨越性成绩:首次实现自研 ISP(图像信号处理)、DDR(双倍速率同步动态随机存储器)、Phy(端口物理层)、PMU(电源管理单元)并商用,采用新一代自研芯片,支持全国漫游……

据悉,相比于麒麟 930,麒麟 950 在性能提升 11% 的同时,功耗降低 20% ,图形生成能力提升 100% 。

后来,从麒麟 960 到麒麟 990 的迭代,麒麟 SoC 也分别率先使用 10nm 和 7nm + 工艺,华为海思一次又一次站上世界半导体工艺的最前沿,跃升为台积电的第二大客户。

今年 4 月,国内分析机构 CINNO Research 发布的月度半导体产业报告显示,华为海思在中国智能手机处理器市场的份额达到 43.9%,首次超越高通。在之后 IC Insights 公布的 2020 年第一季度全球前十大半导体厂商中,海思首次位居其中,而这些成绩也逐渐被国际科技巨头视为有力的竞争对手。

重重打压,麒麟 9000 或成绝唱

从古至今,似乎可以将打击分为两种,“落后就要挨打”和 “枪打出头鸟”,华为属于后者。

2018 年,美国政府开始针对华为采取制裁措施:反对华为与美国电话电报公司 AT&T 签约,禁止华为手机进入美国市场;美国政客多次表示华为手机留 “后门”并窃取用户数据,呼吁盟友禁用华为设备;8 月签署《国防授权法案》,禁止美国政府和政府承包商使用华为和中兴的部分技术等等。

最终在 2019 年 5 月 15 日,华为公司及其 70 家附属公司被美国商务部工业与安全局(BIS)列入出口管制 “实体名单”,尽管海思的备胎一夜之间全部转正,但不得不面对麒麟芯片原先所依赖的全球产业链断裂、生产陷入困境的事实。

华为采取了许多补救措施,一边疯狂加码产能,一边寻找实体名单之外的公司寻求合作,但是美国政府的打击力度越来越大,被列入实体名单的公司越来越多,华为最担心的事情还是发生了:自 2020 年 9 月 15 日起,台积电等代工厂不再为华为代工。

余承东在中国信息化百人会 2020 年峰会上遗憾地表示,今年可能是麒麟高端芯片发展的最后一代。与此同时,原本应该发布的麒麟 1020 处理器 “凭空消失”,麒麟 9000 取而代之,这一行动被外界解读为是华为将原本的麒麟 1020 处理器改名为麒麟 9000,期望在未来靠自己的力量来弥补从 1000 到 9000 的差距,不仅有设计芯片的能力,还有自己制造手机芯片,即从只做设计和销售的 Fabless 模式转变为还包括制造、封装测试在内的 IDM 模式。

不过,从全球半导体产业商业模式的发展来看,为了扩大生产规模和提高竞争力,从 IDM 转变为 Fabless 的公司较多,碍于全球已有的半导体产业链格局和资金风险,几乎没有 Fabless 成功演变为 IDM 公司。

转变或者不转变,摆在华为面前的,都是难题。

雷锋网小结

纵观华为手机芯片发展历程,在不到 20 年的时间里,从坚持不做手机到转变观念成立终端公司,从备受群嘲的 K3V2 到一骑绝尘的麒麟芯片。

虽然华为手机芯片之路暂时将在麒麟 9000 画下句点,但华为手机芯片的明天同样值得期待,就像当初华为坚持在自己的手机上用 K3V2 时,没有人能够预料华为能够设计出业界领先的麒麟芯片。

华为手机芯路,一切皆有可能。

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关键词:华为

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