海思走出了一条属于中国IC设计人的路

21ic电子网 发表于 2018-06-04 14:33:08 收藏 已收藏
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海思走出了一条属于中国IC设计人的路

21ic电子网 发表于 2018-06-04 14:33:08

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。

海思总裁,何庭波,也是华为17名董事之一

因为华为海思和华为一样没有上市,很多信息都没有公开披露,再加上行事低调的一贯风格,所以,就像笼罩了一层神秘的黑纱,多了很多神秘感。外界对华为海思的了解总是十分片面,甚至有很多误解。

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。

海思官网列出的部分解决方案领域

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,确实令小枣君吃了一惊。

海思安防芯片

此外,华为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。

华为400G骨干路由器

还是来具体说说,大家最熟悉也最关心的手机终端芯片吧。

首先,请看一下小枣君整理的这个表:

这是华为海思麒麟系列芯片主要型号列表,列举了各大型号麒麟芯片的关键参数和推出日期。

我简单介绍一下吧。

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。

前面我们也提到了SoC,那么,到底什么是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。

基带芯片

然后呢,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。

SoC芯片

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)。

介绍得这么详细,大家应该都看懂了吧?

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。

麒麟970的主要技术参数

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。

华为手机总裁 余承东(设计台词)

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?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」。

任教主六年前说的那句话,也就成了大家拍案叫绝的神奇预言:

“……(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。”

华为创始人 任正非

关于华为芯片到底是不是自主知识产权的问题,实际上,之前我那篇关于ARM的文章(链接)就已经解释过了。今天,小枣君再给大家解释一下。

芯片是一个高度垂直分工的产业,从设计、制造、到封装测试,每一个环节,都有相关领域的公司在负责。

芯片产业链

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。

台积电的华为芯片生产线

不知道大家有没有注意到,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。

下面这个图,是2017年全球排名前十的Fabless企业榜单。里面就有中国的华为海思和紫光入榜。华为海思营收47.15亿美元,增长21%,排名第7。排名第一的,是高通(Qualcomm)。

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。

之前小枣君介绍ARM的文章中,和大家解释过,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。(限于篇幅,不多介绍)

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。

最开始,华为海思肯定不具备拆开毛坯房的能力,但是,现在是不是具备?有人说具备,有人说不具备,我也没查到准确的说法。我个人觉得,随着实力的增强,相信即使现在不具备,将来也会具备的。

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。

大家也要知道,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。

好了,关于华为海思,差不多就介绍到这。

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。

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