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口袋数码E族

梦回2012 华为的海思麒麟成长记

2018-8-7 09:14| 发布者: 孑影吟风| 查看: 231| 评论: 0

摘要: 摘要:麒麟980要来了,从2012年麒麟诞生到现在2018年,这6年会是麒麟成长的真实记录,这篇文章带你看背后或荧幕前不一样的麒麟。(集微网深度/Kelven)业界曾经流传着很多关于海思的故事,其中一个比较有意思的:任 ...

摘要:麒麟980要来了,从2012年麒麟诞生到现在2018年,这6年会是麒麟成长的真实记录,这篇文章带你看背后或荧幕前不一样的麒麟。

梦回2012 华为的海思麒麟成长记

(集微网深度/Kelven)业界曾经流传着很多关于海思的故事,其中一个比较有意思的:任总拍板成立海思之初,他给整个团队定下了两个目标,一是实现营收超30亿,二是员工突破3000人。毫无疑问,第二个目标很快就实现了,可是从2004年海思成立后,其营收被外界质疑。

时至今天,随着华为消费终端的高歌猛进,海思方面的营收早已突破了这个目标。我们可以看到IDC2018Q2的数据,华为智能手机的销量已经超过了苹果,排在了全球第二位;同时也已经确认在8月31号的IFA展览上发布麒麟980芯片。

毋庸置疑,华为在高端手机领域已经站稳了脚步,现在每年的P系列和Mate系列的更新都必然是业界和手机市场的大事。在华为手机高歌猛进的同时,不要忘记了麒麟芯片也在茁壮成长。有人说是麒麟芯片成就了华为手机,可是也正是华为手机的强劲收入给予了麒麟芯片继续进化的研发资本和动力,两者实际是相辅相成。

华为中高端智能手机能达到今天成就有很多因素,但是其中麒麟芯片的崛起和成长是关键的。这颗小小的麒麟芯从诞生之初再到今天成为手机移动设备的主流旗舰芯片之选,当中经历了很多。

高端市场领域需要自研芯片这个敲门砖

根据最新一季IDC报告显示,苹果在智能手机销量上落后于中国的华为,2018年第二季度全球智能手机市场整体下滑1.8%。苹果排在第三,华为第二,三星第一。

梦回2012 华为的海思麒麟成长记

可以看到,前三的位置上已经基本牢牢被三星、苹果、华为所巩固,然而他们三者都有一个共通的地方,那就是各自都拥有自研芯片的能力。虽然说现在手机产业已经十分成熟,要做一部像样的手机出来实际并不是难事,但是要做得好,同时要在这个同质化的市场做出差异性,芯片便是其中一个重要的标识,同时也是企业研发技术实力的象征,也是市场营销的重要筹码。

三星一直有自研处理器的惊艳,Exynos系列的芯片是市场高性能的代表;苹果从iPhone 4开始便搭载自家的A系列芯片,直到现在iPhone X搭载的A11,已经历经了7代的进化;华为刚开始为人所知的应该是2012年推出的K3V2芯片,首次在自家旗舰D2P2Mate1等机型上使用,来到2018年8月,麒麟980也将要发布了,当中也经过了6年的成长。

虽然麒麟980还没正式发布,但是关于它配置规格的信息已经基本被曝光。华为麒麟980采用台积电7纳米工艺制程,CPU为4个A77+4个A55,最高主频为2.8GHz;GPU为华为自主研发,性能为Adreno 630(骁龙845)的1.5倍左右。

在基带方面,今年年初华为发布4.5G基带balong 765,支持cat19,最高下载速度1.6Gbps。同时,麒麟980将内置第二代寒武纪NPU 1M,使得AI性能将有大幅提升。当然GPU Turbo图形加速技术也会加上,可以提高芯片的图形处理能力,降低功耗,弥补GPU方面的不足。

我们可以看到,从配置账面上,麒麟980已经是芯片市场上的顶级作品,不论是CPU、GPU,还是基带、AI、协处理核心等,他有能力叫板任何一个对手。

麒麟980很明显必然会是华为今年Mate 20旗舰的标配,每年的旗舰升级军备竞赛,旗舰高端芯片伴随旗舰产品已经成为了常态,甚至已经成为决定旗舰产品是否有竞争力的一大方面。

2012前:海思前身 麒麟芯之“父”

关键词:通信、积累

说起麒麟芯片,那必定要说设计它的公司海思。海思是华为的全资子公司,1991年,华为成立的ASIC设计中心,可看作是海思的前身。ASIC设计中心主要是为华为通信设备设计芯片,经过多年积累和创新,华为在通信方面的技术和专利获得长足的发展,这也是华为在运营商市场驰骋的竞争力所在。

在2000年前后,世界逐步开始进入到3G时代,而华为也顺应当时欧洲运营商的要求,欲逐步推出3G网络的芯片,因此在2004年便成立了海思半导体公司。由于欧洲当时是主推WCDMA,因此华为的重点也放在上面。

梦回2012 华为的海思麒麟成长记

由于在通信技术方面的累积和与运营商的深度合作,搭载海思3G芯片的上网在全球范围内获得成功,先后进入了沃达丰、德国电信、法国电信、NTT DoCoMo等全球顶级运营商,销量累计近1亿片。这是一个怎样的成绩?那就是华为海思与当年的3G芯片领域的巨头高通各占了一半的市场份额。在通信领域的深厚积累,似乎也顺利成章地给予后续海思进一步推动应用处理器发展提供了动力。

集微网向海思相关人士了解到,海思团队主要是做三部分的业务:系统设备业务、手机终端业务、对外销售部分。

对外销售主要是安防用芯片和电视机顶盒芯片,在国内的安防市场的占有率是很高的,那是稳稳超过了德州仪器了。当然这部分业务的营收规模确实不大。

团队里面服务于系统设备的规模是最大的,其次是服务手机终端的。麒麟芯片便是海思里面手机终端团队的作品,海思相关人士说:尽管团队的规模与联发科和高通等相比还不算很大,不过在负责通信基带芯片的技术上,人数已经不输联发科了。所以说,华为的通信背景和积累,对海思在手机基带芯片上的追赶提供了帮助。

其实我们可以看到在麒麟950前,海思并没有单独给自己芯片高调开一场发布会或者媒体沟通会,这可以说明海思团队一贯都是走低调的路线,甚少对外披露信息,即使有实力摆在那儿,可是他们总有一种与世无争的调调。

2012:踏进四核高性能时代

关键词:A9架构

海思实际在2009年推出了首款的应用处理器K3V1,其拥有高性价比、低功耗、高集成度、多无线制式融合,以及运营商增值等特性,主要面向的是中低端的市场,同时为了确保客户能够快速量产,海思甚至提供了全套的生产测试方案。可惜的是K3V1的目标客户在当时是一系列中低端厂商,也就是我们当时所称的山寨厂商,这对于其发展实际并没有太大的作用。

要说海思重磅的一弹,那肯定是海思移动处理器在2012年巴塞罗那的MWC展的亮相。海思发布了四核处理器K3V2,这在当时业界是体积最小的一款高性能四核A9架构的处理器,继NVidia Tegra3之后业界第二款四核A9处理器。同时华为也宣布将在自己推出的旗舰Ascend D上搭载这款处理器,这在当时并没有任何商用的经验的芯片直接用在自家产品上,需要的勇气不少。

从市场来看,华为AscendD高端智能手机自2012年8月在中国市场率先发售,然后铺货欧洲、亚太、澳洲、北美、南美和中东等全球市场,取得了还是不俗的成绩。

有很多人说手机业用短短几年时间走过PC十多年的路,虽然有一些夸张成分,但是也不无道理。手机芯片最明显的特征便是迅速进入到多核的年代,实际这与手机移动终端需要更好的功耗控制有密切的关系。

手机体积有限,各类元器件和电池的空间矛盾一直存在,因此功耗的控制显得异常重要,而多核的设计,或者说是大小核的设计的目的便是让各个核各施其职。可以看到现在的异构设计也是多核发展的趋势,它的目的最终还是在功耗和性能之间取得平衡。

在当时还是普遍单核设计的情况下,2012年便开始进入了四核的大战,而海思便先于当时的移动领域大佬TI和高通推出了四核的K3V2,这在当时还是引起了轰动。

梦回2012 华为的海思麒麟成长记

我们不妨来看看K3V2的规格,采用40nm工艺,四个A9内核,主频分为1.2GHz和1.5GHz,低频负责低负荷的工作,高频性能好,负责复杂的运算,通过DVFS动态电压频率调整,这已经是后期8核big.LITTLE的调度雏形。

实际K3V2在当时的四核设计还是大小核调度,已经是比较先进的了,不过可惜在GPU部分采用了比较少见的Vivante公司的GC4000,使用TSMC 40nm工艺制造。

制造工艺和这款GC4000的GPU在应用兼容上出现问题,导致了K3V2出现一系列的功耗问题,同时应用层面上频繁出现错误。我还印象深刻的记得,当时Ascend D手机上经常会运行软件出现闪退和程序运行不兼容的提示。

2013:得”基带”者得天下?

关键词:LTE Cat.4

K3V2的横空出世,令行业对华为对海思开始放置聚光灯,时刻关注着它的一举一动。海思的K3V2在当年取得了一些成绩,可是缺点或者不足也是很明显的。

海思实际已经意识到K3V2在设计应用上的一些弊端,随后的研发上也针对K3V2的弱点进行改进,而它的后续版本就是首次冠以“麒麟”名字的麒麟910。

从以前K3V2这类内部代号到以全新品牌全新名字“麒麟”走向观众走向市场,足见海思已经下决心全力推广这个品牌。沉寂多年后,海思也意识到这个时候是需要全面推广自家芯片。

麒麟便是Kirin的音译,当年中文品牌出来的时候,很多人都直接联想到高通的骁龙。麒麟和龙都颇具中国特色,在中国古代的神话里面都是以神兽自居,而这当时给外界人的信息便是麒麟要直面挑战骁龙。

尚且不管海思是有意而为之还是无意之为,实际从产品角度上,麒麟芯片要挑战当时行业老大高通骁龙还是有一定的差距的。

麒麟910在K3V2的基础上改进而来,先来看看具体配置,28nm制程和替换了Mali450MP4 GPU,CPU还是4核A9,可以看到麒麟910在CPU的四核设计依然延续K3V2,而在GPU和制程方面进行了改进升级。

这样看起来,麒麟910只是一次平稳保守的升级,实际在我看来并不是,我们都忽略了一点,那就是网络连接——基带。

华为海思在2012年便发布了LTE 4G芯片Balong 700,并成为了上网卡和家电无线网关等终端的芯片,提供给美国和欧洲的客户。而在2012年的MWC上,海思除了发布K3V2外,还发布了业界首款支持3GPP Release 9和LTE Cat4的多模LTE终端芯片Balong 710,下行速率达到150M,支持五模及国际通用频段。不过当时K3V2并没有集成基带,而是外挂balong基带,而是到了麒麟910才首次集成Balong 710。

海思能推出K3V2和Balong 710,当时长期分析各公司半导体芯片的相关人士还是很惊讶的,“能提供完成度如此高的芯片组的,基本上只有高通、联发科和展讯通信。”

移动处理器SoC的高度集成会是趋势,我们可以看到以往设计移动芯片的公司除了现在的三星、苹果、华为、高通、联发科巨头外,还有TI、Nvidia、Intel等等,但是为什么现在能在移动市场留存的的只有聊聊几家?实际它们或多或少都遇到了网络连接,也就是基带的问题。

其实对于基带,很多人认为,只要是有做运营商业务的,做通信的,都能把他做好。实际并没有那么简单,现在通信设备领域的爱立信、诺基亚都曾经往这行业走,如意法-爱立信(ST-Ericsson)。不过他们最终都推出了这个激烈的移动芯片市场。

其实从3G时代进入4G后,不同的制式和不同频段给予这些做通信基带的厂商很大的挑战,尤其在中国这个4G通信最为复杂的市场,包括3G时代的TD-SCDMA、WCDMA、CDMA,还有4G的TD-LTE、FDD-LTE和复杂的频段,这些都表明整个通信基带模块是很不好做的。

海思能攻克基带方面的困难,这实际是奠定了未来发展的坚实基础,而麒麟910能整合Balong 710才是它的杀手锏,它能够支持LTE Cat.4多模,下行速度高达150Mbps,这在当时甚至是领先高通的。

在通信方面积累的技术在此时已经逐渐显现出来,而华为手机开始之初是定位于商务人士,而商务人士对于通话的需求是很高的。

由于全球范围内,华为与各个运营商都有深入的合作,麒麟910支持CSFB、SGLTE/SVLTE、VoLTE/eSRVCC各种LTE通信模式下的语音解决方案。旗下手机产品在通话质量、通话稳定性、漫游广泛性都能给予商务人士很好的信心,这时候华为的基带通信优势便是它的发展基础。

华为麒麟910芯片,用Mali450MP4替换掉GC4000,并使用当时主流的28nmHPM制程工艺,较好解决了兼容性和功耗的问题。从搭载其产品的华为P7和Mate 2来看,能获得市场的认可。

2014:麒麟芯进入8核时代

关键词:8核、LTE Cat.6

在前作K3V2和麒麟910的经验下,华为海思也逐渐了解了用户的需求,继而加速开发下一代的产品,而麒麟920系列可以说是带领了华为手机终端和海思进入了一个新的阶段。

如果要说麒麟920,那就不得不提搭载它的华为Mate 7,这款产品在当年成为华为的爆款,也是华为真正踏入高端市场的代表,它的成功与麒麟920有着密不可分的联系。

梦回2012 华为的海思麒麟成长记

麒麟920是全球首款商用并支持LTE Cat.6的SoC,采用了大小核的架构,集成了四核ARM Cortex A15和四核ARM Cortex A7,在GPU方面选择了Mali T628MP4,在CPU和GPU方面都有提升。依然采用成熟的28nm HPM工艺,整合了华为2013年发布的Balong 720,成为全球首款支持LTE Cat.6的的SoC芯片,下行最高能达到300Mbps,上行也能到达150Mbps。

从各项配置参数来说,麒麟920在910的基础上可谓是大升级,首次采用8核的big.LITTLE架构(4×Cortex-A15 1.8GHz + 4 × Cortex-A7 1.3GHz的组合)。

梦回2012 华为的海思麒麟成长记

big.LITTLE是ARM为平衡性能和功耗的问题所提出的解决方案,在低负载的时候关闭大核使用小核降低功耗从而提高续航,毕竟日常使用中多数情况下手机是低负载运行,在更低负载的时候只有i3协处理器运行。

华为Mate 7得益于麒麟芯片的强劲表现,大电池加上big.LITTLE的架构,其续航表现很优秀,同时诸如双卡设计,优秀的通话通信都深受商务人士的喜爱,在上市后曾经出现一机难求的局面。

实际我们华为Mate 7身上还可以看到麒麟920系列芯片的驱动,当中之一便是对于按压式指纹的支持。在2013年9月iPhone 5S发布后,安卓阵营纷纷跟进,各家都推出搭载指纹识别的手机,不过实际体验并不好,如三星滑动式解锁识别率低,HTC指纹识别爆出指纹安全问题等。而Mate 7的指纹识别整体设计与iPhone是同路数的,一样是基于ARM的TrustZone,也就是芯片级的安全。

梦回2012 华为的海思麒麟成长记

由于华为Mate 7芯片是自研的,因此对于TrustZone的设计更加容易而且自主,用户的指纹并不会以不加密和数据共享的形式在手机存储空间上放置,而是将其统一存放在芯片的独立安全区域,因此Mate 7的指纹安全是能够得到有效保障的。

此外在解锁速度体验上也做得不错,集微网了解到,华为Mate 7产品总监李小龙表示“麒麟芯片,它里面有一个安全区,安全区的处理能力比外面的大处理器是要弱很多的,它的运算效率是不如外面的,可是为了提高运算效率,华为经过反复优化解锁的时间才小于1秒”。

华为指纹识别的体验也是需要麒麟芯片的系统支持才能够保障,同时不要忘记其还是第一款支持LTE Cat.6的手机终端。

2013年,海思推出全球首款LTE-A Cat6平台。2014年俄罗斯索契冬奥会上,基于海思平台的LTE CPE Cat6产品助力俄罗斯第一大运营商MegaFon发布LTE-A网络。麒麟920系列也最终集成了LTE Cat.6的基带,这已经是经过了商用验证的产品,通信网络能力优势继续在这一代产品保持。

麒麟920这一代产品应该是华为海思成熟的标识,同时也是踏进主流的市场的开端。华为Mate 7作为代表,在日常性能方面已经能满足大部分人士的需求,同时良好的功耗和多核调度令其续航有优秀的表现,这一点很满足商务人士的需求,此外拍照、指纹识别、网络通话上网能力也很突出。

麒麟920成就了华为Mate 7,也使华为站稳了3000元价位的市场,进入高端手机的行列。

2015:保守前行 韬光养晦

关键词:20nm A57架构

在麒麟920获得成功后,2015年3月麒麟930正式发布,其集成了8核A53,依旧是28nm 工艺制程。整体上看仅是麒麟920的一次小小升级,实现了平稳过度,在这样一个升级的背后看似平平无奇,实际对于海思团队里面内部经历了不少的思想斗争和选择。

在2014年高通选择了20nm的制程来制造骁龙810,这看上其实并没有什么问题。移动手机芯片已经成为每年产品市场宣传的制高点,而从当时行业环境来看,按照技术的演进,在行业头部的厂商必然需要追求更高的性能,那在选择工艺和内核上也会显得更加激进。

在2014年手机处理器行业前后,工艺制程上28nm已经很成熟,那么在当时能看到的下一代制程也就是20nm了,而ARM方面也需要同步加速内核的更新,那么比前一代高50%性能的A57也就诞生了。

不过正是这一个组合产生了比较致命的功耗问题,虽然没有权威的认证说明20nm和A57的组合便是发热功耗的罪魁祸首,但是从各第三方的测试当中可以看到,在某个温度上,A57内核会遭遇到过热而降频的现象。这在当时业界普遍认为,骁龙810 的严重发热与选择的A57 架构和 20nm 制造工艺有很大的关系。

通过这事我们可以看到,并不是架构制程升级了,更强性能的内核便能适配上,这没有我们外界想得那么简单,当中还需要经过深入的研发和验证。

不知道是运气还是其他原因,华为海思并没有在麒麟芯片上采用过A57内核,而在这长达一年的时间里面,就像上面所说的,麒麟930很保守地采用8核A53的设计,依然是28nm的工艺,对于一颗旗舰机采用的芯片来说,这在当时市场是不可“原谅”的。当时所搭载麒麟930的华为P8、P8 Max等,回忆起体验也是比较卡卡的,给人感觉并不能算是一款高端旗舰手机,这与其A53效能不足也有很大的关系,华为当时背着很多市场的压力。

后来在一次采访中,华为华为Fellow艾伟先生向媒体说起当时的事情是很,他也颇具感概:“手机芯片规划如果能有这么轻松就好了,有时候可能每年都升级工艺,有时候可能2-3年工艺都不变。真正的挑战不是Tick-Tock,是给消费者带来新价值,消费者才不管这些。”

确实,大部分消费者并不会关注你芯片的配置,他们更关注的是体验,如果体验不好或者是致命的,这会给企业带来消极的影响。虽然从艾伟的描述中看出,华为有一定的运气成分,可是我相信企业在面临技术选择的适合,内部的思想斗争和最终决策还是经过了深思熟虑。

2015:麒麟再出发 强化拍照

关键词:16nm A72架构

在避开了A57后,华为海思早早就与台积电合作,谋划在2015年下半年这个时间点推出下一代麒麟旗舰处理器。2015年11月麒麟950规格公布(直接集成了4核ARM Cortex A72和4核ARM Cortex A53,率先采用全球最先进的台积电 16nm FF+工艺)。

梦回2012 华为的海思麒麟成长记

有人问麒麟940去哪了?在麒麟930推出后便有人预测下一代麒麟(麒麟940)的各种配置,同时传言下一代Nexus也会采用。可是最终麒麟940并没有面世,我们从跟华为海思人士聊到,他也并没有透露麒麟940的规划。可以确认的是华为内部必然有麒麟940的研发,不过并没有推出市场预估跟当时市场和技术不成熟有关。

甭管麒麟940是否存在,麒麟950的上市会是当时麒麟芯片再出发的象征,同时也从这一代产品开始,往后麒麟芯片更新的周期都是每年下半年,与Mate系列同步。这在产品周期上会领先其他竞争对手至少一季,因为同时期的骁龙820的相关要到2016年年初才会上市。

麒麟950采用了台积电的 16nm FF+ 制程,晶体管密度是上一代产品的 2 倍;集成 4 个 2.3GHz 的 A72 核心 +4 个 1.8GHz 的 A53 核心,GPU 为全新的 MaliT880 mp4,频率为 900MHz。根据华为公布的资料,A72 的性能比 A57 提升了 11%,功耗也降低了 20%;台积电 16nm FF+ 是标准的 16nm FinFET 的增强版本,前者的性能和功耗都比后者要好。另外,麒麟 950 还搭载了 i5 协处理器,并且划重点的是,这一代芯片采用的是华为自主研发的图像处理ISP,对于强化拍照体验有很大帮助。

从麒麟950开始,其用在了华为Mate 8身上,最明显的一个变化就是采用了自研的ISP模块,并且集成在SoC里面。自研的ISP模块使得华为可以从底层来优化照片的处理,呈现出漂亮的样张。

手机拍照的过程大致是:光线穿过镜头到传感器将光信号转化为电信号,传感器转化后的电信号经过ISP处理并存储为数字照片。我们照片时常说的图片的锐化、降噪、优化色彩等都是在ISP中处理完成的,除此之外,如今的ISP还肩负着实现相位、激光、反差等混合对焦运算以及提供对于双摄像头支持等的重任。

自研ISP的威力在2016年推出华为P9上开始呈现,2016年华为携手徕卡推出双摄手机,德味便开始流行起来。当时手机拍照要想取得突破其实很难,搭载徕卡双摄是一个卖点,也能获得徕卡在后期图片处理算法上的一些经验和技术,不过只有徕卡双摄并不够,当中自研的ISP作用是很大的。

事实上从P9开始,华为手机已经逐步进入手机拍照的第一梯队,包括后来的P10、P20、mate 9,mate 10等,在专业的相机评测网站DXO,均处于第一阵营,而最为突出的是今年P20系列的P20和P20 Pro更是领先一众旗舰机,突破100分大关,P20 Pro综合分数达到109,傲视群雄。

基带方面一直是华为比较有实力话语权的地方,不过这次麒麟950依旧非常保守地集成了前年的Balong 710,奉行够用就好的原则,这多少让人有一点可惜。

不过其实华为海思也在发布会同步展示了Balong 750,支持 LTE Cat.12、Cat.13 UL 网路标准,理论下载速率高达 600Mbps,上传速度也达到了 150Mbps。这说明并不是华为在基带通信方面的储备不足,而是华为海思一向走得相对保守的路线,考量有市场和成本技术等方面。

分析师潘九堂表示:“麒麟 950 最关键优势


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