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自研芯片有多难?回顾麒麟发展史,所长直呼“太难了”!

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请称呼我所长  搞机社达人  发表于 2019-10-15 19:17:34 来自:浏览器

最新回复 6 天前

本帖最后由 请称呼我所长 于 2019-10-16 17:02 编辑

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随着Mate30系列手机的发布,华为的旗舰机又成为了机友们热议的对象。在近年历次华为旗舰手机的消费者调查中,作为支撑华为手机商业成功的重要力量,麒麟芯片越来越受关注。但实际上麒麟一路走来的艰难险阻,只有经历过的人才有深刻体会。本期所长就来和大家分享一下,通过 2003 年以来的若干小故事,来探究麒麟的奋斗和变革历程。


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4G LTE Modem:
星星之火,可以燎原

2010年 12 月,一个天寒地冻的日子,几个中国年轻人带着 CPE(客户终端设备)在德国郊区做户外信号测试。到现在,大家还记得户外冷冰冰的食物和水,记得全身冷到僵硬的感觉,但记忆最深刻的,还是测试过程中大家一起奋斗的那股干劲儿。他们当时测试的,是华为第一代商用 LTE终端芯片巴龙 700,内部代号叫北极星 Polaris。他们希望“北极星”能够指引胜利的方向。

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华为无线终端芯片要从 2003 年说起。那时,公司决定研发用于 WCDMA(宽带码分多址)的手机芯片——代号是梅里。可惜这个项目不太成功。2007 年中,公司正式宣布停掉梅里项目。 2007 年底,华为无线产品线研发4G 网络设备需要配套的 4G测试终端。

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大量年轻人的涌入,才实现了 4G乃至 5G Modem 芯片的“星星之火,可以燎原”。 新鲜血液的加入,不仅带来了成熟的 SoC(片上系统)架构和电路设计经验,还带来项目开发的新思维,他们的心中始终燃烧着一团熊熊烈火。但不论团队如何热情高涨,艰难困苦一如既往地在前面等着大家。

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第一代 LTE 单模 Modem巴龙 700:是 25Mbps,还是100Mbps ?

在定义第一代 LTE 芯片巴龙 700的最高速率时,大家在25Mbps(传输速率单位,兆比特每秒)和100Mbps 之间摇摆不定,当时 HSDPA(高速下行分组接入)的下行峰值速率在 3.6 Mbps 左右,有些人觉得 LTE 做 100Mbps 太高了,能做到 25Mbps 就行这是。这是一款 LTE 单模芯片,支持LTE FDD/TDD(频分双工 / 时分双工),不支持2G/3G。Sean 和 William团队完成了巴龙 700的交付,德国的运营商同意采用基于巴龙700 平台的 CPE,4G 巴龙芯片获得了一次宝贵的机会。


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在当时业界已经推出多模芯片的背景下,一款单模 LTE 芯片能够获得德国运营商的认可,实属不易。 借此契机,华为充分发挥端管协同优势,成功支持德国几家重要的运营商利用 DD800MHz“数字红利频谱”在全德范围内部署移动宽带网络,巴龙700 成功在夹缝中打开市场。

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开头提到的在德国郊区进行信号测试,就是这个时候。 趁热打铁,基于对中国移动 TD LTE 频段的支持,巴龙 700 在上海世博会演示的即摄即传体验峰值速率达到了 100Mbps,海思也成为最早完成工信部 TD LTE 测试的厂家。基于巴龙 700 的数据卡还支撑华为网络完成在日本运营商的拓展。这就是 LTE 单模三年技术攻关播种下的革命火种。

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第一代LTE多模Modem 巴龙710:选择成熟的3G架构,还是面向未来的 LTE 架构?

2012 年,多模已经成为行业主流,业界 LTE 芯片已经做到第二代,甚至第三代,海思也迅速转入多模 4G LTE 芯片巴龙 710 的研发和攻关。这时他们遇到了多模 Modem 架构选择的问题。 但最终决定:采用 4G LTE 架构,把 2G/3G 功能融入进去。这使得功能更加强大,但难度更高。正是这次选择,奠定了巴龙 LTE 未来芯片的清晰演进路线,从 LTE Cat. 4 的 150Mbps,到 Cat. 6 的300Mbps,再到Cat. 12 的 600Mbps,整个架构支撑了华为无线终端芯片在 LTE 上的持续演进。

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万里征程:从 4G LTE 迎头追赶,到 5G 时代全球领先

2013 年 CES(国际消费类电子产品展览会)期间,公司从产品竞争力的角度出发,决定把 Modem和 AP 合起来,选择走SoC的发展道路。从巴龙 720 开始,巴龙 750、巴龙765 等后续产品逐渐走上正轨,随后推出的每一代产品几乎都实现了业界最强的规格,在LTE时代站稳脚跟。 2019 年 1 月 24 日,华为正式面向全球发布业界领先的 5G 多模终端芯片——巴龙5000和基于该芯片的首款5G商用终端——华为 5G CPEPro,领航5G 时代。


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日本客户对 Modem 产品向来要求特别严格,巴龙以过硬的规格和性能赢得日本运营商客户的信任和赞赏 5G 的形势和 4G 相比已经大不相同。在巴龙 5000 与网络系统设备商联调的过程中,Sean 和 William 及团队听到最多的反馈就是“你们真的很快”。2019 年 6 月 28 日,中国移动发布首份5G芯片和终端评测报告,巴龙 5000 不论在网络兼容性、吞吐率上,还是在续航上,都一骑绝尘。

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经过 4G LTE 时代艰苦卓绝的奋斗和积累,巴龙 Modem 芯片终于在市场上喊出了自己的声音,也让行业内的其他厂商刮目相看。“做全球最好的 Modem”成为现实。

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麒麟 920:
初露锋芒,爆款产品是如何诞生的?

华为爆款手机 Mate 7 刚发布后甚至出现了一机难求的情景。它搭载的就是脱胎换骨了的麒麟 920。那么麒麟 920 是如何诞生的?在它之前,经历了什么?在它之后,又发生了什么

历经昏天黑地的艰难攻关,华为推出了首款手机 SoC 麒麟910,支撑 Mate 2、P6 S、P7、H30 等手机规模发货,获得了良好的口碑。 麒麟为上古时期灵兽,聪慧、祥瑞,拥有来自东方的神秘力量,赋予芯片非凡的智慧和强大的力量。麒麟 910 开始了华为手机 SoC 时代,而最大突破却是来自麒麟 920。 麒麟 920 和麒麟 910 几乎是并行开发和交付的,但它的诞生却是一波三折。  

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麒麟 920 采用了 ARM big.LITTLE(大核 CPU 与小核 CPU 相结合的CPU 架构设计)架构,四个大核 A15,确保强劲的性能;四个小核 A7,确保优秀的能效。这是当时业界最先进的八核架构,性能和功耗完美均衡。Benchmark(跑分)和操作体验全面领先,一举超越多家竞争对手。

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2014年春天,麒麟 910 经历了艰苦的攻关,搭载麒麟 910 的几款手机(尤其是 P7)基本上赢得了消费者不错的口碑在这种情况下,麒麟 920 的表现尤其值得期待。 2014 年 6 月 6 日,麒麟 920 在华为北研所发布。没人会想到,这样一款强悍的产品是在华为院士艾伟的自黑中开始的。只有很少的专业媒体受邀参加了本次发布,他们已经被这款产品所震撼。随后,2014 年 6 月底发布的荣耀 6,以及 9 月份发布的华为 Mate 7,成为爆款手机,进一步提升了麒麟 920 的声誉和影响力,它被誉为“国产最强芯”。

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此后,大家对 SoC 手机芯片的开发更加有把握,更加自信,也更加出神入化。 2014 年 12 月,麒麟 620 发布,这是华为首款 64 位的手机SoC,其支撑的荣耀6X 手机成为公司首款出货量超一千万台的手机。 2015 年 3 月,麒麟 930 发布,采用了性能和功耗更为均衡的 A53 核,巧妙跳过了手机上的“火炉”A57。2015 年 11月,麒麟 950 发布,业界率先导入 16nm FinFET顶尖工艺,这是中国半导体厂商第一次站上了半导体工艺的最前沿。 2016年 4 月,麒麟 650 发布。这是业界首款在中档位手机SoC 上导入 16nm FinFET 顶尖工艺的芯片,并且实现了全模,1 6nm 顶尖工艺支撑麒麟 650 更长的生命周期,成为海思首款出货超亿套的手机 SoC 芯片。

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最终 CDMA 制式在麒麟 650 上成功交付,也为后面所有的麒麟芯片的全网通制式扫清了障碍。此后,麒麟 950、960、970、980 等在通信规格和性能上一直高歌猛进,并延续到 5G 时代。

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麒麟 950:
跨越自我,从鲁莽时代到业界 Tier 1

2015年秋天,史上最牛的跨越之作麒麟 950 即将量产。为什么说麒麟 950 是一款超越之作?是因为它在很多方面实现了很大的跨越,不仅超越了自己,而且超越了同时期的业界其他旗舰。比如:
1. 第一次站上了半导体工艺的最前沿,导入 16nm FinFET 顶尖工艺。



2.首次自研 ISP(图像信号处理)并商用 , 确定了华为手机在拍照领域的领导地位。


3.首次商用 ARM 最新 CPU、GPU(图形处理器):麒麟950首次商用 ARM Cortex A72 CPU 和ARM MaliT880 GPU,在性能上实现了新的突破。

4.新一代自研射频芯片 Hi6362,支持更广泛的全球漫游。

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一款手机 SoC 芯片,通常是提前 2~3 年开始研发,从规划、设计到生产,环环相扣,每个环节都很重要。2014 年中,无线终端芯片业务部完成组织架构调整,可以说麒麟 950 是组织结构优化调整后第一个真正意义上的芯片团队和解决方案团队通力配合研发出的产品版本。

先进工艺:提前布局决战巅峰

作为一家半导体设计公司,海思对先进工艺的追求是锲而不舍的,而先进工艺又是最难的。按照提前 2~3 年立项的时间节奏,2013 年,海思就开始规划麒麟 950,工艺是一项重要规格。那时手机芯片的主流制造工艺是 28nm。对于 2 年后要上市的麒麟 950,海思如何选择? 为什么选择 16nm FinFET ?

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持续数十年的 Bulk CMOS(体效应互补金属氧化物半导体工艺)工艺技术在 20nm 走到尽头。20 世纪 90年代发明 FinFET 技术,到2015 年FinFET 技术量产,这中间却用了近 20 年的时间。 海思很早就意识到了手机芯片工艺的技术极限

台积电:为什么要和海思在顶尖工艺上合作?


海思作为大陆领先的芯片设计厂商,在台积电有着优秀的量产纪录,和台积电有着良好的合作关系。那时,华为手机已经决定做自有品牌高端手机,而其他领先芯片设计公司大多选择了在其他代工厂生产,台积电迫切需要一个与之抗衡的大客户,这个大客户很可能就是海思。可以说,台积电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,深刻地意识到此次合作对于双方的战略意义,于是选择海思作为 16nm 全球首发芯片合作伙伴,麒麟 950 终于拔得 16nm 头筹。

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最终,华为在 16nm FinFET 工艺上,在 2014 年 4 月实现业界首次投片——在海思的网络处理器 Phosphor 660(它就是现在的鲲鹏 920 的前身)上,2015 年 1 月实现量产投片——在麒麟 950 上,并于 10 月实现量产发货。麒麟 950 终于实现了 16nm FinFET 工艺的率先商用。从 FinFET 技术概念的提出,到今天 16nm FinFET 技术在华为麒麟芯片得到商用,20 年的过程艰难又曲折。 自此,海思开启工艺领先之路。麒麟 960 第一次在封装工艺上站上业界最前沿,并且其安全性达到了金融级安全标准。

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2016年11 月,麒麟 960 荣膺第三届世界互联网大会“领先科技成果”。麒麟 970 采用了当时业界最顶尖的 10nm 工艺。但更重要的是,麒麟970 首次在手机 SoC 中集成了专用 NPU(嵌入式神经网络处理器),开启了端侧 AI 行业先河,其难度也是非常大的。麒麟 980 是业界首款 7nm 工艺的手机 SoC 芯片。7nm相当于 70 个原子直径,逼近了硅基半导体工艺的物理极限,麒麟980 实现了在针尖上翩翩起舞。

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ISP:全球人才布局
麒麟拍照如何做到从追赶到一骑绝尘?

在麒麟 950 之前,华为没有自研的ISP。早在 2011 年,就有人反映华为手机拍照功能不尽如人意。在一次高层会议上,任正非问海思总裁何庭波:“为什么华为手机的拍照不强?”何庭波说:“我们缺乏自研 ISP。”任正非说:“为什么不投资做自研 ISP ?”何庭波说:“没钱。”任正非说:“没人投,我投!” 经过多方论证和准备,2012 年,麒麟团队终于启动了自研ISP 的立项,商用目标是 2015 年的麒麟 950 及Mate 8 手机。

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经过 3 年多的艰难攻关,在 2015年推出的麒麟 950 上,海思第一代自研 ISP 正式亮相。这次自研 ISP 不负众望,支持 14bit 双ISP,吞吐率性能提升 4 倍,高达 960MPixel/s(每秒百万像素),让 Mate 8 手机拍照效果实现了大幅提升。但 Roc 的团队几乎一口气都没有歇,立即投入 P9 的拍照能力的攻关。它们两个最大的不同是:Mate 8只考虑单摄像头,而 P9 是双摄像头,所以需要修改架构。终于,到第二年第一季度,自研 ISP 技术与徕卡双镜头“双剑合璧”,助力 P9、P9 Plus 成为 2016 年的明星手机产品,黑白彩色双摄开启了华为手机拍照优势的新篇章。

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事实证明一切,麒麟 960 拍照性能继续提升。麒麟 970 不仅ISP 性能得到提升,还开创性地融入了 AI,搭载麒麟 970 的华为Mate10 和 P20手机都分别冲上了 DxOMark(法国知名图像处理软件 DxO公司推出的成像质量排行榜)榜单第一;而 P20 pro 更是在DxOMark 榜单第一的位置上稳居一年多,直到被后来的搭载麒麟 980 的 P30 pro 超越。 唯坚持,得突破。选择最难走的道路,看最美的风景,这需要智慧和勇气,更需要巨大的努力和付出。

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看完了所长的介绍,机友们是不是感慨于华为麒麟芯片研发的艰难?每一代麒麟的演进,都“太难了”,但即使是在最难的时刻,团队也没有放弃对创新的追求。麒麟为什么能成功?是因为大家长期坚持追求三个词:Focus(聚焦)、Persevere(坚持)、Breakthrough(突破)。所长相信在这种信念的带领下,海思麒麟一定会越做越好,抵达世界的顶峰!

(本文源自微信公众号:心声社区)

=====THE END=====

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清风枫  已臻大成  发表于 2019-10-15 19:35:15 来自:荣耀V10 我AI的快
1楼?
风格附属过  独步江湖  发表于 2019-10-15 20:45:21 来自:荣耀V10 我AI的快
板凳!!!海思的历史就是一幅奋斗的画卷!

点评

帮帮你  发表于 2019-10-19 21:32
怎么帮?  发表于 2019-10-19 22:56
送你上去  发表于 2019-10-19 23:54
宝贝菡6  已臻大成  发表于 2019-10-15 23:07:58 来自:荣耀9 美得有声有色
没地板坐了

点评

曾经的mate7用过 5年基本应用流畅  发表于 2019-10-15 23:10
huafans01240476133  炉火纯青  发表于 2019-10-15 23:10:26 来自:荣耀9 美得有声有色
没想到从垃圾920到牛笔一沓的980只用了4年,真牛皮

点评

现在好像已经990了吧  发表于 2019-10-19 12:57
990都出来了  发表于 2019-10-19 14:03
最新的990  发表于 2019-10-20 19:57
每天荣耀  荣耀少年  发表于 2019-10-15 23:14:44 来自:华为Mate30 Pro
七楼风景好
huafans01184110090  独步江湖  发表于 2019-10-15 23:17:32 来自:荣耀9X
加油
huafans01354338140  新学乍练  发表于 2019-10-15 23:27:21 来自:荣耀10青春版
710呢……

点评

710就算了 连660都打不过  发表于 2019-10-19 14:03
华为搭载710的手机里,配合华为系统的优化效果,使用效果似乎不输660的手机哦,反正我的千元手机还是挺流畅的,没有那种卡成狗的情况,当然除了微信!  发表于 2019-10-19 19:16
华为芯片永远只追9字头的,7字头8字头逗他吗忽悠人的***  发表于 2019-11-20 18:23
huafans01368380375  登堂入室  发表于 2019-10-15 23:27:39 来自:荣耀9X
990呢
明明是你33  炉火纯青  发表于 2019-10-15 23:29:54 来自:华为P30 Pro
去沙漠买沙子的

点评

沙子太滑了,能干啥用|・ω・`)  发表于 2019-10-18 23:07
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