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华为被ARM断供:塞翁失马焉知非福
2019-05-29 08:48:50  出处:中关村在线  作者:李志新 编辑:振亭   点击可以复制本篇文章的标题和链接

对于华为而言,2019年无疑是多事之秋。

多方合作纷纷被迫中止,其中最让人担忧的莫过于ARM也宣布停止和华为及其附属公司的所有业务往来,这意味着华为麒麟芯片或面临难产。

华为被ARM断供:塞翁失马焉知非福

针对外界的此项担忧,华为做出了回应:华为已经获得了ARMv8架构的永久授权,可以完全自主设计ARM处理器,掌握核心技术和完整知识产权,具备长期自主研发ARM处理器的能力,不受外界制约。

看到这里,相信很多朋友会有这样的疑问:ARMv8架构是什么?华为海思麒麟芯片与ARM又是怎样的一种关系?与ARM停止合作到底会不会影响麒麟芯片的研发与生产?

想要解开这些问题,我们不妨从手机芯片的源头说起。

要设计生产手机芯片 就绕不开ARM

什么是ARM?简单地说,它是是全球领先的半导体知识产权(IP)提供商。

其影响力大到目前全球约99%的智能手机都在使用 ARM 的芯片架构,可以说在数字电子产品的开发中处于核心地位。华为海思麒麟芯片正是在ARM架构的基础上进行再设计的产物。

为何ARM会有如此之巨的影响力?

原因在于ARM掌握着当前智能手机处理器运行的关键技术——处理器芯片中的指令集,即处理器所能执行的所有指令的集合。指令集加之对应的硬件规格被称为指令集架构。刚才所说的ARMv8即是ARM当前的指令集架构。

这时候有朋友也许会问:我平常也看到的芯片经常会说是几颗ARM Cortex-AXX核心构成,比如中端芯片上常见的A53、高端芯片上常见的A76,这又是怎么回事?下面一张图也许会解决你的疑惑——

华为被ARM断供:塞翁失马焉知非福

简单地说,ARM Cortex-AXX核心就是ARM基于指令集架构所做的微架构,也被称为公版架构。当前市面上常见的A76、A53等核心,都是ARMv8指令集架构的产物。

当然,对于技术有更高要求的厂商,往往都会对公版架构进行改版,或者完全不使用公版架构,比如高通骁龙的Kryo、三星Exynos的Mongoose,苹果A系列的Swift。华为海思当前的旗舰芯片麒麟980,采用的就是ARM Cortex-A76/A55的微调版本。

这时候就引发了另一个问题:为什么非要用ARM的指令集架构?用别的指令集架构不行吗?

答案是有,比如英特尔的X86架构。但从当前的智能手机软件生态环境来看,确实必须得用ARM的指令集架构,因为当前的两大软件系统——iOS、Android,都基于该指令集架构。

那么与ARM停止合作对麒麟芯片的研发有多大呢?刚才我们提到,华为已经获得了ARMv8指令集架构的永久授权,那么是不是就意味着ARMv9新版本上市前,华为麒麟新品就可无忧呢?

华为被ARM断供:塞翁失马焉知非福

我们来看当前的海思芯片,不难发现,麒麟芯片的微架构还没完全跳脱公版架构的范畴。如果ARM近期推出的全新微架构不包含在ARMv8指令集架构的永久授权内,那么麒麟芯片就将处于无新微架构可用的尴尬境地。

5月26日,中国工程院院士邬贺铨在2019年中国国际大数据产业博览会上表示,华为实际上已经很熟练的掌握ARM的设计以及架构的修改,拥有自主设计处理器的能力,因此也不见得非要ARM再继续提供V9,华为也可以对它进行升级。

按邬贺铨的表述来说,华为拥有升级架构的能力,所以并不是处于完全被动的状态。但是我们有这样的担忧:华为的升级速度能够赶得上ARM指令集架构的更新?华为的处理器设计能否完全跳脱ARM公版架构设计并追赶上ARM新微架构的性能表现?

不过好在ARMv8架构近两年应该不会出现迭代更新,下半年传闻的麒麟985也应该不会受到ARM停止合作的影响。这无疑为华为海思芯片提供了宝贵的缓冲期。

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从ARM发迹看海思发展 中国芯可有复制可能?

有句话叫“复制成功后来居上”,其实ARM的发展,也与一次买不到芯片的事件有关。那么ARM的成功,国产芯片可否复制呢?

1979年,被称为“英国的苹果电脑公司”的Cmbridge Processing Unit成立,主要业务是为当地市场供应电子设备。

次年公司更名为Acorn计算机公司。在设计产品的过程中,Acorn公司最先打算使用摩托罗拉的16位芯片,但造价过于昂贵。后将目标转向英特尔的80286芯片,但遭到了后者的拒绝。Acorn被迫研发芯片,这正是ARM芯片的开端

1985年,Acorn计算机公司第一代32位、6MHz的处理器面世,用它做出了一台RISC指令集的计算机,简称ARM(Acorn RISC Machine)。但同年10月,英特尔推出了80386芯片,性能吊打前者。不过好在也有所长,ARM芯片功耗更低。

不久后,Acorn公司被收购,1990年,ARM(Advanced RISC Machines)从原公司中独立出来。在成立的最初几年,ARM业绩一般,于是做出了一个堪称转折点的策略:不再生产芯片,转而以授权的方式,将芯片设计方案转让给其他公司。即IP(知识产权)授权的商业模式,收取一次性技术授权费用和版税提成。

这种模式的好处在于建立了一个ARM为核心的生态圈,可以与被授权厂商风险共担、利益共享,极大的降低了自身研发成本,并降低在研发中的风险。在这个过程中,ARM不断积累经验并改进技术。而不久后移动电话时代的来临恰恰成为ARM发展的黄金时期。

2007年,具有跨时代意义的iPhone面世,正是基于ARM指令集架构;2008年,Android面世,也是基于ARM指令集架构。自此ARM的大时代迎来了真正的开端。

不得不说的是,ARM能够如此成就,得感谢英特尔。这感谢不仅来自迫使Acorn自研芯片,还有英特尔拒绝了高通、苹果的合作。第一次感谢让ARM诞生,第二次感谢则定鼎了ARM在移动设备市场的霸主地位。

此时的华为,恰如当年Acorn被英特尔拒绝。这样的开端,无疑是痛苦的。那么华为有可能复制ARM的成功吗?

答案是:很难,至少在移动设备领域,很难。

智能手机用其它的指令集架构也不是完全没有可能,但难度极大,因为要改的不仅是一个指令集架构,而是在这个指令集架构下形成的整个生态链。

同理,新系统的开发也要面临生态问题,比WP系统失败有很大原因就在于软件生态的缺失;此前阿里云OS可以兼容Android软件也无疑是考虑到软件生态的发展。

移动设备市场目前已经成型,iOS系统和Android系统已经成为手机市场的垄断者,其它系统要么死亡,要么由于各种问题也没了声量。想要在两大系统的夹缝中成长,其难度不言而喻。

此外,ARM发展壮大的原因之一在于遇到了移动电话发展的风口。想要全新的指令集架构诞生并快速发展壮大,无疑需要一个全新的风口助推。下一个风口在哪,这大概是所有相关企业都在探索的问题。

中国芯症结在缺乏核心技术 被列名单的华为一枝独秀

其实上述华为海思芯片面临的问题,也是整个中国移动芯片产业都面临的问题:核心的技术没有掌握在自己手里。

ISSCC会议是世界学术界和企业界公认的集成电路设计领域最高级别会议,被认为是集成电路设计领域的"世界奥林匹克大会"。

在2018年ISSCC已接受的202篇论文数量中,来自中国内地的数量为7篇,占比仅3.5%,大会来自中国内地的参与者屈指可数。

再从源头来说芯片的生产。芯片的原料是非常便宜的二氧化硅,但问题在于需要提纯。可以用来做太阳能发电的低纯度硅我们可以做到出口,但能达到电子级别的极高纯度材料几乎完全依赖进口。

此外,在芯片的生产过程中需要使用光刻机。而在全世界范围内有能力生产光刻机的企业只有寥寥可数的几家,其中荷兰ASML公司堪称绝对霸主。

虽然一台光刻机造价成本昂贵,但是英特尔、三星和台积电等国际芯片制造厂商早已经将ASML的产能预定一空。

不过好在,中国芯不管是芯片设计还是生产,都已经有了迅猛的长进。

我们有较强的芯片设计能力,比如华为海思的麒麟芯片,性能水平已经达到了一流层级;我们也有较强的芯片生产能力,比如在全球最先进的可量产的7纳米芯片工艺上,中微半导体是全球五大刻蚀机供应商之一,并已进军5nm领域。

在芯片设计领域,本次被列入“实体名单”的华为,旗下的海思半导体实际上已经成为中国自主芯片设计的代表,其涉及领域包含SoC芯片、5G通讯芯片、AI芯片、服务器芯片、其他专用芯片五大类。

其中包含我们熟知的手机Soc麒麟、5G终端芯片巴龙、AI芯片昇腾、服务器芯片鲲鹏、IoT芯片凌霄等,有网友笑称,华为注册了一本山海经。

华为被ARM断供:塞翁失马焉知非福

说起手机SoC麒麟芯片,相信大家都不会陌生,然而它的开端并非一帆风顺。

2009年华为海思推出GSM低端智能手机解决方案,应用处理器名称为K3V1,2012年推出的K3V2号称是全球最小的四核ARM A9架构处理器,但由于种种问题均为得到市场的认可。

直到2015年16nm FinFET Plus工艺制造的中低端芯片麒麟650发布,才带动了荣耀5C等机型的千万级销量。

2015年,麒麟950面世,在性能优势和工艺优势上成功领先高通半年;2016年,麒麟955推出,其搭载机型华为P9系列旗舰机型销量破千万;2017年,拥有独立人工智能神经网络NPU的麒麟970面世。

2018年,再次进化的麒麟980更是以七个全球首款成为万众瞩目的存在——

1、全球最早商用TSMC 7nm工艺的手机SoC;

2、全球首次实现基于ARM Cortex-A76的开发商用;

3、全球首款Mali-G76 GPU;

4、支持全球最快的LPDDR4X内存;

5、全球首款双核NPU;

6、全球率先支持LTE Cat.21,峰值下载速率1.4Gbps;

7、全球最快的手机WiFi芯片Hi1103,率先支持160MHz带宽,理论峰值下载速率可达1.7Gbps。

华为5G芯片:天罡&巴龙

华为5G芯片也是被广大消费者熟知的一大亮点,其中包含5G基站核心天罡芯片和我们熟知的终端芯片巴龙5000。

前者是业界首款5G基站核心芯片,实现基站尺寸缩小超55%,重量减轻23%,功耗节省达21%,安装时间比标准的4G基站,节省一半时间,有效解决站点获取难、成本高等挑战。后者则具备1个世界领先和5项世界之最——

华为被ARM断供:塞翁失马焉知非福

领先:集成2G、3G、4G的多模单芯模组;

之最:1、下行链路速度4.6Gbps,上行速度2.5Gbps;2、首个上行/下行解耦多模终端芯片;3、首个同时支持NSA和SA架构的芯片组;4、最快的高峰下行速度;5、首个5G芯片上的R14 V2X。

华为AI芯片:昇腾

AI芯片已经成为当前的半导体热门话题之一,原因在于传统处理器性能面临物理极限带来的增长疲软,而日益提升的专业化要求超过了处理器性能的增长速度。这时候,采用专用协处理器来提升处理性能成为了非常好的解决方案。AI芯片即这种协处理器的一员。

2018年10月,在华为发布了昇腾910、昇腾310两款AI芯片,该两款芯片均采用了华为开创性的统一、可扩展的架构——达芬奇架构,实现了从极致的低功耗到极致的大算力场景的全覆盖,目前全球市场上还没有其它架构能做到。

值得一提的是,昇腾910用于数据中心服务器,基于7nm工艺制程打造,是全球已发布的单芯片计算密度最大的AI芯片,性能表现超过英伟达最强芯片AI V100。

华为服务器芯片:鲲鹏

服务器被称为网络的灵魂,起核心部位正是处理器。华为的服务器芯片照样大放异彩,其2019年1月发布的鲲鹏920服务器芯片,性能跑分超出之前业界标杆产品的25%,能效提高30%,但功耗反而降低,目前在性能上已经达到行业领先水平。

此外,鲲鹏920双端口设计使得这款芯片的速率达到业内主流产品的两倍,搭载的内存宽带超过业界主流46%,网络宽带提升四倍。此前的服务期芯片技术一直被美国垄断,鲲鹏920芯片的推出无疑大大提升了国产服务器竞争力。

小门类专用芯片

在路由器芯片、NB-IoT芯片、IPC视频编解码和图像信号处理的芯片等方面,华为也所有建树,比如全球领先的窄带物联网无线通信模块利尔达NB-IoT模组、用于家庭接入类的产品凌霄系列等等。

为何华为海思能有这样的成就?其实这源自华为在芯片产业方面的高瞻远瞩。早在2004年,现在的华为海思总裁何庭波就收到了任正非下达的一条“吓人”命令:“我给你四亿美金每年的研发费用,给你两万人。一定要站立起来,适当减少对美国的依赖。”

“所有我们曾经打造的备胎,一夜之间全部转“正”!多年心血和努力,挽狂澜于既倒,确保了公司大部分产品的战略安全、大部分产品的连续供应。”何庭波在发给海思员工的内部信里这样写到。

随后余承东在朋友圈发出了这样的评论:“消费芯片一直就不是备胎,一直在做主胎使用,哪怕早期K3V2竞争力严重不足,早年华为消费者业务品牌和经营都最困难的时期,我们也始终坚持打造自己芯片的核心能力,坚持使用与培养自己的芯片。”

技术成本分摊助推独立难度 中国芯任重而道远

在上文中我们提到,ARM转换模式,由原来的处理器的全线生产转换为IP授权的商业模式,这为ARM极大的降低了生产成本和研发风险,也正是这种模式成就了如今移动电子设备不可或缺的ARM。其实这种分工式的思维,已经广泛应用在了当前的处理器产业中。

比如华为海思麒麟处理器的研发生产,首先要从ARM拿到指令集架构的授权,然后经由多方技术聚合并深入研发,设计出符合自家产品的Soc方案,再将方案交由芯片生产代工厂台积电生产。在这方面,不止华为,苹果、高通等芯片巨头都采用这种分工合作的生产模式。

当然也存在把持着从设计、制造、封装、测试、销售整个链条的芯片巨头,这种厂商被称为IDM,即整合设计制造商。

其中代表就是美国的芯片巨头英特尔。但并不是所有半导体企业都有能力支持整个链条的庞大资金投入和时间投入,所以产业分工合作在所难免。

举个例子来说,为何光刻机成本高昂但还供不应求。光刻机被誉为人类最精密复杂的机器,站在整个半导体行业食物链的制高点。

其行业霸主荷兰ASML的成功并不是一蹴而就的,而是西方世界无数寡头和财团用经费鼎力支持烧出来的。所以对于当前大多数半导体企业,没有能力去做一个完整链条,当然也没必要。

当然也正是这样的“没必要”,让大多数半导体企业习惯了分工合作的生产链条并对其产生了必不可缺的依赖性。

虽然中国芯在各个层级都不算完全空白,但仍依赖于全球化分工合作的中国芯片不能不承认还任重而道远。

不过,有空白就有潜力。虽然芯片的设计根源、生产技术、产业运行模式已经出现了看似明确的架构定位,但这并不意味着芯片产业就此定型,未来全新的风口无疑还拥有十分广阔的想象空间,比如AI芯片和5G芯片,对于未来的正确预判将决定中国芯的希望与崛起。

华为被ARM断供:塞翁失马焉知非福

有传闻称,华为正在投入一款名为RISC-V的全新指令集架构研究,相比于ARM高昂的授权费,前者的优势在于免费开源。

加之华为拥有自主研发设计芯片的能力和自研系统“鸿蒙”的传闻,一个全新架构的芯片和一个全新的系统生态或许正在孕育之中。

写在最后

ARM与华为停止合作对海思麒麟芯片有多大影响,看到这里相信大家也有了一个较为清晰的判断。

但塞翁失马焉知非福,ARM的停止合作也并非完全是件坏事,至少它为中国芯片的发展敲响了警钟,让我们清晰的意识到,没有核心技术的发展永远都是不可靠的,中国芯片产业如何摆脱外部势力的掌控亟需我们去面对和解决。

也许,这也正是中国芯发展的最好时代。

华为被ARM断供:塞翁失马焉知非福

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