麒麟990系列芯片发布，为你揭示九死一生的华为海思芯片发展史

　　9月6日华为在德国柏林消费电子展上，面向全球推出最新一代旗舰芯片麒麟990系列，包括麒麟990和麒麟990 5G两款芯片。
　　麒麟990 5G的发布引起舆论和公众极大关注，小小芯片，却是多个行业第一。它是华为推出的全球首款旗舰5G SoC，是业内最小的5G手机芯片方案，基于业界最先进的7nm+ EUV工艺制程，首次将5G Modem集成到SoC芯片中；率先支持NSA/SA双架构和TDD/FDD全频段，充分应对不同网络、不同组网方式下对手机芯片的硬件需求，是业界首个全网通5G SoC。
　　而提到麒麟芯片，就不能不说起它的母公司——颇为神秘的华为海思。华为海思成立于2004年10月，它的前身可以追溯到1991年华为设立的ASIC设计中心，专门负责设计＂专用集成电路＂（Application-specific integrated circuit，ASIC）。海思的英文名是HiSilicon，Silicon是硅片、半导体的意思，而HiSilicon就是海量芯片的意思，我们可以看到海思在半导体行业深耕的目标和决心。
　　如今，海思已经掌握了国际一流的IC设计与验证技术，拥有先进的EDA设计平台、开发流程和规范，成功开发出200多款自主知识产权的芯片，申请专利8000多项，成为全球领先的Fabless IC半导体与器件公司。除了手机SoC芯片之外，海思的芯片与解决方案还覆盖通信、智能终端、视频、物联网等多个领域，享誉全球。
　　然而在成立初期，海思却面临着很大的压力，毕竟竞争对手一下子从爱立信、诺基亚等系统公司升级到高通、博通、Marvell等一系列国际芯片巨头，迎接海思的是技术困境与资金困境两座大山。海思是如何一步步打破困境，实现全面崛起的呢？今天，我们深挖麒麟芯片的历史沿革，来看看一代芯片巨头的攀登之路。
　　做一颗SoC到底有多难？
　　SoC是System-on-a-Chip的字母简写，也就是＂片上系统＂。 通常来说，智能手机芯片主要由应用处理器AP（Application Processor）和基带处理器BP组成。
　　AP负责操作系统、用户界面和应用程序的处理，主要包括CPU和GPU等，其综合水平决定了手机产品的性能边界。而Modem主要包括基带和射频部分（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。大多时候，厂商通常会把射频芯片和基带芯片放在同一个芯片中，实现物理上的合一，将之统一称为基带芯片。
　　总结一下，CPU、GPU、ISP所在的AP部分，通信基带、射频所在的BP部分以及其他芯片（电源管理芯片、音频等）部分，都会被整合到一起，形成一颗高度集成的SoC。
　　那么，做一颗SoC到底有多难呢？有业内人士曾经感慨，＂手机芯片是民用消费品里面最难做的，基本上最尖端的科技、最影响用户直观体验的技术要全部发挥到淋漓尽致，才有比拼的实力＂。华为Fellow艾伟也曾表示，＂每一代产品都会遇到工程技术上的挑战，从麒麟 920、麒麟930、麒麟950、麒麟960、麒麟970，麒麟980……一路走来，甚至有九死一生的感觉＂。
　　芯片研发是一条充满选择的道路，工艺的选择，核的选择，包括通信规格的选择，每一步都如履薄冰。对于海思来说，一步踏错的结果不仅会影响自身发展，更直接关系到千千万万华为手机用户。这样一条只许成功不许失败的荆棘之路，绝对算得上九死一生！
　　自主研发 华为海思见真章
　　要在一部只有手掌大小的智能手机上实现满足人类信息化生活的大部分功能，系统级芯片（SoC）设计极其复杂。
　　首先，一款手机SoC要集成上百种IP，要按时完成设计，架构设计上既需要避免各个模块互相耦合以降低设计复杂度，同时还需要保证各个模块配合工作时可以发挥出最佳性能，对设计人员是很大的挑战。其次，要控制手机的功耗，提升手机续航能力，实现手机的最佳能效比。要做到这两点，除了准确掌握ARM等厂商的产品开发进度外，还需要自研很多核心器件，同时软硬件协同能力也需要足够强劲。
　　例如全链路QoS技术，保证优化CPU&GPU对Memory访问性能的同时，不出现显示花屏、拍照花屏等情况；再次，封装能力，麒麟高端SoC均采用业界主流的POP（Package On Package）封装技术，实现DRAM和SoC的3D堆叠，既可提高集成度，确保产品的轻薄短小，又可保证高性能的高速存储，是一项非常复杂的封装技术。最后，还不能忽略先进的制造工艺，需要芯片厂商从技术和应用角度跟进。
　　麒麟芯片的CPU是基于ARM指令集设计的，但是麒麟SoC并不是完全采用的公版CPU。ARM提供的核只是一个标准化的软核，整个SoC基础架构包括CPU、互连和Memory系统三个部分，目前的麒麟SoC里面，互连和Memory都是海思自己做的。ISP和通信Modem等硬件也是自己研发。尤其是自研的通信Modem，提高通信模块和系统之间的数据交互效率和可靠性，让华为和荣耀手机实现了性能和功耗的高度平衡。可以说，基带集成的能力代表着芯片厂商的SoC开发水平，而麒麟芯片已经毫无疑问站在了全球领先的第一阵营。
　　2007年华为海思推出巴龙系列首款芯片。3G时代，巴龙Modem就已经开始探索，逐步解决性能、功耗、传输时延和成本方面的技术难题，通信规格不断升级。值得一提的是，巴龙在3G时代很快就以上网卡的产品形态进入全球顶级运营商，在全球范围内获得好评。而4G时代推出的LTE芯片，更是在多项核心技术规格上一路领先。
　　有了这些沉淀和积累，才能让巴龙芯片在5G时代一鸣惊人，站稳通信Modem第一梯队，推出全球最快的5G芯片巴龙5000，速率和规格创下多个第一。
　　麒麟芯片研发史就是一部通信技术攀登史
　　华为海思芯片发展至今已经有十余年时间，从最初K3V1的挣扎上线，到现在发布领先行业的手机SoC麒麟990。背后既有华为海思长期积累、一以贯之的努力，也有不同时间节点取得的阶段性飞跃。
　　麒麟+巴龙芯片历程图
　　早在2009年，初出茅庐的海思就曾经推出过一款AP芯片——K3V1，2012年推出业界体积最小的高性能四核A9架构处理器K3V2，性能已经赶上主流水平，和三星猎户座Exynos 4412相当，通信方面，这款芯片甚至比高通2013年4月实现LTE Cat.4提前了一年半，实力相当出色。
　　2014年，海思推出第一款手机SoC麒麟910，初次在SoC市场崭露头角。使用当时主流的28nm HPM制程工艺，向芯片的设计探索迈出关键一步。然而麒麟910的研发过程充满艰难，尤其是TD-SCDMA制式的规格曾面临重大难题，当时海思在这一规格上没有人力、没有经验、没有技术储备。一个通信制式的研发是需要几百人的，但是据了解，海思最终只用了几十人的团队就攻克了这一挑战，即便是在大雪天，研发人员也自己开着车出去跑外场测试，这种不畏挑战的勇气和担当，是海思能够取得成功的重要基础。
　　2014年6月，海思正式发布麒麟920。全球首次商用LTE Cat.6，业界最先进4*A15+4*A7的八核异构架构，性能非常强悍，满足了3G向4G转换时期用户对上网体验的需求。那一年，搭载麒麟920的荣耀6、荣耀6plus、Mate7成为一代神机，荣耀6 Plus成为首个双摄手机，Mate7成为国家领导人用于赠送外宾的礼品。业界普遍认为，正是麒麟920和搭载它的几款手机的成功，初步奠定了麒麟芯片在4G时代的市场地位，也为华为和荣耀手机品牌的崛起发挥了重要作用。
　　（左：Mate 7，右：荣耀6 Plus）
　　麒麟920之后，海思快速推出了麒麟930。这款芯片集成8核A53，是业界首款支持安卓平台64位生态的处理器，这一做法领先高通半年之久，是手机芯片迈入64位时代的开端。2015年面临工艺选择的时候，海思大胆地选择了最先进的16nm FF+工艺降低功耗，成为全球首个16nm的手机SoC。在麒麟950这一代上，海思终于做到了全球首商用16nm工艺，第一次在工艺方面站在业界最前沿。可以说，在麒麟950之前，海思还是草莽时代；麒麟950之后，海思则跨入第一阵营。在后续的先进工艺演进路标中，麒麟芯片工艺一直处于业界最领先的地位，麒麟960在16nm上持续改进，麒麟970和麒麟980都实现了10nm和7nm的全球首商用。工艺的领先，有效保障了麒麟SoC的最优性能与能效，为更加复杂的芯片设计打好基础。
　　2016年对于海思来说是非常重要的一年，其推出的麒麟960各方面综合性能均达到业界一流水准，麒麟9系列芯片也正式跻身行业顶级芯片市场，与高通、苹果形成三足鼎立的态势。当年，搭载麒麟960的Mate 9系列、P10系列、荣耀9、荣耀V9等手机在市场上取得了巨大的成功，麒麟960功不可没。
　　到2017年9月发布的麒麟970，则首次在SoC中集成了人工智能计算平台NPU，开创端侧AI行业先河。据了解，一开始在AI拍照的场景研发过程中，当NPU和ISP并发时，功耗非常高，内部曾一度打算放弃NPU，后来海思的解决方案团队想到了解决方案，为广大用户的AI拍照体验提供技术保障。不仅如此，麒麟970还创新设计了HiAI移动计算架构，这是业界终端侧第一个继承全功能AI业务的架构，将NPU、GPU、DSP的能效和功能得到最大程度的释放。正是从麒麟970开始，海思正式开启AI探索前进之路，为华为的全场景智慧战略打下坚实的技术基础。
　　麒麟980的推出，更是朝AI智慧手机的进化方向上再迈出了重要一步，在逼近硅基半导体工艺物理极限的7nm尺寸上实现最强性能，海思让业界看到芯片性能广阔的发展空间。AI体验方面，麒麟980更强的AI计算力带来了更加具有实时性的AI体验，如AI人像留色、实时AI卡路里识别、AI购物等功能都给广大手机用户带来革命性的智慧体验。
　　麒麟990 5G：全球首款旗舰5G SoC芯片
　　首发搭载麒麟990系列芯片的华为Mate30系列，将于9月19日在德国慕尼黑全球发布。这预示着，华为端到端的5G体验将走进用户手中，真正进入商用阶段。
　　过去十年，华为在端（终端）、管（网络）、云（云服务）、芯（芯片）侧持续加大对5G相关技术的投入。截至2019年3月底，华为投入5G研发的专家工程师有2000多位，在全球已经建立十余个5G研究中心，向欧洲电信标准化协会ETSI声明2570族5G领域基本专利，占全球该领域的17%，居全球第一。当前，华为已在全球30个国家获得了46个5G商用合同，5G基站发货量超过10万个，居全球首位。
　　站在华为5G战略来看，华为从端、管、云、芯等不同维度，持续构建5G端到端卓越体验。麒麟990的发布，又预示着一个新时代的开始。它不仅是全球首款旗舰5G SoC芯片，在5G商用元年率先为消费者提供卓越的5G体验。同时它也是华为5G战略的重要组成部分，全新一代的5G通信技术，将凭借其高速度、低时延和高可靠性的优势，继续降低社会成本，提升社会效率，缩小数字鸿沟，它也将催生更多强大的新技术、新应用产生，让万物互联的智能世界更可期。