P30成最後搭載麒麟980手機,晶片里有多少華為自研技術?
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明天(3月26日)華為P20系列的升級機型P30系列將在巴黎掀開蓋頭,目前價格、具體賣點配置還未揭曉,但可以肯定的是,P30系列將搭載麒麟980晶片。
按照華為手機晶片的發布節奏,P系列之後,將更新晶片,並在主打商務的mate系列首發,時間跨度上領先驍龍8系列大概半年時間。
靠著這半年的領先優勢,華為手機打造出差異化優勢,並成功站穩5000元高端手機市場。
可以說,華為今天能有向三星手機挑戰的實力,背後離不開麒麟晶片的鋪墊。
更為重要的是,目前國產手機中只有華為能夠自行設計晶片。
在把沙子變成晶片的過程中,離不開科技的魔法。
那麼,問題來了,麒麟晶片里有多少華為自研的科技魔法?
1、內核授權就是買晶片圖紙?
回答這個問題之前,我們先來看看麒麟晶片的內部架構。
以麒麟980為例,晶片集成的主要部件有CPU、GPU(俗稱顯卡)、ISP(處理拍照數據)、NPU(人工智慧引擎)和基帶(負責通信)。
根據官方資料,ISP是華為自研,NPU是華為和寒武紀公司合作的成果,但根據寒武紀的官方資料,NPU是寒武紀的成果,華為有人參與,可能是明確需求,並對集成到麒麟晶片內做調整,比如電晶體數量、功耗和晶片內總線連接等。
總之,NPU可算作雙方合作研發。
至於CPU(Cortex-A76)和GPU(Mali-G76)則是華為向ARM公司購買的授權,包括指令集授權和內核授權。
講到這裡,需要展開說一下內核授權(IP核)。
內核授權有個形象的說法:買晶片圖紙。
一般晶片設計公司能從ARM公司買到三種「晶片圖紙」:軟核、固核和硬核。
為了便於解釋說明,我們和再普通不過的蓋房子做個粗淺的類比,軟核相當於樓房的設計圖紙,包括大樓的設計理念,有幾個單元,每單元有幾戶、幾部電梯、每戶房間大小等,至於具體用什麼建築材料、多少鋼筋,這裡是不包括的。
感覺靠這還建不起大樓(晶片),想要詳細點的?ARM還準備了固核。
2、高通驍龍810為何被稱為火龍?
固核相當於大樓的效果渲染圖,可以看出房子建成後的樣子,戶型如何,牆壁是什麼顏色,已經能看出房子建成後的大概樣子了。
但是,從ARM公司買到這樣的圖紙,依然不能保證你建出合格的樓房(CPU或GPU),因為即使告訴了你戶型信息、牆壁是什麼顏色,但牆壁要多厚,承重牆怎麼用鋼筋等,還得靠你自己想辦法。
而且晶片設計比建樓房風險大的地方在於,晶片設計出一點問題,幾十億就打了水漂,樓房掉個牆皮,甚至戶型縮水,用戶最多拉拉橫幅,不影響開發商賺錢。
房地產開發商是國內最有前途的職業真不是浪得虛名的。
團隊實力有限,買到固核也設計不出晶片?體貼的ARM還準備了「硬核」。
硬核是真的硬,它像大樓施工圖,詳細到房間管線怎麼走,樓梯、柱子、牆壁用什麼材料,具體的尺寸等,全部畫的清清楚楚,只要建築施工隊(台積電)按圖紙施工,就一定能造出合格的房子(晶片),是否住著舒服則另說,高通驍龍810因為採用ARM big.LITTLE架構的公版樣式,發熱太厲害,被稱為火龍。
3、ARM三種IP核授權的差別在哪兒?
可以看出,軟核、固核和硬核,設計的完成度是由低到高,對晶片設計公司的要求也是從高到低,而發揮的空間也是從高到低:軟核發揮的空間最大,硬核發揮的空間最小(畢竟台積電拿著圖紙就可以施工,又懶又沒實力,可以不用修改)。
買ARM硬核的晶片設計公司,用通俗的話說就是,使用ARM公版架構。
這種情況下,晶片設計公司對外宣傳必須帶上ARM公司的品牌:CPU的品牌是Cortex-AXX(XX代表兩位阿拉伯數字,第一個數字表示架構是第幾代,第二個表示架構微調),GPU則是Mali-GXX(XX含義同上)。
說完三種IP核授權的差別,接下來判定蘋果、高通、華為、三星和聯發科的晶片設計處於那個層次。
4、猜一猜,蘋果、高通、華為、三星和聯發科,誰的設計實力比較強大?
蘋果A系列晶片的GPU,蘋果以往買的是第三方公司Imagination的核,現在自研(據說已經完成),CPU則是在賈伯斯時代就向ARM公司購買指令集授權,還可能購買了軟核,然後自行堆料。
高通驍龍晶片的GPU屬於自研,設計團隊收購自AMD的移動顯卡部門(看著智慧型手機像洪流一樣洶湧發展,估計AMD現在腸子都悔青了),CPU有自己的品牌名 「Kryo」,在宣傳中高通強調深度定製,並透露採用的是ARM的核:「驍龍855的CPU的大核是基於
Cortex-A76。
」這句話就大有深意,「深度定製」+「基於」表明高通是向ARM買的「固核」(大樓效果圖),ARM按照高通的要求對固核做了適當修改(深度定製),但固核的主要部分仍是 Cortex-A,這和蘋果在ARM的軟核上放飛自我、瘋狂堆料差別還是很大的。
華為的麒麟980的CPU也是購買ARM的固核,注意官宣用詞是「based CPU」,說明對「效果圖」(固核)也做了調整,這個調整的幅度應該有限,否則也會像高通宣傳自有CPU品牌。
因此,綜合來說,晶片設計水平從高到低依次是蘋果、高通和華為,三星、聯發科大概是購買的ARM的硬核(可直接生產),我猜測改動最少。
有沒有既自己設計架構(IP核),又自己生產的晶片公司呢?答案是有的,英特爾、AMD(晶片生產現在已外包給台積電),這些都是上世紀七八十年代的老牌玩家,蘋果、高通、三星等是上世紀90年代的晶片設計公司,如果還是英特爾那套設計、生產一手包辦,恐怕活不過十年。
說到底,這是專業分工的結果,不展開了。
5、再猜一猜,ARM的「晶片圖紙」起步價是多少?
從這裡可以看出,晶片是一個生態產業,後來者只能在老前輩建立的生態圈裡打拚謀生,現在沒有誰能完完全全從0開始建立自己的生態,所以蘋果有錢,也得向ARM買IP核,高通專利再多,同樣也要向ARM定製CPU。
因此,華為購買ARM的CPU和GPU的IP授權也算常規操作。
ARM的授權IP核分為三種,相應地授權費也有好幾檔,最貴的是硬核。
想想也可以理解,硬核的設計已經完備到可交付工廠,設計公司要做的是將其和基帶、ISP等集成到一起,因此ARM收費高也能理解。
法國晶片創業公司Greenwave 使用ARM架構繳納的授權費是1500萬美元,考慮到初創公司還達不到買軟核自行改設計、堆料的水平,因此這1500萬美元基本就是固核或硬核的起步價,晶片出廠後,ARM再按一定比例抽取版稅。
6、都是購買ARM授權,為何高通、華為、三星、聯發科設計出的晶片卻像4個媽生的?
說完ARM的IP授權,再來說說麒麟晶片的基帶,這就關係到濃眉大眼的高通。
麒麟的基帶是全網通,兼容2G、3G、4G網絡,未來會兼容5G。
高通的CDMA通信技術是3G標準,在4G標準上占有優勢,5G標準是占主導地位。
因此麒麟基帶上的通信技術不可避免要與高通發生交集,這部分的專利授權費也不便宜。
根據高通公布的最新消息,華為和高通談好,每季度向高通支付1.5億美元專利授權費,相當於1年繳納6億美元「高通稅」。
總之,在麒麟晶片中,華為的自研技術在CPU、GPU上比例最低,NPU有一部分,基帶有一部分,ISP大概是全部自研。
另外,對一家無晶圓晶片設計公司來說,如何將CPU、GPU、基帶等晶片集成到一起,並寫入代碼使之協調高效工作,也是需要做大量工作的,這些工作也是晶片設計公司的核心技術,畢竟ARM公司賣了內核給你,但並沒有打保票說集成到SOC中一定能跑起來。
這也是為什麼高通、華為、三星、聯發科都向ARM買IP授權,設計出的SOC晶片卻像4個媽生的,好像和ARM沒什麼血脈聯繫。
設計實力和經驗不足,導致買了內核卻流片失敗的例子,在晶片業不算新鮮。
小米澎湃S2據說就是因為團隊設計經驗和實力不足,三次流片失敗,流片費高達1500萬美元,結果澎湃S2至今出不了片。
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參考資料:
《大話處理器:處理器基礎知識讀本》,作者:萬木楊;
知乎答主Hellc《造手機晶片那麼簡單,從ARM買圖紙,交由台積電代工生產即可……》;
《計算機科學導論》,作者:貝赫魯茲.佛羅贊。
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