國貨當自強！從麒麟970看看華為的戰略

"中興晶片事件"可謂中美貿易戰中美方的一記重拳。

它再次警醒著我們億萬國人"脫實向虛"之惡果以及落後就要挨打的慘痛教訓！也充分說明我們近年來發展中所存在的一些主要缺陷.美國商務部於當地時間4月16日發布命令，禁止美國企業向中興通訊銷售元器件，時間長達7年。

這份出口權拒絕令（Denial Order）立即生效。

據調研，中興通訊元器件採購中，外來元器件占比60%以上，其中美國企業至少占了一半。

其中基帶處理器中，高通占據了40%市場份額，旗艦機中大部分終端廠商採用了高通驍龍處理器；基站處理單元的FPGA中，Xilinx和Altera占據了90%以上市場份額。

因此，美國企業在元器件市場中處於領導地位，國產化元器件替代之路任重道遠。

那麼我們就從國產晶片的代表華為的麒麟處理器開始講起，來看看華為是如何堅持走自研處理器這條路的。

一、做手機一定要做處理器嗎？

因為海思的麒麟處理器只有華為自己的移動設備在使用，所以說麒麟就不得不提華為的手機。

做手機就一定要做處理器嗎？當然不是，如果我們看一下2017年的全球手機出貨量排行榜，會發現排名前3的三星、蘋果、華為，都有一個共同點——那就是都有自主研發處理器的能力。

手機屬於科技行業，研發是重要的一個指標，縱觀整個手機界自己做處理器的除了這三家還有一個跌出前5的小米。

更巧合的是這幾家企業做處理器的先後順序排名也是如此，這幾家中三星是第一家自己研製處理器的，蘋果手機最初採用的是三星處理器，之後在收購了一些小的處理器公司之後推出自己的處理器並首先用在了iPad上。

其實海思在2009年就推出了自己的處理器K3，不過由於是面對山寨市場不被大眾所熟知，2016年小米也迎來了自己的第一款處理器澎湃S1。

說不上成功的K3V2

2009年華為推出了自己的處理器K3，這是一款面向公開市場，與展訊、聯發科等一起競爭山寨市場的處理器，華為自己的手機沒有使用。

因為K3自身產品的不夠成熟以及不適的銷售策略使得他無法與展訊、聯發科競爭，最終飲恨山寨市場。

可能是受蘋果自研的A4處理器在iPhone4上大獲成功的影響，海思在K3失敗之後閉關兩年推出了K3V2處理器，並且第一次在自家手機中採用，而且是定位旗艦的D2、P2、Mate 1、P6等機型。

K3V2看名字就知道是K3的Version 2版本。

2012年手機界的多核大戰已經開啟，從單核、雙核進入了四核時代，讓很多人意外的是海思搶先在當時移動處理器領域的大佬TI、高通等業界大佬之前推出了四核的K3V2，是當時市場上的第二顆四核處理器。

K3V2的CPU部分採用的四核Cortex-A9架構，主頻分為1.2GHz和1.5GHz，低頻小核功耗低，高頻大核性能好，通過DVFS動態電壓頻率調整兼顧性能和功耗。

一切看似很美好，可是在製造工藝上選擇了台積電的40nm工藝製造，整體功耗比較高。

K3V2的GPU部分採用了比較少見的Vivante公司的GC4000 ，這顆GPU跑分還是不錯的，但是兼容性非常差，很多遊戲都不兼容或者優化特別差。

40nm在當時已經不屬於先進的工藝了，再加上GPU的兼容性差，使用K3V2的華為手機無法給人帶來良好的使用體驗。

K3V2總體來說依然不算成功，儘管如此華為依然把他用在了自己的旗艦機上（P6），因為K3V2的糟糕體驗這些機型也賣的並不好，但是可以看出海思的定位就是做高端晶片。

K3V2可是說一款並不怎麼成功的晶片，但是海思從中獲得了非常多的寶貴經驗，為後來的成功打下了堅實的基礎。

（同時期的高通是怎樣的？可以看小編的上一篇文章：透過845，讓我們來看看高通這幾年是如何野蠻生長的）

二、什麼是SoC

在2017年2月底的小米澎湃S1發布會上雷軍多次強調這是一顆SoC不僅僅是處理器，那什麼是SoC呢？SoC是英文System on Chip的縮寫，翻譯為片上系統，如果說中央處理器(CPU)是大腦，那麼SoC就是包括大腦、心臟、眼睛、手腳並給它們分配任務的系統。

因為通信是手機的基本屬性，所以手機SoC一般分兩大塊，BP(Baseband Processor)和AP(Application Processor)，BP就是我們常說的基帶晶片。

一個移動SoC除了CPU還包括BP（基帶）、GPU（圖形處理器）、DSP（數位訊號處理器）、ISP（圖像信號處理器）等重要的模塊。

這些模塊通過複雜的異構計算系統，管理、組織、協調、分配各模塊的任務，以快速有效的解決問題並使性能和功耗更趨平衡。

基帶很重要

在智慧型手機初期，移動處理器領域可謂是大佬雲集，TI、Nvidia、甚至後來的Intel都是IC行業的翹楚，可是這些大佬都先後退出了這個領域，因為他們都遇到了一個至關重要的問題——基帶(Baseband)。

隨之而來的是高通憑藉基帶的優勢橫掃移動處理器市場，打出了買基帶送晶片的方式，由此可見基帶的重要性。

基帶通常是手機中的一塊電路（也有軟基帶，比如小米的澎湃S1），負責完成行動網路中無線信號的解調、解擾、解擴和解碼工作，並將最終解碼完成的數位訊號傳遞給上層處理系統進行處理，可以理解為通信模塊。

很多人會想當然的認為華為是做通信起家的，做好基帶是理所當然的事情。

其實不然，曾經通信設備領域的老大愛立信和IC巨頭意法半導體的移動晶片合資公司意法-愛立信(ST-Ericsson)在虧損27億美金後也黯然退出，這足以說明基帶並不好做。

海思麒麟處理器正式跨入SoC行列

華為的K3V2是CPU+GPU的組合，並沒有集成基帶，再推出K3V2的一年之後，華為推出了麒麟910，首次集成了自研的Balong710基帶，成為一款真正意義上的手機SoC，這是一項並不容易的事情，蘋果至今沒有做到，intel沒有做到，三星在幾年後才做到。

之前我們已經說過了，K3V2並不算一款成功的處理器，功耗大，兼容性差，搭載K3V2的華為手機使用體驗也一直被人們吐槽。

推出K3V2一年後海思針對這些問題進行了改進，用Mali450MP4替換掉GC4000解決兼容性問題，使用更先進的28nmHPM製程代替40nm工藝極大的改善了功耗問題。

麒麟910相對K3V2的改進主要就是這些，在當時並不算是很好的SoC晶片，但是意義很重大：宣告了海思的處理晶片正式跨入SoC時代，也是華為第一款開始被大眾所接受的晶片。

三、開始染指高端，誰說國產不行？

替換高清大圖

處理器晶片是手機的一部分，對於大眾消費者來說多數人是不了解這款晶片的參數性能的，判斷的依據往往是使用是不是流暢，是用在一個什麼價位的手機上。

所以，一款高價的廣受歡迎的手機使用的處理器晶片往往會被人當作是高端晶片的一個標誌。

海思處理器很長一段時間內水平並不高，但是被很多人認為是高端晶片，很大一部分原因是華為一直堅持用在自己的旗艦機上。

反面的例子就是聯發科，聯發科的晶片一度表現不錯，然而多數廠家尤其是大廠家都將它用在中低端手機上，售價超過2000的OPPO和vivo在宣傳手機的時候也只是宣傳八核、十核這樣的噱頭而故意模糊聯發科的品牌。

如果說哪款手機讓華為站上並站穩了高端市場，那非華為Ascend Mate7莫屬，一經推出就受到市場的熱捧，甚至有多半年時間處於供不應求的狀況。

華為Mate7最被人津津樂道的就是通信能力極佳、超長的續航和良好的指紋體驗。

功能性開始逐漸趕超

從麒麟920開始，海思開始採用四個Cortex-A7 小核加四個Cortex-A15 大核的big.LITTLE架構，GPU採用的是Mali-T628MP4 ，TSMC的28nmHPM工藝製造，更惹人注目的是麒麟920集成了業界第一款支持LTE Cat6的Balong720基帶。

麒麟925相較於麒麟920，大核主頻從1.7GHz升到了1.8GHz，首次集成了"i3"協處理器。

麒麟928是麒麟925的進一步升級，大核主頻進一步提升到2.0GHz。

華為Mate 7搭載的是麒麟925晶片，華為Mate7的的一大賣點是超長續航。

隨著智慧型手機的發展，人們對手機的依賴越來越嚴重，一旦電池電量將要用完很多人就開始四處找充電的地方，或者拿出充電寶，所以主打超長續航的華為Mate7在當時廣受歡迎也不足為奇。

決定手機的續航長短最重要的因素是電池容量，除此之外，處理器功耗和螢幕也是電量殺手。

麒麟925從上一代的4核變成了8核，採用了ARM為平衡性能和功耗的問題所提出的解決方案big.LITTLE架構，在低負載的時候關閉大核使用小核降低功耗從而提高續航，畢竟日常使用中多數情況下手機是低負載運行，在更低負載的時候只有i3協處理器運行。

再加上麒麟925的整體功耗不錯以及系統的優化調度，手機續航會好上很多。

2013年9月iPhone 5S發布，憑藉使用體驗很好的按壓式指紋，成為當年最具創新性的產品。

安卓陣營也迅速跟進，各廠家也紛紛推出使用搭載指紋識別的手機，不過體驗並不好，HTC的指紋存儲為不加密的圖片甚至爆出安全性問題。

Mate 7成為安卓陣營第一款搭載按壓式指紋識方案的廠家而且體驗很好，迅速的占倆了市場。

沒人能夠否認Mate7很成功，而且是非常的成功，使得華為手機站上並站穩了3000元的價位，進入高端手機的行列，這背後麒麟925貢獻很大。

很多人說"爵士人生"的營銷很Low，然而你不得不說很有效果，房地產的那些"尊爵""華府"之類的不是沒有原因的，也正因為Mate7的大獲成功，很多人開始認可了海思晶片的高端地位。

四、自主研發微架構是IC設計實力的體現

一顆手機SoC晶片包含BP（基帶晶片）、CPU（通用處理器）、GPU（圖形處理器）、DSP（數位訊號處理器）、ISP（圖像信號處理器）等重要的模塊，這些模塊我們都可以稱之為IP。

一家IC設計公司的晶片里有多少自己的IP是這家IC公司實力的體現。

除去基帶部分，移動通信領域ARM一家獨大，要想生產製造ARM處理器就要得到ARM公司的授權，授權分兩種，一種是指令集（instruction set architecture (ISA)）授權，另一種是微架構（Microarchitecture)授權。

指令集是處理器執行的最最基礎的命令，微架構是對此的實現，經過多年發展指令集已經不是處理器設計的難點，微架構才是決定處理器好壞的主要因素。

我們平時所說的Cortex-A57、Cortex-A53、Cortex-A72、Kyro 這些都是指CPU的微架構，其中Cortex系列為ARM公司的微架構，任何公司可以購買，也就是我們所說的公版架構，Kyro是高通自己基於ARM指令集設計的架構（也有部分是對ARM架構的魔改），也是構建在ARM指令集的生態上的微架構。

經過對ARM授權的簡單介紹，對公版架構和自主架構有了一個大致的了解。

那為什麼有的購買ARM公版架構，有的自研架構呢？這取決於公司自身的研發實力、財力、產品周期等因素，最大的阻礙大概是自身的研發實力，畢竟微架構是CPU研發最核心也是最難的一部分，能自主研發架構的公司研發水準都是第一流的。

這些手機廠家中架構玩的最好的當屬蘋果，雖然同樣是基於ARM指令集的，但是蘋果重新設計的微架構使得蘋果處理器性能一直笑傲群雄，而且可以根據自己的需要決定核心的多少而不是過分的追求多核。

很多人說iPhone不過分追求硬體，殊不知蘋果自研的處理器一直是最棒的，蘋果在最近相繼傳出要自研GPU和電源管理模塊，iPhone的標杆地位也引得有實力的廠家開始追求自主架構。

三星的Exynos 系列處理器一直採用的是ARM的公版架構，但是從Exynos 8890 開始三星開始推出自己的M1(代號為貓鼬Mongoose)架構。

（想了解同時期的蘋果是如何發展的，可以關注小編的另一篇文章：蘋果為何強大？現在再來看看這顆A11）

海思的自主架構從ISP開始

現在提起華為手機總是離不開雙攝、徠卡這樣的字眼，最初主打徠卡拍照的是華為P9。

P10發布會後余承東透露P9系列銷量超1200萬，實際的銷售數字證明主打拍照的P9絕對是成功的。

想做好拍照其實並不容易，搭載徠卡雙攝像頭是一大賣點，但並不是說搭載了徠卡雙攝像頭就一定會拍照好，這還需要 ISP(Image Signal Processing 圖像信號處理)的處理

手機拍照需要的主要原理過程如下圖所示：被攝景物通過攝像頭中的鏡頭，將景物的光學圖像投射到傳感光傳感器上，由傳感器將光學圖像信號轉換成數位訊號，之後圖像信號在手機中SoC上集成的ISP模塊進行處理，最終轉換成手機螢幕上看到的圖像並存儲起來。

也就是說，我們品評照片時常說的圖片的銳化、降噪、優化色彩等都是在ISP中處理完成的，除此之外，如今的ISP還肩負著實現相位、雷射、反差等混合對焦運算以及提供對於雙攝像頭支持等的重任，對於拍照影響重大。

從麒麟950開始，海思的SoC晶片中開始集成自研的ISP模塊。

自研的ISP模塊使得華為可以從底層來優化照片的處理，呈現出漂亮的樣張，事實也證明從P9開始華為已經躋身全球手機拍照的第一陣營，根據專業相機評測網站DXOMARK公布的最新的數據顯示華為P10的拍照成績87分，超過86分的iPhone7，這優異成績的背後，華為自研ISP功不可沒。

P10發布會後余承東透露P9系列銷量超1200萬，這樣的銷售數字證明主打拍照的P9是同樣獲得了消費者的認可。

五、製程工藝是半導體產業的重要環節

當今半導體界主要有兩種商業模式，一種是IDM（Integrated Device Manufacture，集成器件製造）模式，就是從設計，製造、到封裝測試甚至推廣都是自己做，典型的例子就是Intel；另一種是垂直分工模式，半導體生產過程中的每一步都有專門的公司去做，比如ARM公司只做IP核，海思等半導體公司從ARM購買IP核授權（也有自己的IP核與ARM之外的IP核）設計自己的晶片，這種只做設計的公司通常就叫做Fabless；晶片設計好要生產就交給專門做代工的Foundry（代工廠），晶片製造完成再進行封裝測試。

上面也提到了，海思是一家只負責晶片設計的fabless廠家， 要想生產好的晶片必須要跟上下游緊密合作，選擇晶圓製程就是非常重要的一點。

我們先來看一些例子：

2012年，海思推出四核Cortex-A9架構的K3V2，使用台積電 40nm工藝製造；

2014年，高通發布了採用Cortex-A57架構的的驍龍810，使用台積電20nm工藝製造；

2015年，聯發科發布了全球首款十核心處理器的晶片Helio X20，使用台積電20nm工藝製造；

不管是K3V2、驍龍810還是Helio X20都有一個共同特點，功耗大，發熱大，聯發科的Helio X20更是被網友戲稱為"一核有難，九核圍觀"。

選擇製程也是一種策略

3月23日，高通驍龍835實現了亞洲首秀，2017年4月底，採用驍龍835的三星Galaxy S8和小米6陸續開始發售。

此時，華為已經陸續發布了Mate 9 /9 Pro、榮耀V9、P 10/10 Plus 等多款採用麒麟960晶片的產品，麒麟960與高通驍龍835之間的時間差有了將近半年的時間。

其實這不是海思第一次先於高通推出新款SoC，海思在2015年推出了基於16nm FinFET製造的麒麟950處理器，這也是業界第一款採用16nm FinFET工藝的移動處理器，先於驍龍820半年之久。

為什麼高通的驍龍820和驍龍835都會比海思晚小半年面世呢？，上面我們已經說過了，半導體的產業分工導致高通、海思這些Fabless廠商要跟晶圓代工廠商合作生產製造。

這時候選擇合適的工藝和合作廠商就很重要了。

10nm的量產問題導致了驍龍835的出貨延遲，而海思因為沒有冒險採用還不成熟的10nm而是選擇了成熟的16nm製程取得了先發的優勢。

對手機而言，先於競爭對手推出產品就容易獲得更好的銷量，尤其是在當下競爭白熱化的手機市場中。

如果我們看海思的處理器推出節奏和華為手機的推出節奏會發現，每年第四季度海思發布新處理器，而隨後的華為Mate系列旗艦機會搭載這款最新的處理器上市。

看到這裡你有沒有想到蘋果？每年發布的新iPhone都是搭載最新A系列處理器。

如果我們再仔細觀察，最新的作業系統也是在這個時間段隨著新機面世，這也許是能擁有自己的晶片的手機企業所獨有的優勢。

六、總結

相對於蘋果、高通、三星這樣的巨頭，海思的研發實力還是要差不少，開始就追求自主架構並不太現實。

海思的自主架構是從ISP開始的，而不是CPU或GPU這樣的處理單元，也是一個很好的突破口，而且與手機賣點結合的非常好。

目前華為已經憑藉麒麟處理器站上了國內銷量第一的寶座，所以很有可能，余承東當年吹的牛真的會實現（吹的牛不知道的自行百度，這裡就不贅述了）。

所以目前來看，華為這條自主研發的路是相當高明的，同時也可以擺脫大國的封鎖，強盜企業的條款和產能不足的影響。

國產當自強！希望大家在購買手機的時候能夠理性選擇