華為麒麟晶片發展史

電子工程世界

9月6日，華為發布全新麒麟990處理器。

據官方介紹，麒麟990在工藝製程、AI性能以及5G能力方面領先競爭對手。

在5G能力方面，麒麟990內置巴龍5000基帶，不需要外掛5G晶片就可以實現5G網絡。

而相比之下高通驍龍865必須靠外掛基帶來實現5G網絡。

同時，麒麟990支持NSA/SA雙模組網。

就在半個月前的8月23日，華為自研雲端AI晶片昇騰910正式商用發布，晶片最大功耗僅310W，比之前設計的350W更低。

半個月的時間，華為接連發布兩款重要晶片，可見華為對於布局晶片和處理器的決心。

作為華為掌舵人，任正非自創立華為伊始就對晶片自研有著極大的關注，任憑外界如何風吹草動、嘲諷至門，任正非依然投入大部分經費到自研晶片上，在外界看起來如同自找虧損。

但任正非的堅持在20年後終於換來了迄今最大的回報。

正是因為有了自主研發的手機晶片——海思麒麟，華為才能快速占據市場制高點，並且成為了中國手機行業的NO1。

那麼海思麒麟從何時開始發展，又有著怎樣的經歷？下面，簡述華為海思麒麟晶片研發的坎坷之路。

在探討之前，我們需要先了解晶片的製造過程。

01 晶片製造：一粒沙子的質變

一個晶片是怎樣設計出來的？設計出來的晶片是怎麼生產出來的？希望看完這篇文章你能有大概的了解。

矽（SiO2）——晶片的基礎

一個看起來只有指甲蓋那麼大晶片，裡面卻包含著幾千萬甚至幾億的電晶體，想想就覺得不可思議，而在工程上這又是如何實現的呢？

晶片其主要成分就是矽。

矽是地殼內第二豐富的元素，而脫氧後的沙子（尤其是石英）最多包含25%的矽元素，以二氧化矽（SiO2）的形式存在。

矽錠

矽（SiO2）一直被稱為半導體製造產業的基礎，就是因為它能夠製成一個叫晶圓的物質，而首先我們需要把矽通過多步凈化熔煉後變為矽錠（Ingot）。

然後再用金剛石鋸對矽錠進行切割，才會成為一片片厚薄均勻的晶圓。

光刻膠層透過掩模被曝光在紫外線（UV）之下，形成電路圖案

接下來需要一樣叫光刻膠的物質去鋪滿它的表面，光刻膠層隨後透過掩模（Mask）被曝光在紫外線（UV）之下，變得可溶，期間發生的化學反應。

掩模上印著預先設計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會形成微處理器的每一層電路圖案。

電晶體形成

到了這一步還要繼續往下走，我們還需要繼續澆上光刻膠，然後光刻，並洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來保護不會離子注入的那部分材料。

電晶體形成過程

然後就是重要的離子注入過程，在真空系統中，用經過加速的、要摻雜的原子的離子照射固體材料，從而在被注入的區域形成特殊的注入層，並改變這些區域的矽的導電性。

離子注入完成後，光刻膠也被清除，而注入區域（綠色部分）也已摻雜了不同的原子。

到了這一步，電晶體已經基本完成。

晶圓切片與封裝

然後我們就可以開始對它進行電鍍了，操作方法是在晶圓上電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉澱到電晶體上。

銅離子會從正極（陽極）走向負極（陰極）。

電鍍完成後，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個薄薄的銅層。

其中多餘的銅需要先拋光掉，磨光晶圓表面。

然後就可以開始搭建金屬層了。

電晶體級別，六個電晶體的組合，大約為500nm。

在不同電晶體之間形成複合互連金屬層，具體布局取決於相應處理器的功能設計。

晶圓

晶片表面看起來異常平滑，但事實上放大之後可以看到極其複雜的電路網絡，打個比方，就像複雜的高速公路系統網。

接下來對晶圓進行功能性測試，完成後就開始晶圓切片（Slicing）。

完好的切片就是一個處理器的內核（Die），測試過程中有瑕疵的內核將被拋棄。

圖片說明

最後就是經封裝，等級測試，再經過打包後，就是我們見到的晶片了。

圖解處理器的製造過程

簡單地說，處理器的製造過程可以大致分為沙子原料（石英）、矽錠、晶圓、光刻、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試、包裝上市等諸多步驟，而且每一步裡邊又包含更多細緻的過程。

晶片設計

這裡講到的晶片製造就如此複雜，更不要說工程師最開始的晶片功能設計了。

由此我們也可以聯想到，華為海思麒麟發展至今著實不容易，下面就讓我們來簡談一下它的發展史吧。

02 海思麒麟發展史

開端：主攻消費電子晶片

在2004年，經任正非考慮，華為正式將前研發部獨立出去，成立全資子公司海思半導體（HiSilicon）。

海思團隊主要專注三部分業務：系統設備業務，手機終端業務和對外銷售業務。

由於常年與通訊巨頭合作，海思的3G晶片在全球範圍內獲得了巨大的成功，在通訊領域的積累，也為後來華為海思的成功奠定了重要的基礎。

老兵戴輝曾講述，PSST委員會（Products and Solutions Scheme Team，管產品方向）主任是徐直軍，他從戰略層面對海思進行管理。

後來的很多年裡，他都是海思的Sponsor和幕後老大。

已赴任歐洲片區總裁的徐文偉還兼任了海思總裁一職，參與戰略決策，並從市場角度提需求。

海思的具體工作由何庭波和艾偉負責，何庭波後來成為了海思的負責人，艾偉則分管Marketing。

2004年成立時主要是做一些行業用晶片，用於配套網絡和視頻應用。

並沒有進入智慧型手機市場。

發展與成熟

當然，晶片的研發，不是三天兩頭就能拿出作品的事情，雖然2004年10月正式成立，直到2009年，時隔五年華為才拿出第一款手機晶片，命名K3V1，但由於第一款產品在很多方面依然不夠成熟，迫於自身研發實力和市場原因都以失敗告終。

2012年，華為發布了K3V2，號稱是全球最小的四核ARM A9架構處理器。

集成GC4000的GPU，40nm製程工藝， 這款晶片得到了華為手機部門的高度重視，直接商用搭載在了華為P6和華為Mate1等產品上面，可謂寄予厚望，要知道當初華為P6是作為旗艦產品定位。

但由於其晶片發熱過於嚴重且GPU兼容性太差等，使得該晶片被各大網友所詬病。

但華為頂著壓力堅持數款手機採用該晶片，當時華為晶片被眾人恥笑，接下來華為開始了自己的刻苦鑽研。

經過兩年的技術沉澱，到了2014年初，海思發布麒麟910，也從這裡開始改變了晶片命名方式，作為全球首款4核手機處理器，改用了Mali-450MP4 的GPU。

麒麟910

值得一提的是，麒麟910首次集成華為自研的巴龍Balong710基帶，製程升級到28nm，把GPU換成Mali。

麒麟910的推出放在了華為P6升級版P6s首發。

這是海思平台轉向的歷史性標誌，也是日後產品獲得成功的基礎。

2014年6月，隨著榮耀6的發布，華為給我們帶來了麒麟920，這款新品又是一個大的進步，又是一個新的里程碑。

麒麟920

作為一顆28nm的八核心soc，還集成了音頻晶片、視頻晶片、ISP，集成自研第一款LTE Cat.6的Balong720基帶，使得榮耀6成為全球第一款支持LTE Cat.6的手機。

也是從麒麟920開始，麒麟晶片受到如此多的肯定，而當年搭載該晶片的榮耀6可謂是大火，其銷量已經證明。

同年，海思還帶來了小幅度升級的麒麟925與麒麟928，主要在於主頻的提升，開始集成協處理器。

925這款晶片用在華為Mate 7上，創造了華為Mate 7在國產3000價位上高端旗艦的歷史，全球銷量超750萬，此時此刻，麒麟晶片終於趕上了華為手機的發展步伐！

華為Mate 7

華為Mate 7和蘋果和三星的新機型都在同月發布。

當時華為對貿然進入高端市場並沒有太大的信心，沒想到蘋果和三星在關鍵時候都掉了鏈子。

最為著名的就是，蘋果是因為好萊塢艷照門事件以及未在中國境內設伺服器，誰也不知道信息傳到哪裡去了，因此被質疑有安全隱憂，當然現在在貴州設了伺服器。

當然除了9系處理器，在2014年12月，海思給我們帶來了一個中端6系，發布麒麟620晶片。

它是海思旗下首款64位晶片，集成自研Balong基帶、音視頻解碼等組件。

這款晶片陸續用在榮耀4X、榮耀4C等產品上，其中榮耀4X成為華為旗下第一款銷量破千萬的手機。

海思在試著向公眾證明，海思除了能做出飆性能的高端晶片，也能駕馭功耗平衡的中端晶片。

麒麟930

2015年3月，發布麒麟930和935晶片，這系列晶片沒有過多亮點，依然是28nm工藝，但是海思巧妙避開發熱不成熟的A57架構，轉而使用提升主頻的能耗比高的A53架構，借著功耗優勢，借著高通810的發熱翻車，麒麟930系列打了一個漂亮的翻身仗。

同年5月，發布麒麟620升級版麒麟650 ，全球第一款採用16nm 工藝的中端晶片。

海思旗下第一款集成了CDMA的全網通基帶SoC晶片，這款晶片首發於榮耀5C，在後來，我們也看到了小幅度升級的麒麟650，以及打磨了一款又一款手機的麒麟659。

2015年11月，發布麒麟950首發於華為Mate8。

與之前不同的是，這次海思採用了16nm工藝，集成自研Balong720基帶，首次集成自研雙核14-bit ISP，集成i5協處理器，集成自研的音視頻解碼晶片，是一款集成度非常高的SoC。

麒麟950

它也是全球首款A72架構和Mali-T880 GPU的SoC，憑藉著工藝優勢，麒麟950的成績優秀，除了GPU體驗，其它各方面收到消費者眾多的好評。

2016年10月19日，華為麒麟麒麟960晶片在上海舉行秋季媒體溝通會上正式亮相。

麒麟960首次配備ARM Cortex-A73 CPU核心，小核心為A53，GPU為Mali G71 MP8。

存儲方面，支持UFS2.1，稍微遺憾的是依然採用的16nm製程工藝。

麒麟960

但是麒麟960開始，麒麟9系列解決了GPU性能短板，大幅度提升了華為/榮耀手機的GPU性能，在遊戲性能方面，不再是麒麟晶片的大短板。

麒麟960在華為Mate9系列首發，後續還用在了榮耀V9等產品上。

2017年9月2日，在德國國際消費類電子產品展覽會上，華為發布人工智慧晶片麒麟970，它首次採用台積電10nm工藝，與高通最新的驍龍835晶片是一個工藝。

麒麟970

但集成55億個電晶體遠比高通的31億顆、蘋果A10的33億顆的多，帶來的是功耗降低20%。

AI是此次麒麟970的「大腦」，AI技術的核心是對海量數據進行處理。

該款晶片的發布使得華為步入了頂級晶片廠商行列。

在2018年上半年，搭載麒麟970的華為P20pro由於出色的拍照性能，受到外界一致好評。

當時P20與P20 Pro，已經一躍成為手機拍照界翹楚，長期霸榜專業相機評測網站DXO。

視角來到現在，麒麟980處理器，全球首款7nm處理器賺足了噱頭。

最高主頻高達2.6Ghz，全面升級的CPU、GPU、新的雙核NPU，再有GPU Turbo加持，這也讓華為Mate 20大放異彩。

當然文中還有一些海思麒麟的晶片沒有提到，這裡主要說了一下麒麟9系列的旗艦晶片。

新的麒麟710、810大家或許也都有所了解。

總之，華為海思麒麟晶片自研這條路還有很長，但在可以預見，未來華為也將會繼續披荊斬棘，向前邁近。

最後來說一下9月6日華為在德國柏林和北京同時發布最新一代旗艦晶片麒麟990系列，包括麒麟990和麒麟990 5G兩款晶片。

兩款晶片在性能與能效、AI智慧算力及ISP拍攝能力等方面進行全方位升級。

這標誌著，華為在5G和端側AI兩大領域同時實現了全球引領。

據華為消費者業務CEO余承東和華為Fellow艾偉介紹，麒麟990 5G是華為推出的全球首款旗艦5G SoC晶片，是業內最小的5G手機晶片方案，面積更小，功耗更低；它可率先支持NSA/SA雙架構和TDD/FDD全頻段，是業界首個全網通5G SoC。

同時，麒麟990 5G是首款採用達文西架構NPU的旗艦級SoC。

在遊戲和攝影方面，麒麟990 5G也為用戶帶來了全新的體驗。

與麒麟990 5G一起亮相的麒麟990，同樣在性能、能效、AI及拍照方面實現重磅升級，為現階段更廣泛的4G手機用戶提供更卓越的使用體驗。

寫在最後

一路走來，海思手機晶片從零開始，從備受罵聲到現在躋身行業前列，不惜代價的重金投入搞研發，有過榮譽也有過挫折，希望會有更多的中國企業也能像海思麒麟一樣，堅持不懈，厚積薄發，早日讓關鍵技術掌握在自己手上。

來源：科工力量