ARM斷供華為引切膚之痛 國產晶片困局何時突圍

對於華為而言，中美貿易摩擦的2019年無疑是多事之秋。

作為被美國列入「實體清單」的中國企業，華為購買或通過轉讓需獲得美國技術需獲得有關許可。

顯然這個許可將華為置於孤立境地，多方合作紛紛被迫中止，其中最讓人擔憂的，莫過於ARM 也宣布停止和華為及其附屬公司的所有業務往來，這意味著華為麒麟晶片或面臨難產。

針對外界的此項擔憂，華為做出了回應：華為已經獲得了ARMv8架構的永久授權，可以完全自主設計ARM處理器，掌握核心技術和完整智慧財產權，具備長期自主研發ARM處理器的能力，不受外界制約。

看到這裡，相信很多朋友會有這樣的疑問：ARMv8架構是什麼？華為海思麒麟晶片與ARM又是怎樣的一種關係？與ARM停止合作到底會不會影響麒麟晶片的研發與生產？

想要解開這些問題，我們不妨從手機晶片的源頭說起。

要設計生產手機晶片 就繞不開ARM

什麼是ARM？簡單地說，它是是全球領先的半導體智慧財產權(IP)提供商。

其影響力大到目前全球約99%的智慧型手機都在使用 ARM 的晶片架構，可以說在數字電子產品的開發中處於核心地位。

華為海思麒麟晶片正是在ARM架構的基礎上進行再設計的產物。

為何ARM會有如此之巨的影響力？原因在於，ARM掌握著當前智慧型手機處理器運行的關鍵技術——處理器晶片中的指令集，即處理器所能執行的所有指令的集合。

指令集加之對應的硬體規格被稱為指令集架構。

剛才所說的ARMv8即是ARM當前的指令集架構。

這時候有朋友也許會問：我平常也看到的晶片經常會說是幾顆ARM Cortex-AXX核心構成，比如中端晶片上常見的A53、高端晶片上常見的A76，這又是怎麼回事？下面一張圖也許會解決你的疑惑——

簡單地說，ARM Cortex-AXX核心就是ARM基於指令集架構所做的微架構，也被稱為公版架構。

當前市面上常見的A76、A53等核心，都是ARMv8指令集架構的產物。

當然，對於技術有更高要求的廠商，往往都會對公版架構進行改版，或者完全不使用公版架構，比如高通驍龍的Kryo、三星Exynos的Mongoose，蘋果A系列的Swift。

華為海思當前的旗艦晶片麒麟980，採用的就是ARM Cortex-A76/A55的微調版本。

這時候就引發了另一個問題：為什麼非要用ARM的指令集架構？用別的指令集架構不行嗎？

答案是有，比如英特爾的X86架構。

但從當前的智慧型手機軟體生態環境來看，確實必須得用ARM的指令集架構，因為當前的兩大軟體系統——iOS、Android，都基於該指令集架構。

那麼與ARM停止合作對麒麟晶片的研發有多大呢？剛才我們提到，華為已經獲得了ARMv8指令集架構的永久授權，那麼是不是就意味著ARMv9新版本上市前，華為麒麟新品就可無憂呢？

我們來看當前的海思晶片，不難發現，麒麟晶片的微架構還沒完全跳脫公版架構的範疇。

如果ARM近期推出的全新微架構不包含在ARMv8指令集架構的永久授權內，那麼麒麟晶片就將處於無新微架構可用的尷尬境地。

5月26日，中國工程院院士鄔賀銓在2019年中國國際大數據產業博覽會上表示，華為實際上已經很熟練的掌握ARM的設計以及架構的修改，擁有自主設計處理器的能力，因此也不見得非要ARM再繼續提供V9，華為也可以對它進行升級。

按鄔賀銓的表述來說，華為擁有升級架構的能力，所以並不是處於完全被動的狀態。

但是我們有這樣的擔憂：華為的升級速度能夠趕得上ARM指令集架構的更新？華為的處理器設計能否完全跳脫ARM公版架構設計並追趕上ARM新微架構的性能表現？

不過好在ARMv8架構近兩年應該不會出現疊代更新，下半年傳聞的麒麟985也應該不會受到ARM停止合作的影響。

這無疑為華為海思晶片提供了寶貴的緩衝期。

從ARM發跡看海思發展 中國芯可有複製可能？

有句話叫「複製成功後來居上」，其實ARM的發展，也與一次買不到晶片的事件有關。

那麼ARM的成功，國產晶片可否複製呢？

1979年，被稱為「英國的蘋果電腦公司」的Cmbridge Processing Unit成立，主要業務是為當地市場供應電子設備。

次年公司更名為Acorn計算機公司。

在設計產品的過程中，Acorn公司最先打算使用摩托羅拉的16位晶片，但造價過於昂貴。

後將目標轉向英特爾的80286晶片，但遭到了後者的拒絕。

Acorn被迫研發晶片，這正是ARM晶片的開端。

1985年，Acorn計算機公司第一代32位、6MHz的處理器面世，用它做出了一台RISC指令集的計算機，簡稱ARM（Acorn RISC Machine）。

但同年10月，英特爾推出了80386晶片，性能吊打前者。

不過好在也有所長，ARM晶片功耗更低。

不久後，Acorn公司被收購，1990年，ARM（Advanced RISC Machines）從原公司中獨立出來。

在成立的最初幾年，ARM業績一般，於是做出了一個堪稱轉折點的策略：不再生產晶片，轉而以授權的方式，將晶片設計方案轉讓給其他公司。

即IP（智慧財產權）授權的商業模式，收取一次性技術授權費用和版稅提成。

這種模式的好處在於建立了一個ARM為核心的生態圈，可以與被授權廠商風險共擔、利益共享，極大的降低了自身研發成本，並降低在研發中的風險。

在這個過程中，ARM不斷積累經驗並改進技術。

而不久後行動電話時代的來臨恰恰成為ARM發展的黃金時期。

2007年，具有跨時代意義的iPhone面世，正是基於ARM指令集架構；2008年，Android面世，也是基於ARM指令集架構。

自此ARM的大時代迎來了真正的開端。

不得不說的是，ARM能夠如此成就，得感謝英特爾。

這感謝不僅來自迫使Acorn自研晶片，還有英特爾拒絕了高通、蘋果的合作。

第一次感謝讓ARM誕生，第二次感謝則定鼎了ARM在移動設備市場的霸主地位。

此時的華為，恰如當年Acorn被英特爾拒絕。

這樣的開端，無疑是痛苦的。

那麼華為有可能複製ARM的成功嗎？

答案是：很難，至少在移動設備領域，很難。

智慧型手機用其它的指令集架構也不是完全沒有可能，但難度極大，因為要改的不僅是一個指令集架構，而是在這個指令集架構下形成的整個生態鏈。

同理，新系統的開發也要面臨生態問題，比WP系統失敗有很大原因就在於軟體生態的缺失；此前阿里雲OS可以兼容Android軟體也無疑是考慮到軟體生態的發展。

三大系統已去其一

移動設備市場目前已經成型，iOS系統和Android系統已經成為手機市場的壟斷者，其它系統要麼死亡，要麼由於各種問題也沒了聲量。

想要在兩大系統的夾縫中成長，其難度不言而喻。

此外，ARM發展壯大的原因之一在於遇到了行動電話發展的風口。

想要全新的指令集架構誕生並快速發展壯大，無疑需要一個全新的風口助推。

下一個風口在哪，這大概是所有相關企業都在探索的問題。

中國芯癥結在缺乏核心技術 被列名單的華為一枝獨秀

其實上述華為海思晶片面臨的問題，也是整個中國移動晶片產業都面臨的問題：核心的技術沒有掌握在自己手裡。

ISSCC會議

ISSCC會議是世界學術界和企業界公認的集成電路設計領域最高級別會議，被認為是集成電路設計領域的"世界奧林匹克大會"。

在2018年ISSCC已接受的202篇論文數量中，來自中國內地的數量為7篇，占比僅3.5%，大會來自中國內地的參與者屈指可數。

再從源頭來說晶片的生產。

晶片的原料是非常便宜的二氧化矽，但問題在於需要提純。

可以用來做太陽能發電的低純度矽我們可以做到出口，但能達到電子級別的極高純度材料幾乎完全依賴進口。

此外，在晶片的生產過程中需要使用光刻機。

而在全世界範圍內有能力生產光刻機的企業只有寥寥可數的幾家，其中荷蘭ASML公司堪稱絕對霸主。

雖然一台光刻機造價成本昂貴，但是英特爾、三星和台積電等國際晶片製造廠商早已經將ASML的產能預定一空。

由於某些特殊的因素，西方國家對光刻機產品出口中國進行管制，一些最先進的光刻機無法第一時間出口到中國內地。

中微半導體研製首條5納米製程生產線

不過好在，中國芯不管是晶片設計還是生產，都已經有了迅猛的長進。

我們有較強的晶片設計能力，比如華為海思的麒麟晶片，性能水平已經達到了一流層級；我們也有較強的晶片生產能力，比如在全球最先進的可量產的7納米晶片工藝上，中微半導體是全球五大刻蝕機供應商之一，並已進軍5nm領域。

在晶片設計領域，本次被列入「實體名單」的華為，旗下的海思半導體實際上已經成為中國自主晶片設計的代表，其涉及領域包含SoC晶片、5G通訊晶片、AI晶片、伺服器晶片、其他專用晶片五大類。

其中包含我們熟知的手機Soc麒麟、5G終端晶片巴龍、AI晶片昇騰、伺服器晶片鯤鵬、IoT晶片凌霄等，有網友笑稱，華為註冊了一本山海經。

華為手機Soc：麒麟

說起手機SoC麒麟晶片，相信大家都不會陌生，然而它的開端並非一帆風順。

2009年華為海思推出GSM低端智慧型手機解決方案，應用處理器名稱為K3V1，2012年推出的K3V2號稱是全球最小的四核ARM A9架構處理器，但由於種種問題均為得到市場的認可。

直到2015年16nm FinFET Plus工藝製造的中低端晶片麒麟650發布，才帶動了榮耀5C等機型的千萬級銷量。

2015年，麒麟950面世，在性能優勢和工藝優勢上成功領先高通半年；2016年，麒麟955推出，其搭載機型華為P9系列旗艦機型銷量破千萬；2017年，擁有獨立人工智慧神經網絡NPU的麒麟970面世。

2018年，再次進化的麒麟980更是以七個全球首款成為萬眾矚目的存在——

1、全球最早商用TSMC 7nm工藝的手機SoC；

2、全球首次實現基於ARM Cortex-A76的開發商用；

3、全球首款Mali-G76 GPU；

4、支持全球最快的LPDDR4X內存；

5、全球首款雙核NPU；

6、全球率先支持LTE Cat.21，峰值下載速率1.4Gbps；

7、全球最快的手機WiFi晶片Hi1103，率先支持160MHz帶寬，理論峰值下載速率可達1.7Gbps。

華為5G晶片：天罡&巴龍

華為5G晶片也是被廣大消費者熟知的一大亮點，其中包含5G基站核心天罡晶片和我們熟知的終端晶片巴龍5000。

前者是業界首款5G基站核心晶片，實現基站尺寸縮小超55%，重量減輕23%，功耗節省達21%，安裝時間比標準的4G基站，節省一半時間，有效解決站點獲取難、成本高等挑戰。

後者則具備1個世界領先和5項世界之最——

領先：集成2G、3G、4G的多模單芯模組；

之最：1、下行鏈路速度4.6Gbps，上行速度2.5Gbps；2、首個上行/下行解耦多模終端晶片；3、首個同時支持NSA和SA架構的晶片組；4、最快的高峰下行速度；5、首個5G晶片上的R14 V2X。

華為AI晶片：昇騰

AI晶片已經成為當前的半導體熱門話題之一，原因在於傳統處理器性能面臨物理極限帶來的增長疲軟，而日益提升的專業化要求超過了處理器性能的增長速度。

這時候，採用專用協處理器來提升處理性能成為了非常好的解決方案。

AI晶片即這種協處理器的一員。

2018年10月，在華為發布了昇騰910、昇騰310兩款AI晶片，該兩款晶片均採用了華為開創性的統一、可擴展的架構——達文西架構，實現了從極致的低功耗到極致的大算力場景的全覆蓋，目前全球市場上還沒有其它架構能做到。

值得一提的是，昇騰910用於數據中心伺服器，基於7nm工藝製程打造，是全球已發布的單晶片計算密度最大的AI晶片，性能表現超過英偉達最強晶片AI V100。

華為伺服器晶片：鯤鵬

伺服器被稱為網絡的靈魂，起核心部位正是處理器。

華為的伺服器晶片照樣大放異彩，其2019年1月發布的鯤鵬920伺服器晶片，性能跑分超出之前業界標杆產品的25%，能效提高30%，但功耗反而降低，目前在性能上已經達到行業領先水平。

此外，鯤鵬920雙埠設計使得這款晶片的速率達到業內主流產品的兩倍，搭載的內存寬頻超過業界主流46%，網絡寬頻提升四倍。

此前的服務期晶片技術一直被美國壟斷，鯤鵬920晶片的推出無疑大大提升了國產伺服器競爭力。

小門類專用晶片

在路由器晶片、NB-IoT晶片、IPC視頻編解碼和圖像信號處理的晶片等方面，華為也所有建樹，比如全球領先的窄帶物聯網無線通信模塊利爾達NB-IoT模組、用於家庭接入類的產品凌霄系列等等。

為何華為海思能有這樣的成就？其實這源自華為在晶片產業方面的高瞻遠矚。

早在2004年，現在的華為海思總裁何庭波就收到了任正非下達的一條「嚇人」命令：「我給你四億美金每年的研發費用，給你兩萬人。

一定要站立起來，適當減少對美國的依賴。

」

「所有我們曾經打造的備胎，一夜之間全部轉「正」!多年心血和努力，挽狂瀾於既倒，確保了公司大部分產品的戰略安全、大部分產品的連續供應。

」何庭波在發給海思員工的內部信里這樣寫到。

隨後余承東在朋友圈發出了這樣的評論：「消費晶片一直就不是備胎，一直在做主胎使用，哪怕早期K3V2競爭力嚴重不足，早年華為消費者業務品牌和經營都最困難的時期，我們也始終堅持打造自己晶片的核心能力，堅持使用與培養自己的晶片。

」

技術成本分攤助推獨立難度 中國芯任重而道遠

在上文中我們提到，ARM轉換模式，由原來的處理器的全線生產轉換為IP授權的商業模式，這為ARM極大的降低了生產成本和研發風險，也正是這種模式成就了如今移動電子設備不可或缺的ARM。

其實這種分工式的思維，已經廣泛應用在了當前的處理器產業中。

比如華為海思麒麟處理器的研發生產，首先要從ARM拿到指令集架構的授權，然後經由多方技術聚合併深入研發，設計出符合自家產品的Soc方案，再將方案交由晶片生產代工廠台積電生產。

在這方面，不止華為，蘋果、高通等晶片巨頭都採用這種分工合作的生產模式。

當然也存在把持著從設計、製造、封裝、測試、銷售整個鏈條的晶片巨頭，這種廠商被稱為IDM，即整合設計製造商。

其中代表就是美國的晶片巨頭英特爾。

但並不是所有半導體企業都有能力支持整個鏈條的龐大資金投入和時間投入，所以產業分工合作在所難免。

舉個例子來說，為何光刻機成本高昂但還供不應求。

光刻機被譽為人類最精密複雜的機器，站在整個半導體行業食物鏈的制高點。

其行業霸主荷蘭ASML的成功並不是一蹴而就的，而是西方世界無數寡頭和財團用經費鼎力支持燒出來的。

所以對於當前大多數半導體企業，沒有能力去做一個完整鏈條，當然也沒必要。

當然也正是這樣的「沒必要」，讓大多數半導體企業習慣了分工合作的生產鏈條並對其產生了必不可缺的依賴性。

雖然中國芯在各個層級都不算完全空白，但仍依賴於全球化分工合作的中國晶片不能不承認還任重而道遠。

不過，有空白就有潛力。

雖然晶片的設計根源、生產技術、產業運行模式已經出現了看似明確的架構定位，但這並不意味著晶片產業就此定型，未來全新的風口無疑還擁有十分廣闊的想像空間，比如AI晶片和5G晶片，對於未來的正確預判將決定中國芯的希望與崛起。

有傳聞稱，華為正在投入一款名為RISC-V的全新指令集架構研究，相比於ARM高昂的授權費，前者的優勢在於免費開源。

加之華為擁有自主研發設計晶片的能力和自研系統「鴻蒙」的傳聞，一個全新架構的晶片和一個全新的系統生態或許正在孕育之中。

寫在最後

ARM與華為停止合作對海思麒麟晶片有多大影響，看到這裡相信大家也有了一個較為清晰的判斷。

但塞翁失馬焉知非福，ARM的停止合作也並非完全是件壞事，至少它為中國晶片的發展敲響了警鐘，讓我們清晰的意識到，沒有核心技術的發展永遠都是不可靠的，中國晶片產業如何擺脫外部勢力的掌控亟需我們去面對和解決。

也許，這也正是中國芯發展的最好時代。

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