華為海思的處理器研發邏輯｜半導體行業觀察

昨天，華為又刷屏了，原因就是其千呼萬喚的Arm伺服器晶片終於正式與大家見面了。

作為中國大陸半導體界的第一寵兒，華為海思的動向始終是熱度最高的。

在過去的一年裡，關於Arm伺服器晶片的興衰一直是業界的一個熱點話題，而華為也被緊緊地綁定在了這個話題當中，使得熱度翻倍。

之所以如此，是因為業界一直在熱議的海思Hi16xx伺服器處理晶片，正是基於Arm架構的，Hi16xx是海思內部的研發代號，而其最終版本是Hi1620，這也正是昨天華為正式發布的產品——鯤鵬920。

實際上，華為之前就有過基於Arm架構的伺服器晶片，如基於Cortex-A57的32核產品，只不過並沒有大規模推廣。

處理器一個都不能少

海思設計的晶片覆蓋範圍還是很廣泛的，包括無線網絡、固定網絡、數字媒體等領域，但最受關注、熱度高的莫過於處理器晶片了，包括手機處理器SoC、伺服器晶片，以及AI晶片。

論技術難度和進入門檻，手機用處理器顯然是最低的，且其市場規模可觀，量大可帶來不菲的經濟效益，這在華為身上有淋漓盡致的體現：該公司2018財年營收超過了1000億美元，其中手機收入就占50%左右，而華為的所有手機中，採用自家麒麟系列處理器的，占比也超過了50%，可見，華為在手機處理器高投入產出比方面，實現了教科書般的操作，當然，這也不是一時之功，而是多年堅持、投入的結果。

顯然，相對於手機SOC而言，做伺服器晶片的難度和門檻就高得多了，而且是做非X86架構的晶片，在當今的伺服器市場，X86系處理器的市場占比超過90%，要想在這樣穩固的生態當中奪食，談何容易！而國內外一批Arm系的廠商正在試圖改變這一讓很多伺服器應用商感到無奈的局面，因為它們在X86系面前幾乎毫無議價能力，有的甚至被任意宰割。

華為在Arm伺服器晶片研發方面也是積累了多年，彎路自然是難以避免的，初期推出的一些晶片顯然不盡如人意，比如基於Cortex-A57架構的32核產品。

在經過多年的研發和市場經驗積累後，此次華為終於推出了鯤鵬920。

這款晶片有64個內核，主頻2.6GHz，是基於ARMv8指令集研發的高性能伺服器處理器，採用台積電7nm製程工藝，號稱是最強Arm伺服器晶片，比業界標準性能高出25%。

據悉，鯤鵬920的大部分性能提升來自優化的分支預測算法、增加的OP運算和改進的內存子系統架構。

據華為董事會董事、戰略Marketing總裁徐文偉介紹，在SPECint基準測試中，鯤鵬920得分超過930分，比行業基準高出近25%，同時功耗降低30%。

基於鯤鵬920，華為推出了三款泰山（ThaiShan）系列伺服器，包括TaiShan 22080、Thaishan 5280/5290、ThaiShan X6000，分別面向均衡伺服器、存儲伺服器及高密度伺服器市場，主要應用於大數據、分布式存儲、Arm原生應用等場景。

推出鯤鵬920後，華為要做的、也是最為關鍵的，就是生態建設和培育，因為在強大的X86系生態面前，要想拿到客戶訂單，絕對不是只靠一兩款處理器晶片和兩三款伺服器產品就可以的，行業組織和平台的滲透與建設、相關硬體和軟體的協同等等都非常重要，同時也是最難做的。

不過Arm系伺服器廠商有可以依仗的，那就是市場有這個需求，需要打破壟斷，因為壟斷到了一定程度，就會出現轉機。

可以說，手機處理器和伺服器晶片都屬於傳統業務了，當然其技術和架構也在隨著市場需求發展而疊代。

與它們相比，人工智慧（AI）處理器顯然是新生事物，雖然AI概念本身多年前就已被提出，但真正應用於市場，並做出相應的處理器，也就是最近幾年的事情。

在AI方面，華為也是不甘人後，2018年10月，該公司推出了兩款自研AI晶片：基於達文西架構，首批推出7nm的昇騰910（Ascend 910）以及12nm的昇騰310。

華為稱昇騰910作為單晶片計算密度最大的AI新品，算力遠高於Google研發的TPU V3、NVIDIA V100顯卡，半精度（FP16）運算能力為256TFLOPS，整數精度（INT8）512TOPS，支持128通道全高清視頻解碼（H.264/265），最大功耗350W。

昇騰310晶片的最大功耗僅為8W，主打極致高效計算低功耗AI晶片。

半精度（FP16）運算能力8TFLOPS，整數精度（INT8）16TOPS，支持16通道全高清視頻解碼（H.264/265）。

主要適用智慧型手機、智能設備等低功耗產品上。

這可能意味著未來華為麒麟處理器的NPU將會全面轉向自研，不再需要向寒武紀公司購買IP內核集成。

據悉，這兩款AI晶片和大規模分布式訓練系統都將在今年第二季度推出。

自主可控真的很難，但必須做

在手機處理器方面，從2009年，海思推出第一款面向公開市場的K3處理器開始，一直到2018年推出麒麟980，華為海思花了10年的時間，僅麒麟980項目研發耗資就超過3億美元，其在2015年立項，包括聯合台積電進行7nm工藝研究、定製特殊基礎單元和構建高可靠性IP、SoC工程化驗證，最終定型、量產，前後投入36多個月，1000多名半導體設計與工藝專家，5000多塊工程驗證開發板。

另外，在手機處理器研發方面，華為海思與三星、蘋果有所不同，後兩者設計晶片的重點是應用處理器，而海思則更看重核心技術——基帶的研發。

因為基帶晶片是聯繫電信設備與手機的紐帶，而目前市場上雖然半導體IP很多，但要想買到手機基帶IP事比登天，要買也只能從高通那裡買現成的基帶晶片，可見其研發難度之高，蘋果與高通的官司，相爭的核心點就是基帶。

而要自己搞研發、創新，就需要大量的投入，特別是基礎性晶片研究。

2014年，華為的研發投入比A股400家企業的總和還多。

2017年，華為研發費用高達897億人民幣，大大超過蘋果和高通。

過去10年，華為投入的研發費用超過3940億元，位居世界科技公司前列。

2012年，任正非曾有一次內部講話：晶片可能暫時沒有用，但還是要繼續做下去。

一旦公司出現戰略性漏洞，我們不是幾百億美金的損失，而是幾千億美金的損失。

我們公司積累了這麼多財富，這些財富可能就是因為那一個點，讓別人卡住，最後死掉。

這是公司的戰略旗幟，不能動搖。

雖然華為自主研發的決心很強，投入很大，而且其在國內屬於頂尖水平，但在很多方面依然很難實現自主可控，特別是在手機處理器和伺服器晶片方面。

以2017年引爆市場的麒麟970為例，其狠心的8核CPU、12核GPU還是躲不開Arm這樣的IP大佬，這在國家之間的貿易爭端，以及意識形態和政治力的作用下，對於Arm的依賴使得產業風險難以避免。

而Arm伺服器晶片對於Arm的依存度更高，也是一把雙刃劍。

由於手機處理器和伺服器屬於傳統產業，生態已經形成，非常牢固，這方面，Arm伺服器晶片最為典型：即使被X86占到了90%多的市場份額，要與其爭食的依然是我們不能自主可控的Arm，可見生態優勢是多麼的重要。

這方面，後來者有先天缺陷，不可避免。

而要想打造自己的生態，主要希望還是在新生的產品和應用上，典型代表就是人工智慧，這也正是華為的攻堅重點。

其推出的昇騰910和昇騰310，就是採用自主研發的全新架構——達文西。

對此，當時的華為輪值董事長徐直軍表示，之所以不再基於之前的晶片架構，而是做一個全新的架構，是因為目前市場上沒有任何架構可以實現全場景覆蓋。

華為的昇騰系列則可以實現全覆蓋。

華為需要覆蓋從雲、到邊緣、到端到物聯網端，需要全新的架構，創造力的架構。

據悉，華為還會在AI晶片研發上繼續投入更多精力，在2019年，還會發布昇騰系列三款AI晶片，並且開始提供AI雲服務。

結語

綜上，華為的處理器研發邏輯就是：以門檻較低的手機處理器為切入點，不斷積累研發和市場經驗，逐步過渡到伺服器領域，以及新興應用（目前是AI），不斷向更高端晶片進軍。

在自主可控方面，在傳統產業，如手機和伺服器，在已有生態牢固的情況下，更多地從市場角度考慮，先能夠站住腳，然後徐圖之，爭取逐步加大自主可控比例。

而在新興應用領域，則力圖儘早構建屬於自己的架構和生態，在產業發展前期就爭取占領先機，從而在核心競爭力方面，擺脫對外界的依賴。