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那个号称“秒杀骁龙810”的麒麟950是如何炼成的?
岩岩秋 2014-12-31 来源: UC
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OFweek电子工程网讯:今年11月份,华为海思麒麟950正式发布,具体的性能在文章后面有详细介绍。本文也借此机会回顾下海思麒麟的发展过程,以及如何炼就今天的麒麟950?有兴趣的朋友可以一起来探讨一下。

海思半导体有限公司是华为的全资子公司,在营业收入方面位列国内IC设计公司第一。该公司成立于2004年10月,前身是华为集成电路设计中心。

海思半导体业务广泛,有固定与无线网络、网络接入终端和无线终端三大类产品,广泛运用于华为的光通讯产品和数据通信产品中,有路由器芯片、机顶盒芯片、手机平版芯片、视频监控芯片、交换机芯片和光子芯片等产品。在视频监控芯片领域,海思在国内近乎处于霸主地位。

因为本文的主角是海思麒麟。因此,其他芯片自动过滤,只谈与最广为人知的海思手机芯片——麒麟。

麒麟的发展路线选择

在最近召开的2015中国计算机大会上,中国工程院院士李国杰的讲话中将国产CPU发展逐步形成了3条路线:

一条是自主设计路线,自主构建基础软硬件体系。以龙芯、申威为代表;

一条是ARM技术路线,购买ARM指令授权或硬核、软核授权。以海思和展讯为代表;

还有一条是ODM路线,与国外合资或合作,委托国外设计,并获得部分产品产权。以兆芯和宏芯为代表。

那么,华为海思为何选择ARM路线呢?这就要从华为海思发展手机芯片的原因和目的说起。

华为发展手机芯片的原因和目的:

一方面是因为原本的合作伙伴德州仪器有可能会逐步淡出手机芯片市场——被高通用通信专利和买基带送SOC的方式撵出去;

另一方面也是提升核心零件自给能力,仿制被供应商漫天要价和卡脖子。

如果选择自主路线,市场化难于上青天,将很难从市场中回血。因此,选择购买ARM的IP核集成SOC的发展路线就理所当然了——购买现成的IP核(ARM),购买GPU核(GC、Mali)以及各种接口IP核(Synopsys),通过一定的流程,集成出SOC。

虽然选择ARM技术路线多了几分唯利是图的商业化气息,少了几分为解决产业发展和信息安全受制于人的理想信念,并且还将受制于ARM和谷歌。但依附于AA体系后大幅降低了研发的资金成本、时间成本和技术门槛,非常有利于实现市场化运营。

悲剧的K3

麒麟的成长也是在挫折中前行,在磕磕碰碰中成长的磨砺之旅。

2009—2010年,海思研发并推广了第一款手机SOC——Hi3611(K3),该SOC集成了双核ARM-11,曾被用于智能手机及其他智能设备。

虽然华为对K3寄予厚望,但理想很丰满,现实很骨感——K3最终连在山寨机市场都无法立足。

原因何在?一方面固然有K3自身的原因。但更多的是因为缺乏强有力的合作伙伴和市场定位和营销的问题。

因为手机芯片市场基本被德州仪器、高通、美满电子、联发科等厂商占据,K3只能去抢最低端的山寨机市场,而山寨机厂商本身技术实力有限,品控无法和大厂商相提并论,很多问题其实是山寨机厂商自身的原因造成的,但最后往往被归结于K3产品不行。

另外,任何事物发展都有一个螺旋式上升的过程,都要经过发现问题——分析问题——解决问题的过程。比如2004年进入手机芯片市场的联发科,联发科就曾经借助TCL下属的手机方案公司捷开通信解决BUG,完善芯片。

同理,K3也当然不能例外。因为山寨机厂商技术实力差,不仅无法在使用中反馈存在的问题,进而共同对芯片做改进,反而因为庞大的出货量败坏了K3的名声。

最后在营销方面的做法也非常值得商榷,在产品不成熟的情况下,没有选择发展1到2家有实力的大客户,而是选择发展了十多家小客户,并且大量铺货,造成在管理上的极大困难,并最终导致渠道商的大量积压......

因此,K3的命运必然是悲剧,但这远不是麒麟芯片悲剧的落幕。

 

坑爹的K3V2

2012年1月,海思发布了K3V2,该SOC集成了四核ARMA9,在GPU上选择了图芯的GC4000,因为抢不到台积电最新的28nm制程工艺,只能退而求其次选择了40nm制程,这些都为K3V2的坑爹埋下了伏笔。

在AP方面,2012年的海思的设计经验不要说和德州仪器、高通等国际大厂相比,就是和国内全志、瑞芯微等“寨厂”相比都没有优势,作为第一款发布的四核A9SOC,海思显然还无法将产品做到其宣传的“高端”地位。

在GPU方面,选择GC4000则是另一个败笔。GC4000虽然有较好的理论性能/芯片面积比,芯片面积小,自然成本相对更低,至于GPU的性能全靠提频率。

因为选择了40nm制程,直接导致功耗偏大,搭载K3V2的多款华为中高端手机也被戏称为“暖手宝”。而为了控制功耗,海思不得不将原本频率应该在600MHz的GC4000降低到480Mhz,在一些应用中,GPU的频率甚至被锁定到最高240MHz。

而之前说过,为了控制功耗,海思将GPU的频率压的很低,这带来一个后果,就是K3V2在游戏体验方面差强人意——很多大游戏频发兼容性问题,有些黑屏不能玩,有些存在贴图错误;即使是小游戏也存在流畅度都不足的问题。

因此,发热大、游戏体验差、小毛病多成为K3V2的代名词。华为为了扶持麒麟芯片,压制了华为终端公司反对的声音,在2年时间里坚持在自己的中高端机型上使用K3V2。具体来说,从2012年至2014年,P2、D2、Mate1、P6、荣耀2、荣耀3等手机相继入坑。

(华为对K3V2的自嘲)

实事求是地说,K3V2是个大坑,的确把华为这个亲爹给坑了——因为在性能、功耗、兼容性、稳定性等方面完败给小米手机搭载的骁龙600等SOC,使华为中高端机型的销量受到了很大影响。很多花粉被K3V2坑的粉转黑,看到搭载海思芯片的华为手机自带回避光环。

有人说,麒麟芯片是为了差异化竞争才不外卖,固然有这方面的原因,但是要外卖,还得有人原意买啊,就当年的K3V2,在市场上是毫无竞争力的。

可以说,如果不是华为在各个子公司之间用饱含计划经济特色的方式统筹协调,不是采取垂直整合模式对海思从资金、搭载平台和销售渠道方面全方位的支持,完全按照市场经济运作,麒麟在经历K3和K3V2两次失败后,早就死在市场竞争的激流之中了。

步入正轨的麒麟910、92X、93X

俗话说,吃一堑,长一智。海思在连续遭遇两场败绩之后,积累了经验,吸取了教训。在2014年,海思对K3V2进行了魔改——将40nm制程提升为28nm,将GC4000换成Mali450MP4,一举解决了兼容性问题和功耗问题,打造成海思第一款能用的SOC——麒麟910。

在2014年5月,发布了一款好用的SOC——麒麟920,该SOC的AP部分由四核A7和四核A15以及Mali628MP4组成,在性能和功耗的平衡方面做的较好,兼容性方面也因使用Mali的GPU得到了改善,一举更正了大家对海思芯片功耗大、兼容性差、小毛病多的印象。

麒麟92X系列芯片亮点不是CPU和GPU,因为这些本身就是购买国外的技术和产品。真正的亮点是华为自主研发的通信模块(基带)。华为在通信技术方面底蕴深厚,920的霸龙720基带支持TD-LTE/LTEFDD/TD-SCDMA/WCDMA/GSM5种制式(就是支持移动、联通的2G/3G/4G和电信4G),是全球首款商用的LTECat6的芯片方案。

基带有多重要呢?手机能打电话、发短信、上网很大程度上就是依赖基带的作用。曾经的霸主德州仪器就是因为基带的原因不得不推出手机芯片市场,Intel、英伟达这样的巨头就是因为受困于基带技术,加上软件生态的因素在手机芯片市场步履维艰。

麒麟93X系列芯片的AP集成了8核A53和Mali628MP4,在性能提升方面比较有限,在性能和功耗方面比较平衡,据发烧友实测单核A53功耗大约500mW左右。93X系列芯片的亮点也是基带,缓解了高速移动场景和处于地下室等场景的信号不稳定或信号差等问题。

 

飞跃性进步的麒麟950

11月5日,华为海思发布麒麟950,该SOC集成了4核ARMcortexA53和4核ARMcortexA72,官方宣称,“A72比A57性能提升11%的同时,功耗降低20%。”

在GPU方面使用了MaliT880MP4,官方宣称“比上代GPU图形生成能力提升100%,GFLOPS提升100%”。虽然没有1VS1的直接对比,但根据ARM方面的资料,MaliT760MP8的性能很可能强于MaliT880MP4。麒麟950的GPU很有可能未必能强于三星去年发布的Exynos7420——华为秉承够用就好的观念,在GPU上一如既往的“吝啬”。

现场展示的跑分中,安兔兔v5.6.2版本下麒麟950跑分高达到了82220,作为对比三星的Exynos7420跑分为7万+,考虑到在GPU方面Exynos7420和麒麟950的对比。因此,A72的性能较A57有一定程度的提升。(这个跑分是在裸露的开发板上进行的,与在手机上的跑分会有所差异。)

在制程工艺方面率先采用业界领先的台积电16nmFF+工艺,是首个商用16nmFF+工艺的SoC芯片,这里和苹果的台积电的A9使用的16nmFF+工艺区分开来,因为A9采用的是外挂的高通基带,严格意义上,只能算是AP不是SoC。

相比28nmHPM,官方宣称“性能提升40%,同时节省了60%的功耗“。

虽然现在还无法用实物测试的办法证明官方的宣传,但参照Exynos7420的A57采用14nm制成工艺后,功耗没有像骁龙810那样发烧,以及海思麒麟对功耗控制方面的良好表现——麒麟910、麒麟920、麒麟930对功耗和性能的平衡做得较好。采用16nmFF+工艺的麒麟950应该不会成为一款”发烧“的SOC。

在协处理器方面,麒麟950的I5协处理器可解放主处理器,对手机续航能力有所提升。

而拍照方面,麒麟950重设Camera系统,支持14bit双ISP,吞吐率性能提升4倍,高达960MPixel/s;支持混合对焦技术,会根据拍照场景自适应选择最佳的对焦方式;另外,还有更多的滤镜效果,可体验下有趣的拍照。

在射频芯片方面,麒麟950采用全新自研射频芯片,不仅集成度更高,而且功耗更低,支持更宽的频段范围(450MHz—3.5GHz),使手机能够支持更广泛的全球漫游。

另外,麒麟950还采用全新LPDDR4、新系统总线等,硬件性能更加强劲。麒麟950还对芯片Boost性能和芯片系统的持续性能进行了专门优化,确保用户触发操作时,做到100毫秒内响应;一般工作状态下,确保每一帧绘图在1/60秒内完成。

结语

诚然,海思依附于AA体系的发展模式无法构建属于中国的自主技术体系,对实现基础软硬件的自主可控意义有限,也无法解决中国集成电路产业受制于人,国家信息安全受制于人的困局。但商业上的成功确实从高通等国际巨头手中抢回了部分市场,在基带技术方面的自主创新更是值得国人尊敬。

海思麒麟的成功,源自华为对海思不计成本的投入,源自ARM和谷歌开创的技术体系,源自华为的垂直整合模式以及华为员工的辛勤奋斗。

据了解,中国移动将在2015年底全网商用VoLTE,麒麟920/930/950全系列芯片支持VoLTE。业内人士指出,这将会为用户带来了新一代高清语音体验,通话接通时延大幅缩短,视频通话质量相比3G提升10倍,并能够满足用户同时通话和上网的需求。

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