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看到“东大研究生”吐槽华为cpu,海思,请知道的人科普一下吧,我抛砖引玉

2019-07-13 20:49发布

看到有人在为海思争得面红耳赤,其实作为一个中国人,大家都希望国产的好,不是么,但是不管看好还是看衰,都应该理性客观一些。一下是本人了解的一些东西,和大家分享
  首先我们说说半导体产业,半导体行业有两种模式一种是英特尔这类公式,自己设计自己生产。这样的好处在于,电路设计跟工艺结合的紧密,而且保密。
  还有一种就是设计、生产分开的,比如:海思,德州仪器,高通。这都是使用的台积电(TSMC)工艺。
  三星很有意思,他不像因特尔,他的cpu不完全自己设计(内核来自arm公司),也不像德州仪器、高通,三星有自己的生产线(晶圆厂、测封厂)。
  再来说说ARM公司,关于这家英国公司大家都能百度到很多信息,说白了,ARM 公司设计了很多CPU内核,有ARM 7 9 15 ,工业控制中还有M0、M3等等,这些东西通常以软核(HDL,硬件描述语言代码)的形式卖给客户(三星、华为、高通之类),然后他们自己进一步设计(不同公司设计能力不同,所以同样的授权,设计的产品却大不相同)。
  再说工艺,可以说世界上最先进的工艺是英特尔(不论设计还是工艺),但是英特尔基本不代工。可代工的主要有:台湾的台积电(TSMC)、联电(UMC)大陆的中芯国际(SMIC)、星加坡特许(Chartered ),韩国三星,欧洲的意法半导体(ST)。其中台积电和三星都有32nm以下的工艺。不得不说现如今大陆的中芯国际也有40/45nm工艺(算是比较稳定,也就是良品率比较高的,但是32nm还没搞出来)
  看完这些,你就知道华为海思是怎么来的,和高通、德州仪器一样:获得ARM公司的专利授权(ARM9貌似要好几千万美元,销量好还得按销量抽成),然后经过自己一系列的设计,包括加入GPU(这个也可以买的,大家知道的mail等等),然后送到代工厂,再之后就是测封厂。
  再说说CPU,大家可能感觉上有两种:pc机的cpu,因特尔和amd主打(事实上也没有第三个)。还有就是手机的(主要是arm的了)大家这么分事实上是对的,pc机cpu用的是复杂指令集(CISC),手机cpu用的是精简指令集(RISC) 。大家还记得龙芯么,他的指令集是MIPS属于精简指令集(所以有人期望用到龙芯的PC机是不大可能的,除非用linux系统,或者龙芯的开发者在芯片中加入硬件虚拟化,这个很复杂。总的说龙芯现在还是有一些应用的,但不是pc机,是一些服务器,他们不需要复杂的指令,需要多线程)。
  如果你看完这些,你会知道,华为的海思是不具有严格意义上的“完全自主知识产权”的cpu。不过,并不能就这样看低这款国产四核cpu(国产arm的cpu早就有,比如瑞芯微的RK29XX等等),因为就目前来看他的参数不必其他国外同样arm授权、台积电代工的产品差。事实上,华为作为一家以营利为目的公司,以他的市场地位,以及公司实力不可能劳民伤财的去开发一款所谓的“完全自主知识产权”的cpu,应为,额怎么说呢,罗马不是一天建成的。就算开发出来了,他的配套芯片组、系统OS、编译器(要让别人开发应用吧)都得重新设计,最要命的是没有应用软件,他会比现在的wp7还要尴尬许多。添加到专辑 目前几乎所有手机上的处理器都是ARM体系的(ATOM这个怪胎先不管他)
  ARM包含2个概念
  一 指令集架构,典型的有ARMV5 ARMV6 ARMV7以及最新的64位ARM指令集ARMV8等等,这个类似于台式机上的IA32,他是一个指令集,仅仅定义了机器指令,寄存器结构等等软件开发者可以看到的最底层的东西,是软硬件的接口。
  二 核心架构,典型的有CortexA5,A7,A8,A9,A15,高通的蝎子,环蛇,以及早期的ARM9,ARM11等等。 他们对应于某一种指令集架构的具体核心实现方式,比如CortexA8,A9,A15以及高通的环蛇,蝎子都是基于ARMV7指令集架构的不同核心架构处理器。 ARM11则是分别基于ARMV6的指令集架构
  所有采用ARM体系结构的公司都要给ARM公司交授权费,包括指令集架构授权费,大部分的公司(除了高通)使用了ARM的核心架构,还要再交核心架构的费用。
在指令集架构上,所有公司都没有区别,高通,ti,三星,海思,马维尔,联发科等等的主流处理器都采用ARM公司的的ARMV72指令集架构。
  在核心架构上,高通技高一筹,姑且不论其处理器是不是胶水双核,是不是伪A15,仅仅其自己有核心架构设计能力就已经是变态的存在。
  要知道,虽然所有公司都必须给ARM交不菲的指令集架构授权费用,但高通在核心架构上却可以节省大量核心架构授权费用,使其更具有成本优势。
  另外,指令集架构授权是一次交一笔,核心架构授权则是按出货量征收
但同样采用A9架构的处理器,不同处理器内部的核心频率,Cache容量及频率,以及浮点模块等其他可选模块的配置也不全想同,所以一个处理器的性能仅看主频是愚蠢的。
  除了上面这些ARM的标准核心之外,处理器内部其他模块区别就更大了,比如GPU,内存接口,DSP,电源管理模块,音频Codec,视频接口,摄像头接口,网络接口等等,总的来说,一个手机处理器DIE的ARM核心占的面积大小区别很大,比如同为A9双核,苹果A5X的4核GPU就占用了大量面积,有的处理器则外围的模块很简单,这样造成同样A9双核的性能天壤之别。
以上仅仅是一个手机处理器的架构相关内容,在CPU设计时,需要由前端和后端的人一起努力,简单的说前端主要是整体设计,功能验证等偏逻辑和数字,而后端则偏重于模拟和微电路布局,一个处理器的不用工艺生产主要是后端工程师的事情。
  简单来说,IC后端比前端更难,一个手机处理器所处的各种功能BUG一般是前端人员问题,而迟迟不能流片成功则大多数后端的问题,中国目前经验丰富的后端人员奇缺。
  而如果全部采用ARM的标准核心的话,在核心架构部分前端工作会少一点,但后端工作还是很夸张的。虽然海思做手机处理器时间不长,但海思搞了这么多年的芯片,也许前端工程师经验欠缺点,后端工程师不管从数量,还是从质量说是大陆第一都是没任何问题的,而前端工程师则可以相对容易赶上来。
从上面可以看出,虽然所有手机处理器都采用ARM的指令集架构,但每个处理器还是有海量的工作量以及海量的技术难题需要解决,移动处理器远远没有一些人所说的直接拿ARM的核心去流片这么简单,不然是个厂商都可以随意生产处理器了,也不至于到现在也才这么几款四核处理器。
  高通,德仪,三星,联发科,nvdia,海思等几大手机芯片设计公司中,
  三星是设计加生产,但其设计对ARM原始设计改动较少,包括GPU一直都是使用ARM的mali400,没有引入其他公司的GPU,且目前没有基带设计能力,其手机芯片团队中从联发科挖过来的人也是功不可没,其主要优势还是在于生产。
  高通则是设计能力超强,其变态到核心架构也自己玩,GPU也自己玩,加上其是基带第一大厂,无线第一大户,虽然现在是fabless,但有传闻其要自己建工厂,总体来说,在手机处理器上,高通目前所有方面都遥遥领先,其他公司基本只能和其打价格战,现在遇到的问题基本是环蛇架构产能不足。
  德仪也是设计+生产,作为一个老牌的IC大牛,其设计能力也很强,早期层设计过x86的处理器,但德仪本身业务太广,这一块可能投入不大,但设计能力还是遥遥领先高通之外的其他厂家,ti的手机处理器是不是自己的工厂制造这点我还没去研究。
  nvdia也是fabless,作为新进入的移动处理器厂家,特点就是出产品快,产品性能低,基本就是到处被人踩,优势是他自己的GPU,弱势是基带,不看好这个家伙的前途,MTK会是他的强劲对手。
  联发科也是fabless,但其有基带配套和生产能力,作为台湾企业,成本优势也明显,低端方面已经对高通造成极大威胁,而且目前还在进行4核的研究,虽然没有GPU设计能力,但选择了最具竞争力的power vr系列的GPU,总体来说,我比较看好联发科,nvdia在mtk面前可能要杯具。
  海思则是手机处理器最后一个加入者,优势在于人力成本,自己的基带配套,以及华为终端海量的发货量,其未来发展不容小看,作为一个追赶者,海思聪明的选择了从高端突破,直接从A9四核入手,而且在最先进的big.LITTLE上和其他厂家站在同一个起跑线上。未来借助于华为的大平台,可以和终端相互促进,发展高中低全线产品,且进入正轨后可以手机和芯片同步开发,更早上市,如果华为终端全部采用海思自有芯片,仅仅凭华为自有发货量就可以立足于不败之地。