网友提问:
麒麟芯片架构是买的ARM的,生产是台积电代工,那什么是自己的?
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所有的解释都显得那么废话连篇,没解释到关键。
其实,ARM架构不是有多高深,有多么高不可攀的技术,而更多的仅仅是代表一种提前由专利壁垒保护起来的生态优势而已。
这就和google的gms一样,不是说gms很高深别的公司都高不可攀搞不了,而是他提前形成了一种生态,然后google通过gms授权这种方式来保护和维系他在这种生态中的权利。
微软intel建立的wintelX也同样的道理。
当然,最关键的是,看这种问题还是要看你是跪着看还是站着看,这是核心。
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目前国内芯片领域根本谈不上自主研发,麒麟还是原来的海思本质都是外国芯片这点绕不开。只是因为ARM从来都不做成品,所以华为的纯自主研发钻了空子。ARM处理器ARM绝对控制,无论是哪家生产的!区别就是高通和苹果可以更深层次的买到指令集,进行魔改,三星、联发科、麒麟就只能买公版的核心,公版的方案做CPU/GPU基带的整合调试。ARM从来不卖架构,只卖架构授权和CPU GPU核心。想要生产ARM处理器第一关就是你得能买到ARM核心,这也是ARM的策略,降低成本降低风险同时全面开花占据市场。海思还是麒麟本质是买ARM现成的CPU核心、ARM或者其他公司的GPU核心用ARM提供公版方案做基带 CPU GPU整合调试。不要动不动就是什么自主研发,什么ARM是画设计图的,手机处理器领域ARM绝对的技术垄断谁也绕不开,就拿麒麟970之前都落后高通很多为什么?就是因为买不到最新的ARM CPU核心,所谓的麒麟处理器只要被人技术X分分钟全面停产,华为扮演的角色就是把半成品加工成成品而且还是在相对的技术框框下面。可以对比麒麟970 三星猎户座和同期晓龙,他们的规格基本是一致的,核心参数也是接近了,所以除了图形以外整体性能是接近的。猎户座、骁龙也是华为研发了?核心原因就是这一代的ARM处理器,ARM开发的规格就是那么回事,只要按照ARM的公版方案去做基本都是差不多的,如果是960则是因为核心和方案落后猎户座和骁龙一代。目前能完全自主研发生产处理器的只有两家IBM 英特尔,ARM和AMD没有独立的生产能力,三星就是纯粹的做半成品加工,高通、苹果有一定的魔改能力,华为则是基带有一定技术基础。
利用ARM公版研发自己的芯片,并不是华为的独家专利,三星的猎户座、苹果的A系列、高通的骁龙都是这样走过来的。这就是高通走的道路,华为在这方面走的应该是从外围到核心的改造之路。目前是内置NPU采用国产寒武纪的研发成果,同时GPU却也是完全自研的结果,也许到一定时候自研核心也就是顺理成章的事情。
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华为的海思麒麟芯片不完全是自研的,但是也有它自己的一些东西。
我们知道,目前全球智能手机处理器当中大部分都是使用ARM的处理器架构,包括高通、苹果、三星、华为和联发科在内,都是基于ARM架构研发的。
要想问海思麒麟处理器有什么是自己的,首先我们得来看一下ARM的三种授权方式。目前ARM的三种授权方式包括:架构/指令集层级授权、内核层级授权、使用层级授权三种授权方式。
架构/指令集层级授权,可以对ARM架构进行大幅度改造,甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减。像苹果和高通就是指令集层级授权。它们可以根据ARM授权的指令集来自研处理器架构,以达到更好的性能。例如苹果的A7处理器就是首个基于ARM v8架构的研发的。此类的还有高通820、三星Exynos990等猎户座处理器(2016年后的产品)。华为也取得了ARM v8架构的永久授权。
内核层级授权,即IP层级授权,指以一个内核为基础,然后加上自己的外设,比如USART GPIO SPI ADC 等,最后形成自己的MCU(单片机)。比如我们常见的Cortex-A76架构、Cortex-A55架构,以及Mali-G76架构等都是属于内核层级授权。华为的海思麒麟处理器通常使用的是这一层级的授权。
使用层级授权:要想使用一款处理器,得到使用层级的授权是最基本的,这种授权方式你只能根据别人的IP来嵌入你的设计,不能更改别人的IP。用建房子来打比方的话这种方式就是别人无论是房子架构、房间大小和用什么材料等别人都全部都替你设计好了,你只需要照搬别人设计好的东西做出来就可以了。
华为海思麒麟处理器使用的是内核层级授权,也就是根据别人设计好的架构来做,包括CPU架构和GPU架构都是使用ARM的。但是一颗芯片远远不止CPU和GPU两个部分。
一般来说,一颗Soc集成模块包括以下几个部分:CPU(中央处理器)、GPU(图形处理器)、NPU(神经网络单元)、ISP(图像处理器)、基带、DSP(数字信号处理)、WI-FI控制器、音频编解码、IinSE(安全引擎)、协处理器、内存控制器等多个模块。所以,除了CPU和GPU两部分以外,其它的都是华为的。华为手机处理器自主部分主要体现在通信基带、ISP和NPU架构三个方面。
海思麒麟处理器基带
其实自研通信基带并没有那么容易,从苹果使用英特尔的X基带、高通865无法集成5G基带即可看出。海思麒麟处理器基带是由华为自身研发的通讯基带,包括此前4G手机的cat18、cat21等等。在麒麟990 5G这一代又集成了新一代的5G基带巴龙5000,支持SA和NSA双模网组。华为手机的信号比市面上使用其它处理器的手机信号更好靠的就是它。海思麒麟处理器在基带方面对比其它芯片具有领先的优势。
NPU
华为海思麒麟处理器使用了华为自研的达芬奇架构,与此前的寒武纪AI芯片一样,领先于市面上的其它处理器。其中Da Vinci Core还包含了3D Cube矩阵乘法单元、Vector向量计算单元和Scalar标量计算单元等三个主要单元。保证了海思麒麟拥有更快更强的AI运算能力。
ISP
在ISP方面,华为每一代的麒麟芯片都会研发出新的ISP,这也是保证华为手机能够完全发挥出和索尼共同研发的imx600系列传感器实力的硬件基础。华为自P9那一代,就已经研发出了可应用于彩色、黑白相机模组的双ISP。所以这也是海思麒麟处理器自研的一个方面。
其实对于华为自研的部分还远远不止这些,像金融级别的inSE安全引擎加密芯片、智核ix(x为阿拉伯数字)协处理器等等都是华为自主研发并且集成于麒麟9系列处理器上的。所以,海思麒麟处理器远不止ARM上的CPU和CPU这两样东西。
其实,即使是有了ARM的内核层级授权也还不一定能够研发出自己的芯片。一个芯片研发团队的能力也是非常重要的,比如晶体管数量要多少、怎样使功耗和性能协调达到最优、芯片内总线连接这些都是需要芯片研发团队来做的。小米澎湃芯片出现的耗电快、发热严重、网络不稳定等问题就是芯片研发团队能力不足的体现,并且澎湃芯片也是经过数次流片失败才艰难量产成功。所以,并不是说给你一个ARM内核就一定能够研发出可以正常跑起来、且高效工作的SOC。
从芯片研发到量产的过程中,芯片研发团队还要经过可靠性IP论证、工程化验证等过程才能够最终将处理器交付给台积电来生产。芯片的研发过程可以用万里长征来形容。
除了这些方面,还要讲一下的就是华为已经取得了ARM v8架构的永久授权,即便是迫于某些原因ARM不再授权指令集给华为,华为也仍然可以自主研发处理器。该授权实际上还隐藏着架构/指令集层级授权的内容,也就是说取得了指令集层级授权之后,华为也可以像苹果和高通一样研发自己的处理器架构了。
从手机厂商发展的方向来看,目前全球前三的手机厂商只有华为的处理器架构(内核)还不是自研的,而像苹果和三星都是采用自研的处理器架构。所以,实现处理器的完全自研应该是手机厂商发展的方向,到时候华为将会有更多自主研发的东西。近期华为也传出了自研GPU的消息,但是,是否真的实现了GPU架构自研还得靠时间来论证。
总的来说,海思麒麟处理器并不是完全自研的,但是华为也有在通信基带、NPU方面自己研发的东西,并且未来还将进一步做到完全自研。
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感谢邀请麒麟芯片架构是买的ARM的,生产是台积电代工,那什么是自己的?
题主问题的核心是麒麟芯片架构是买的ARM的,生产是台积电代工,那什么是自己的呢?这个问题确实问的有深度,不过既然这么简单,为什么自研发处理器的厂商并不多,即便是有些研发了,为什么也不强呢!确实题主说的是这么回事,不过一款处理器也就是SOC确实不单单包含这几个方面的,我们下面来说说:
麒麟芯片是买的ARM的,生产是台积电代工,那什么是自己的:
(一)在说这个之前,其实我们首先要知道的一点是,虽然都是ARM授权,但是授权的东西是不同的,其实基本上分为三种,第一个是架构层级授权。第二个内核层级授权,第三个是使用层级授权。
1.第一种其实最有代表性的就是高通和苹果。因为架构层授权其实就是X了ARM的整个设计和制造许可,优势就在于从整个架构和指令集方面入手,对ARM架构进行大幅度改造,甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减,以便达到更高性能、更低功耗或更低成本等不同目的。优势就在于其实这就是一张图纸,大致结构虽然有了,但是你可以根据自己的需求来定制,所以高通和苹果的比如在CPU方面他们都是自研发,比如高通采用的是自家的Kryo架构核心,而GPU方面也是自研,优势就在于性能更强势,因为你可以达到随意改动。
2.第二种最有代表性的就是华为和联发科,当然包括三星。他们是内核层授权,核授权则是指用户可以将其所X的ARM核心应用到其自行设计的芯片中。但用户不得对其X的ARM核心本身进行修改,简单一点来说就是局限性确实相对来说有点大,我们还用图纸来做比喻的话,就是这张图纸,其实设计包括房屋的位置都有了,你只需要往里面填充东西就可以了,也就是说房子的基础结构和设计你不能改变,但是内部你可以自己设计。
3.第三种是使用授权。简单来说拥有使用授权的用户只能X已经封装好的ARM处理器核心,而如果想要实现更多功能和特性,则只能通过增加封装之外的DSP核心的形式来实现。简答一点来说就是我给你的这张图纸,其实房子已经建好了,你不要再去动了,而你可以决定的就是装修风格和用料,相比内核授权,其实他的局限性是最大的,权限也是最少的。
当然我们知道你要求的权限或者是可以更改的地方越多,其实价格也就越高,因为你可以随心所欲的设计,所以价格从高到底也是这样的排序。
(二)我们现在才能来说华为需要做的是什么?
简单一点来说的话,房子轮廓和设计都有了,那么要怎么装修呢!布线呢!里面的东西要怎么布置摆放呢!这就是华为需要做的事情,也就是内核层架构授权给予你的权限就是这些。当然我们知道国内其实芯片方面的技术确实有限,所以和苹果以及高通这些大佬还是不能相比的。这也是为什么选择的内核层授权的原因:
而处理器其实就像房子一样,不仅仅说是只要一个大概核心就可以用了,或者是可以住人了,因为里面还有走线布局,安防等等,而处理器包含的重要几个方面有:CPU(中央处理器)、GPU(图像处理器)、DSP(数字信号处理器)、Modem(调制解调器)、还有基带、导航定位、多媒体等各种芯片或模块。
1.我们来说说CPU。其实我们说过了三星和高通人家就是一张图纸,你可以自己去建造,而华为授权的是已经设计好了,你要往里面填充东西,其实下面答主我认为回答的很好,其实就像是A53,A55这些大X心,你怎么去连接,你要怎么去摆放,或者是怎么去调配,相当于是每个房间你放多少,这些确实都是有讲究的,怎么才能让他实现运转,以及性能强大等等,这些其实都是需要工程师去调试的。
2.关于GPU模块。其实我们都知道作用是图形处理,其实有点类似于走线布局,你想要他可以承受多少的东西,而GPU也是如此,不过遗憾的是这方面确实华为使用的是Mail这是来自于ARM的,而苹果是power VR,高通是自家的Adreno系列。虽然这部分还是不能实现自主,不过优化同样也是需要耗费时间,怎么才能发挥最大的效能。
3.基带和DSP,以及调制解调器等等。其实华为在基带方面的实力自然是不用多说,本身就是通信起家的,所以华为手机的信号一直很强大,而DSP其实现在大部分基本上都是来自于美国德州仪器,而调制解调器,华为其实现在确实可以实现自主,包括很多内部的芯片,如下图所示,其实基本上除了GPU方面之外,基本上华为自己都可以独立的去完成设计。
这是来自于荣耀10的手机,拆解之后,我们来看看华为自研发的芯片到底有多少。
小结。其实看到这里,基本上我们说的就可以结束啦!不过让我想起来一个事情,就是小米,我们这里不对比,只是说模式,之前董明珠和雷军打赌,说格力生产手机一定比小米销量好,这个赌约估计很多人都知道。其实当时董明珠就认为手机没有什么,因为当时的小米手机确实是因为供应链的成熟,但是之后格力手机不了了之,这其实就说明了一个问题,你看起来好像很简答,但是真正要把所有零部件融合在一起,然后设计出来,调配装机之后给人们带来不错的使用体验,这一点很难,所以这也是为什么供应链这么成熟,但是只有小米成功的原因,这确实不仅仅是小米价格低的原因,而是小米通过自身的优化配比,以及通过MIUI系统的无缝连接让硬件可以发挥自己应该有的能力,体验很好,让用户使用起来感觉不错,所以才吸引了很大一批的客户。
总结:
当然麒麟处理器也是如此,其实雷军曾经在2013说过未来3-5年芯片会按照沙子的价格来卖,其实就是对于芯片制造方面的一些认知有些偏差,就像当初的董明珠一样,而后来小米的澎湃芯片出来之后,只有发布了一代,再没有以后,距今过去了已经几年的时间,所以不要小看任何一个厂商的成功,包括华为自研发,ARMX内核授权很简单,台积电你只要给钱就可以给你加工,但是前提是你要设计出来东西,得到消费者认可,而华为其实也不是那么容易的,从之前的默默无闻,基本上很少人知道国内还有自研发处理器的厂商,而随着华为慢慢强大,越来越强,人们才看到了华为的实力,所以任何事情都不是随随便便就可以成功,至少在科技行业,不管是芯片自研发也好,还是说手机看起来好像只要供应链成熟就可以了,实际要比我们想象的要难得多。
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芯片产业很复杂,它不是说有钱就一定可以生产;也不是说有技术就一定做得出好产品;更不是说有好的产品就一定可以赢得好的市场。因此我们单纯从所谓的架构和代工厂方面来谈论华为麒麟芯片是不合适的,是有失偏颇的。当我们谈论芯片时,不仅仅要看技术实现的手段,还需要看商业模式和整个宏观市场来思考问题。
ARM和台积电的确,每次一旦要谈起手机处理器,无论是华为、高通、苹果、三星,无论是麒麟、骁龙、A、猎户座等等,免不了肯定会引申出一个叫做“ARM”的英国公司。然后就会有人讲所谓的“自研发”的理论,说主流的移动端芯片采用的都是ARM架构,从来就没有“自主研”发这件事情。都是从ARMX授权,然后要么直接使用,要么自己优化一下做出来的那我们要怎么来理解这个事情呢?举个通俗的例子,如果说麒麟芯片是一本书的话,那么ARM就是写书所用的文字。没有文字,那么也就没办法完成书籍的创作,但是文字本身只是一种规则,一种载体,真正创造内容的,是作者本身。这样解释你应该就能够明白,ARM作为移动端芯片的核心指令集和架构,本质上就是文字,而华为、苹果、高通、三星这些企业,就是作者。
那么凭什么要用ARM指令集和架构,厂商为啥不能够自己做一个架构出来。因为技术成本和推广难度。ARM架构作为专门为移动端芯片设计,已经相当成熟,或者说技术门槛相当高,想要平空设计出来并且获得优秀的性能,同时被广泛的使用,几乎不可能。这就像是我们人类其实有一种语言叫做“世界语”,多少地区的人在学呢?能够普及得过英语么?再说一说代工厂这件事。芯片行业,主要有三大链条:设计研发、生产制造、商用X。高通、华为、苹果这三家手机厂商虽然有设计芯片的能力,但是生产制造这件事情来说,没有一家有这样的能力。主要也是因为技术门槛非常之高,即使从现在开始追赶,也没办法在短时间内赶上,而且投入巨大。我们在之前就讲过,芯片生产这个东西,其他厂商尤其是中国厂商有三个问题没办法解决:第一个是关键原料无法解决,比如说没办法自主生产优质的晶圆材料;第二个是关键的生产设备没办法解决,比如说光刻机这个东西;第三个是大批量生产无法解决,比如说目前台积电、三星、联发科三家,就承包了99%手机芯片的代工制造,其他工厂没有订单。这样一来,出现的问题就是。目前手机处理器来说,为了性能和功耗。20X的处理器肯定全部都会采用7nm制程的工艺,而7nm工艺,全球只有台积电和三星这两家企业掌控着。因此不管是华为、苹果、高通,怎么样都饶不开这两家企业代工的结局。这是发展差距和历史遗留问题,三星从上世纪80年X始就大力发展微电子产业,比国内早了快30年,盲目去说代工厂的事情是不理智的。
从专业芯片超车手机处理器,与我们所说的电脑处理器有着本质上的差异。电脑处理器,我们一般都单指CPU,负责运算的芯片,其他的什么显卡GPU,声卡,网卡,这些东西都是独立放置在机箱当中的。但是手机处理器不同,由于手机内部寸土寸金的空间,因此不可能像电脑那样单独放置各个芯片,而是集成到一颗芯片当中,也就是我们俗称的SOC。目前的手机SOC上面,需要集成CPU、GPU、NPU、DSP、ISP,以及基带、内存管理器、闪存管理器、WIFI和蓝牙模块等等部件。因此这也是上面我们所说的想要从0开始设计跟ARM架构一样的移动端处理器架构,几乎不可能。本质上来说,手机的SOC,是目前人类能够制造出的集成度最高的芯片。
不过你不难发现,手机处理器上面,除了集成CPU和GPU这两个我们非常熟悉的芯片之外,还有专门负责算法的NPU,专门负责显示的DSP,专门负责图像处理器的ISP,以及专门负责通讯的基带芯片这些模块。正是因为有这些模块的存在,才给了华为这样的厂商在芯片上有可能超越苹果和高通的机会。NPU模块来说,目前全球最强的其实是联发科的天玑1000,而华为麒麟990上面的NPU,性能也比高通和苹果的处理器要更好一些,因为华为需要大量的算法来处理拍照等功能;ISP芯片也是一样,华为的旗舰手机,无论是P系列还是Mate系列,每一代发布都可以登顶DXO拍照评分的第一名,跟拥有一枚出色的图像处理芯片有着密不可分的联系。基带芯片更不用说了,由于华为在通讯行业拥有很深的技术沉淀和市场背景,华为自己的基带芯片,尤其是5G基带来说,肯定是全球第一。这就是说,虽然麒麟990这样的芯片,在CPU和GPU性能上面与高通865和苹果A13还有一定的差距,这个是设计能力的问题,需要时间不断优化。但是可以通过在NPU等其它模块上的领先实现一定的超越。实际上从麒麟980开始,华为旗舰手机的整体性能,与高通8系列的安卓机器和iPhone已经到达了同一水准。这也使得华为站稳了5000+元高端机器的核心原因
长远的商业利益那么可能有的人就会说:既然设计架构是别人的,生产也是别人的,为什么不可以直接使用高通这种专业做芯片的厂商,非要自己折腾自己设计芯片呢?嗯……其实使用高通的解决方案也没有什么问题,比如说小米吧,这一次发布的小米10系列,从处理器带基带到其它各种乱七八糟的芯片,都使用了高通的整套解决方案。性能非常不错,而且相比起华为、三星的机器也更具有性价比,没什么不好。不过从成本和商业角度来说,有一定的问题。比如说高通不仅仅只卖芯片,而是整套打包卖服务,想要使用高通的处理器,就不得不使用高通的基带,高通其它乱七八糟的各种芯片。比如说高通除了芯片之外,还要额外收取专利使用授权费用,而且不是按照一笔款项来首,而是根据机器售价的百分比来收取。通俗的来讲,同样是做高端手机,使用高通的整体解决方案,厂商除了要花费超过100美元采购高通的芯片,还需要每卖出一台手机给高通一定比例的专利使用费。而如果像华为这样自己设计,找代工厂生产,从物料成本来说只需要30美元。如果按照华为每年卖出超过5000万台搭载旗舰处理器的手机,那么总计就可以节省45亿美元。而单枚芯片的研发成本大约在5亿美元左右,因此约等于节省了40亿美元。更长远的角度来看,自己拥有处理器,就给了自己的产品一定的时间红利期。拿华为最新的Mate 30系列来说。2019年下旬发布的Mate 30系列,定位的是20X上半年的旗舰机型,但是正因为华为拥有自己的处理器,就可以提早半年发布,提早半年开始X,抢占市场。而小米、OV这些使用高通处理器的厂商就只能够眼巴巴望着,因为高通要到20X第一季度,才可以提供骁龙865处理器。苹果也是一样的,为什么iPhone每年9月份发布?就是因为9月一直到第二年3月,都是市场的空窗期,三星这种旗舰品牌即便要发布新机器,也无法使用最新的处理器,这样iPhone产品就更有优势,可以提前抢占市场,收割用户
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