赶在麒麟990发布前 谈华为功臣麒麟芯片发展史
时间：2019-08-26 | 栏目：评测 | 点击：次
我们在价值平衡上，即使做成功了，（芯片）暂时没有用，也还是要继续做下去。一旦公司出现战略性的漏洞，我们不是几百亿美金的损失，而是几千亿美金的损失。我们公司积累了这么多的财富，这些财富可能就是因为那一个点，让别人卡住，最后死掉。……这是公司的战略旗帜，不能动掉的。——任正非
说到华为的自研芯片，大家首先从脑海里想到的肯定是海思麒麟系列。没错，正是因为有了自主研发的手机芯片——海思麒麟，华为才能快速占据市场制高点，并且成为了中国手机行业的NO1。
海思麒麟芯片，是华为与苹果，三星平起平坐的底气所在。那么海思麒麟从何时开始发展，又有着怎样的经历？下面，笔者将简述华为海思麒麟芯片研发的坎坷之路。在探讨之前，我们需要先了解芯片的制造过程。
01芯片制造：一粒沙子的质变
一个芯片是怎样设计出来的？设计出来的芯片是怎么生产出来的？希望看完这篇文章你能有大概的了解。
硅(SiO2)——芯片的基础
一个看起来只有指甲盖那么大芯片，里面却包含着几千万甚至几亿的晶体管，想想就觉得不可思议，而在工程上这又是如何实现的呢？
芯片其主要成分就是硅。硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子（尤其是石英）最多包含25%的硅元素，以二氧化硅（SiO2）的形式存在。
硅锭
硅(SiO2)一直被称为半导体制造产业的基础，就是因为它能够制成一个叫晶圆的物质，而首先我们需要把硅通过多步净化熔炼后变为硅锭(Ingot)。然后再用金刚石锯对硅锭进行切割，才会成为一片片厚薄均匀的晶圆。
光刻胶层透过掩模被曝光在紫外线(UV)之下，形成电路图案
接下来需要一样叫光刻胶的物质去铺满它的表面，光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下，变得可溶，期间发生的化学反应。掩模上印着预先设计好的电路图案，紫外线透过它照在光刻胶层上，就会形成微处理器的每一层电路图案。
晶体管形成
到了这一步还要继续往下走，我们还需要继续浇上光刻胶，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。
晶体管形成过程
然后就是重要的离子注入过程，在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅的导电性。
离子注入完成后，光刻胶也被清除，而注入区域(绿色部分)也已掺杂了不同的原子。到了这一步，晶体管已经基本完成。
晶圆切片与封装
然后我们就可以开始对它进行电镀了，操作方法是在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴极)。电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形成一个薄薄的铜层。
其中多余的铜需要先抛光掉，磨光晶圆表面。然后就可以开始搭建金属层了。晶体管级别，六个晶体管的组合，大约为500nm。在不同晶体管之间形成复合互连金属层，具体布局取决于相应处理器的功能设计。
晶圆
芯片表面看起来异常平滑，但事实上放大之后可以看到极其复杂的电路网络，打个比方，就像复杂的高速公路系统网。
接下来对晶圆进行功能性测试，完成后就开始晶圆切片(Slicing)。完好的切片就是一个处理器的内核(Die)，测试过程中有瑕疵的内核将被抛弃。
图片说明
最后就是经封装，等级测试，再经过打包后，就是我们见到的芯片了。
图解处理器的制造过程
简单地说，处理器的制造过程可以大致分为沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻、蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装上市等诸多步骤，而且每一步里边又包含更多细致的过程。
芯片设计
这里讲到的芯片制造就如此复杂，更不要说工程师最开始的芯片功能设计了。由此我们也可以联想到，华为海思麒麟发展至今着实不容易，下面就让我们来简谈一下它的发展史吧。
02海思麒麟发展史
开端：主攻消费电子芯片
说到麒麟就离不开说到海思半导体公司，它成立于2004年10月，前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心，也就是这一刻，拉开了华为对于自主芯片的征战序幕。自那时开始的十几年间，该公司一直致力于设计生产ASIC。
任正非高瞻远瞩，大手一挥，华为要做自己的手机芯片。现在想想，这真的是个伟大的决定。如今华为所获得的成功，说有海思一半的功劳也不为过。
华为总裁任正非
正式成立后的海思团队主要专注三部分业务：系统设备业务，手机终端业务和对外销售业务。由于常年与通讯巨头合作，海思的3G芯片在全球范围内获得了巨大的成功，在通讯领域的积累，也为后来华为海思的成功奠定了重要的基础。
老兵戴辉曾讲述，PSST委员会（Products and Solutions Scheme Team，管产品方向）主任是徐直军，他从战略层面对海思进行管理。后来的很多年里，他都是海思的Sponsor和幕后老大。
已赴任欧洲片区总裁的徐文伟还兼任了海思总裁一职，参与战略决策，并从市场角度提需求。海思的具体工作由何庭波和艾伟负责，何庭波后来成为了海思的负责人，艾伟则分管Marketing。
2004年成立时主要是做一些行业用芯片，用于配套网络和视频应用。并没有进入智能手机市场。
发展与成熟
当然，芯片的研发，不是三天两头就能拿出作品的事情，虽然2004年10月正式成立，直到2009年，时隔五年华为才拿出第一款手机芯片，命名K3V1，但由于第一款产品在很多方面依然不够成熟，迫于自身研发实力和市场原因都以失败告终。
2012年，华为发布了K3V2，号称是全球最小的四核ARM A9架构处理器。集成GC4000的GPU，40nm制程工艺， 这款芯片得到了华为手机部门的高度重视，直接商用搭载在了华为P6和华为Mate1等产品上面，可谓寄予厚望，要知道当初华为P6是作为旗舰产品定位。
但由于其芯片发热过于严重且GPU兼容性太差等，使得该芯片被各大网友所诟病。但华为顶着压力坚持数款手机采用该芯片，当时华为芯片被众人耻笑，接下来华为开始了自己的刻苦钻研。
经过两年的技术沉淀，到了2014年初，海思发布麒麟910，也从这里开始改变了芯片命名方式，作为全球首款4核手机处理器，改用了Mali-450MP4 的GPU。
麒麟910
值得一提的是，麒麟910首次集成华为自研的巴龙Balong710基带，制程升级到28nm，把GPU换成Mali。麒麟910的推出放在了华为P6升级版P6s首发。这是海思平台转向的历史性标志，也是日后产品获得成功的基础。
2014年6月，随着荣耀6的发布，华为给我们带来了麒麟920，这款新品又是一个大的进步，又是一个新的里程碑。
麒麟920
作为一颗28nm的八核心soc，还集成了音频芯片、视频芯片、ISP，集成自研第一款LTE Cat.6的Balong720基带，使得荣耀6成为全球第一款支持LTE Cat.6的手机。也是从麒麟920开始，麒麟芯片受到如此多的肯定，而当年搭载该芯片的荣耀6可谓是大火，其销量已经证明。
同年，海思还带来了小幅度升级的麒麟925与麒麟928，主要在于主频的提升，开始集成协处理器。925这款芯片用在华为Mate 7上，创造了华为Mate 7在国产3000价位上高端旗舰的历史，全球销量超750万，此时此刻，麒麟芯片终于赶上了华为手机的发展步伐！
华为Mate 7
华为Mate 7和苹果和三星的新机型都在同月发布。当时华为对贸然进入高端市场并没有太大的信心，没想到苹果和三星在关键时候都掉了链子。
最为著名的就是，苹果是因为好莱坞艳照门事件以及未在中国境内设服务器，谁也不知道信息传到哪里去了，因此被质疑有安全隐忧，当然现在在贵州设了服务器。
当然除了9系处理器，在2014年12月，海思给我们带来了一个中端6系，发布麒麟620芯片。它是海思旗下首款64位芯片，集成自研Balong基带、音视频解码等组件。
这款芯片陆续用在荣耀4X、荣耀4C等产品上，其中荣耀4X成为华为旗下第一款销量破千万的手机。海思在试着向公众证明，海思除了能做出飙性能的高端芯片，也能驾驭功耗平衡的中端芯片。
麒麟930
2015年3月，发布麒麟930和935芯片，这系列芯片没有过多亮点，依然是28nm工艺，但是海思巧妙避开发热不成熟的A57架构，转而使用提升主频的能耗比高的A53架构，借着功耗优势，借着高通810的发热翻车，麒麟930系列打了一个漂亮的翻身仗。
同年5月，发布麒麟620升级版麒麟650 ，全球第一款采用16nm 工艺的中端芯片。海思旗下第一款集成了CDMA的全网通基带SoC芯片，这款芯片首发于荣耀5C，在后来，我们也看到了小幅度升级的麒麟650，以及打磨了一款又一款手机的麒麟659。
2015年11月，发布麒麟950首发于华为Mate8。与之前不同的是，这次海思采用了16nm工艺，集成自研Balong720基带，首次集成自研双核14-bit ISP，集成i5协处理器，集成自研的音视频解码芯片，是一款集成度非常高的SoC。
麒麟950
它也是全球首款A72架构和Mali-T880 GPU的SoC，凭借着工艺优势，麒麟950的成绩优秀，除了GPU体验，其它各方面收到消费者众多的好评。
2016年10月19日，华为麒麟麒麟960芯片在上海举行秋季媒体沟通会上正式亮相。麒麟960首次配备ARM Cortex-A73 CPU核心，小核心为A53，GPU为Mali G71 MP8。存储方面，支持UFS2.1，稍微遗憾的是依然采用的16nm制程工艺。
麒麟960
但是麒麟960开始，麒麟9系列解决了GPU性能短板，大幅度提升了华为/荣耀手机的GPU性能，在游戏性能方面，不再是麒麟芯片的大短板。麒麟960在华为Mate9系列首发，后续还用在了荣耀V9等产品上。
2017年9月2日，在德国国际消费类电子产品展览会上，华为发布人工智能芯片麒麟970，它首次采用台积电10nm工艺，与高通最新的骁龙835芯片是一个工艺。
麒麟970
但集成55亿个晶体管远比高通的31亿颗、苹果A10的33亿颗的多，带来的是功耗降低20%。AI是此次麒麟970的“大脑”，AI技术的核心是对海量数据进行处理。该款芯片的发布使得华为步入了顶级芯片厂商行列。
在2018年上半年，搭载麒麟970的华为P20pro由于出色的拍照性能，受到外界一致好评。当时P20与P20 Pro，已经一跃成为手机拍照界翘楚，长期霸榜专业相机评测网站DXO。
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视角来到现在，麒麟980处理器，全球首款7nm处理器赚足了噱头。最高主频高达2.6Ghz，全面升级的CPU、GPU、新的双核NPU，再有GPU Turbo加持，这也让华为Mate 20大放异彩。
麒麟980
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当然文中还有一些海思麒麟的芯片没有提到，这里主要说了一下麒麟9系列的旗舰芯片。新的麒麟710、810大家或许也都有所了解。总之，华为海思麒麟芯片自研这条路还有很长，但在可以预见，未来华为也将会继续披荆斩棘，向前迈近。
最后来说一下最新消息对于所有关注华为的花粉来说，下半年的重头戏有两场，一场是麒麟990首发，另一场就是紧接着的华为Mate 30系列新旗舰发布了。如今，华为官方消息称，9月6日IFA 2019大展将揭晓重磅新品，不出意外就是麒麟990了。
华为终端官方截图
据此前消息，麒麟990将又发台积电的7nm EUV工艺，同时有极大可能首次集成5G基带。不出意外，除了工艺升级之外，麒麟990将在麒麟980基础上继续性能拔高，同时还有望采用自主研发的达芬奇架构NPU，此前麒麟810已经采用。
写在最后
一路走来，海思手机芯片从零开始，从备受骂声到现在跻身行业前列，不惜代价的重金投入搞研发，有过荣誉也有过挫折，希望会有更多的中国企业也能像海思麒麟一样，坚持不懈，厚积薄发，早日让关键技术掌握在自己手上。
在即将到来的麒麟990上面，华为会给我们带来什么样的亮点，我们还不得而知，这要等到发布会才能揭晓。面对未知，我们不妨期待一下。
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