今天華為P20系列的升級機型P30系列將在巴黎掀開蓋頭,目前價格、具體賣點配置還未揭曉,但可以肯定的是,P30系列將搭載麒麟980芯片。
按照華為手機芯片的發布節奏,P系列之后,將更新芯片,并在主打商務的mate系列首發,時間跨度上領先驍龍8系列大概半年時間。
靠著這半年的領先優勢,華為手機打造出差異化優勢,并成功站穩5000元高端手機市場。可以說,華為今天能有向三星手機挑戰的實力,背后離不開麒麟芯片的鋪墊。
更為重要的是,目前國產手機中只有華為能夠自行設計芯片。在把沙子變成芯片的過程中,離不開科技的魔法。
那么,問題來了,麒麟芯片里有多少華為自研的科技魔法?
1、內核授權就是買芯片圖紙?
回答這個問題之前,我們先來看看麒麟芯片的內部架構。
以麒麟980為例,芯片集成的主要部件有CPU、GPU(俗稱顯卡)、ISP(處理拍照數據)、NPU(人工智能引擎)和基帶(負責通信)。
根據官方資料,ISP是華為自研,NPU是華為和寒武紀公司合作的成果,但根據寒武紀的官方資料,NPU是寒武紀的成果,華為有人參與,可能是明確需求,并對集成到麒麟芯片內做調整,比如晶體管數量、功耗和芯片內總線連接等。總之,NPU可算作雙方合作研發。
至于CPU(Cortex-A76)和GPU(Mali-G76)則是華為向ARM公司購買的授權,包括指令集授權和內核授權。
講到這里,需要展開說一下內核授權(IP核)。
內核授權有個形象的說法:買芯片圖紙。
一般芯片設計公司能從ARM公司買到三種“芯片圖紙”:軟核、固核和硬核。
為了便于解釋說明,我們和再普通不過的蓋房子做個粗淺的類比,軟核相當于樓房的設計圖紙,包括大樓的設計理念,有幾個單元,每單元有幾戶、幾部電梯、每戶房間大小等,至于具體用什么建筑材料、多少鋼筋,這里是不包括的。
感覺靠這還建不起大樓(芯片),想要詳細點的?ARM還準備了固核。
2、高通驍龍810為何被稱為火龍?
固核相當于大樓的效果渲染圖,可以看出房子建成后的樣子,戶型如何,墻壁是什么顏色,已經能看出房子建成后的大概樣子了。但是,從ARM公司買到這樣的圖紙,依然不能保證你建出合格的樓房(CPU或GPU),因為即使告訴了你戶型信息、墻壁是什么顏色,但墻壁要多厚,承重墻怎么用鋼筋等,還得靠你自己想辦法。
而且芯片設計比建樓房風險大的地方在于,芯片設計出一點問題,幾十億就打了水漂,樓房掉個墻皮,甚至戶型縮水,用戶最多拉拉橫幅,不影響開發商賺錢。房地產開發商是國內最有前途的職業真不是浪得虛名的。
團隊實力有限,買到固核也設計不出芯片?體貼的ARM還準備了“硬核”。
硬核是真的硬,它像大樓施工圖,詳細到房間管線怎么走,樓梯、柱子、墻壁用什么材料,具體的尺寸等,全部畫的清清楚楚,只要建筑施工隊(臺積電)按圖紙施工,就一定能造出合格的房子(芯片),是否住著舒服則另說,高通驍龍810因為采用ARM big.LITTLE架構的公版樣式,發熱太厲害,被稱為火龍。
3、ARM三種IP核授權的差別在哪兒?
可以看出,軟核、固核和硬核,設計的完成度是由低到高,對芯片設計公司的要求也是從高到低,而發揮的空間也是從高到低:軟核發揮的空間最大,硬核發揮的空間最小(畢竟臺積電拿著圖紙就可以施工,又懶又沒實力,可以不用修改)。
買ARM硬核的芯片設計公司,用通俗的話說就是,使用ARM公版架構。這種情況下,芯片設計公司對外宣傳必須帶上ARM公司的品牌:CPU的品牌是Cortex-AXX(XX代表兩位阿拉伯數字,第一個數字表示架構是第幾代,第二個表示架構微調),GPU則是Mali-GXX(XX含義同上)。
說完三種IP核授權的差別,接下來判定蘋果、高通、華為、三星和聯發科的芯片設計處于那個層次。
4、猜一猜,蘋果、高通、華為、三星和聯發科,誰的設計實力比較強大?
蘋果A系列芯片的GPU,蘋果以往買的是第三方公司Imagination的核,現在自研(據說已經完成),CPU則是在喬布斯時代就向ARM公司購買指令集授權,還可能購買了軟核,然后自行堆料。
高通驍龍芯片的GPU屬于自研,設計團隊收購自AMD的移動顯卡部門(看著智能手機像洪流一樣洶涌發展,估計AMD現在腸子都悔青了),CPU有自己的品牌名 “Kryo”,在宣傳中高通強調深度定制,并透露采用的是ARM的核:“驍龍855的CPU的大核是基于Cortex-A76。”這句話就大有深意,“深度定制”+“基于”表明高通是向ARM買的“固核”(大樓效果圖),ARM按照高通的要求對固核做了適當修改(深度定制),但固核的主要部分仍是Cortex-A,這和蘋果在ARM的軟核上放飛自我、瘋狂堆料差別還是很大的。
華為的麒麟980的CPU也是購買ARM的固核,注意官宣用詞是“based CPU”,說明對“效果圖”(固核)也做了調整,這個調整的幅度應該有限,否則也會像高通宣傳自有CPU品牌。
因此,綜合來說,芯片設計水平從高到低依次是蘋果、高通和華為,三星、聯發科大概是購買的ARM的硬核(可直接生產),我猜測改動最少。
有沒有既自己設計架構(IP核),又自己生產的芯片公司呢?答案是有的,英特爾、AMD(芯片生產現在已外包給臺積電),這些都是上世紀七八十年代的老牌玩家,蘋果、高通、三星等是上世紀90年代的芯片設計公司,如果還是英特爾那套設計、生產一手包辦,恐怕活不過十年。說到底,這是專業分工的結果,不展開了。
5、再猜一猜,ARM的“芯片圖紙”起步價是多少?
從這里可以看出,芯片是一個生態產業,后來者只能在老前輩建立的生態圈里打拼謀生,現在沒有誰能完完全全從0開始建立自己的生態,所以蘋果有錢,也得向ARM買IP核,高通專利再多,同樣也要向ARM定制CPU。因此,華為購買ARM的CPU和GPU的IP授權也算常規操作。
ARM的授權IP核分為三種,相應地授權費也有好幾檔,最貴的是硬核。想想也可以理解,硬核的設計已經完備到可交付工廠,設計公司要做的是將其和基帶、ISP等集成到一起,因此ARM收費高也能理解。
法國芯片創業公司Greenwave 使用ARM架構繳納的授權費是1500萬美元,考慮到初創公司還達不到買軟核自行改設計、堆料的水平,因此這1500萬美元基本就是固核或硬核的起步價,芯片出廠后,ARM再按一定比例抽取版稅。
6、都是購買ARM授權,為何高通、華為、三星、聯發科設計出的芯片卻像4個媽生的?
說完ARM的IP授權,再來說說麒麟芯片的基帶,這就關系到濃眉大眼的高通。
麒麟的基帶是全網通,兼容2G、3G、4G網絡,未來會兼容5G。高通的CDMA通信技術是3G標準,在4G標準上占有優勢,5G標準是占主導地位。因此麒麟基帶上的通信技術不可避免要與高通發生交集,這部分的專利授權費也不便宜。
根據高通公布的最新消息,華為和高通談好,每季度向高通支付1.5億美元專利授權費,相當于1年繳納6億美元“高通稅”。
總之,在麒麟芯片中,華為的自研技術在CPU、GPU上比例最低,NPU有一部分,基帶有一部分,ISP大概是全部自研。另外,對一家無晶圓芯片設計公司來說,如何將CPU、GPU、基帶等芯片集成到一起,并寫入代碼使之協調高效工作,也是需要做大量工作的,這些工作也是芯片設計公司的核心技術,畢竟ARM公司賣了內核給你,但并沒有打保票說集成到SOC中一定能跑起來。這也是為什么高通、華為、三星、聯發科都向ARM買IP授權,設計出的SOC芯片卻像4個媽生的,好像和ARM沒什么血脈聯系。
設計實力和經驗不足,導致買了內核卻流片失敗的例子,在芯片業不算新鮮。
小米澎湃S2據說就是因為團隊設計經驗和實力不足,三次流片失敗,流片費高達1500萬美元,結果澎湃S2至今出不了片。
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原文標題:都是購買ARM授權,為何高通華為三星聯發科的芯片像4個媽生的?
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