對于華為而言，中美貿(mào)易摩擦的2019年無疑是多事之秋。作為被美國列入“實體清單”的中國企業(yè)，華為購買或通過轉讓需獲得美國技術需獲得有關許可。顯然這個許可將華為置于孤立境地，多方合作紛紛被迫中止，其中最讓人擔憂的，莫過于ARM 也宣布停止和華為及其附屬公司的所有業(yè)務往來，這意味著華為麒麟芯片或面臨難產(chǎn)。
針對外界的此項擔憂，華為做出了回應：華為已經(jīng)獲得了ARMv8架構的永久授權，可以完全自主設計ARM處理器，掌握核心技術和完整知識產(chǎn)權，具備長期自主研發(fā)ARM處理器的能力，不受外界制約。
看到這里，相信很多朋友會有這樣的疑問：ARMv8架構是什么？華為海思麒麟芯片與ARM又是怎樣的一種關系？與ARM停止合作到底會不會影響麒麟芯片的研發(fā)與生產(chǎn)？
想要解開這些問題，我們不妨從手機芯片的源頭說起。
要設計生產(chǎn)手機芯片 就繞不開ARM
什么是ARM？簡單地說，它是是全球領先的半導體知識產(chǎn)權(IP)提供商。其影響力大到目前全球約99%的智能手機都在使用 ARM 的芯片架構，可以說在數(shù)字電子產(chǎn)品的開發(fā)中處于核心地位。華為海思麒麟芯片正是在ARM架構的基礎上進行再設計的產(chǎn)物。
為何ARM會有如此之巨的影響力？原因在于，ARM掌握著當前智能手機處理器運行的關鍵技術——處理器芯片中的指令集，即處理器所能執(zhí)行的所有指令的集合。指令集加之對應的硬件規(guī)格被稱為指令集架構。剛才所說的ARMv8即是ARM當前的指令集架構。
這時候有朋友也許會問：我平常也看到的芯片經(jīng)常會說是幾顆ARM Cortex-AXX核心構成，比如中端芯片上常見的A53、高端芯片上常見的A76，這又是怎么回事？下面一張圖也許會解決你的疑惑——
簡單地說，ARM Cortex-AXX核心就是ARM基于指令集架構所做的微架構，也被稱為公版架構。當前市面上常見的A76、A53等核心，都是ARMv8指令集架構的產(chǎn)物。
當然，對于技術有更高要求的廠商，往往都會對公版架構進行改版，或者完全不使用公版架構，比如高通驍龍的Kryo、三星Exynos的Mongoose，蘋果A系列的Swift。華為海思當前的旗艦芯片麒麟980，采用的就是ARM Cortex-A76/A55的微調版本。
這時候就引發(fā)了另一個問題：為什么非要用ARM的指令集架構？用別的指令集架構不行嗎？
答案是有，比如英特爾的X86架構。但從當前的智能手機軟件生態(tài)環(huán)境來看，確實必須得用ARM的指令集架構，因為當前的兩大軟件系統(tǒng)——iOS、Android，都基于該指令集架構。
那么與ARM停止合作對麒麟芯片的研發(fā)有多大呢？剛才我們提到，華為已經(jīng)獲得了ARMv8指令集架構的永久授權，那么是不是就意味著ARMv9新版本上市前，華為麒麟新品就可無憂呢？
我們來看當前的海思芯片，不難發(fā)現(xiàn)，麒麟芯片的微架構還沒完全跳脫公版架構的范疇。如果ARM近期推出的全新微架構不包含在ARMv8指令集架構的永久授權內(nèi)，那么麒麟芯片就將處于無新微架構可用的尷尬境地。
5月26日，中國工程院院士鄔賀銓在2019年中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上表示，華為實際上已經(jīng)很熟練的掌握ARM的設計以及架構的修改，擁有自主設計處理器的能力，因此也不見得非要ARM再繼續(xù)提供V9，華為也可以對它進行升級。
按鄔賀銓的表述來說，華為擁有升級架構的能力，所以并不是處于完全被動的狀態(tài)。但是我們有這樣的擔憂：華為的升級速度能夠趕得上ARM指令集架構的更新？華為的處理器設計能否完全跳脫ARM公版架構設計并追趕上ARM新微架構的性能表現(xiàn)？
不過好在ARMv8架構近兩年應該不會出現(xiàn)迭代更新，下半年傳聞的麒麟985也應該不會受到ARM停止合作的影響。這無疑為華為海思芯片提供了寶貴的緩沖期。
從ARM發(fā)跡看海思發(fā)展 中國芯可有復制可能？
有句話叫“復制成功后來居上”，其實ARM的發(fā)展，也與一次買不到芯片的事件有關。那么ARM的成功，國產(chǎn)芯片可否復制呢？
1979年，被稱為“英國的蘋果電腦公司”的Cmbridge Processing Unit成立，主要業(yè)務是為當?shù)厥袌龉娮釉O備。次年公司更名為Acorn計算機公司。在設計產(chǎn)品的過程中，Acorn公司最先打算使用摩托羅拉的16位芯片，但造價過于昂貴。后將目標轉向英特爾的80286芯片，但遭到了后者的拒絕。Acorn被迫研發(fā)芯片，這正是ARM芯片的開端。
1985年，Acorn計算機公司第一代32位、6MHz的處理器面世，用它做出了一臺RISC指令集的計算機，簡稱ARM（Acorn RISC Machine）。但同年10月，英特爾推出了80386芯片，性能吊打前者。不過好在也有所長，ARM芯片功耗更低。
不久后，Acorn公司被收購，1990年，ARM（Advanced RISC Machines）從原公司中獨立出來。在成立的最初幾年，ARM業(yè)績一般，于是做出了一個堪稱轉折點的策略：不再生產(chǎn)芯片，轉而以授權的方式，將芯片設計方案轉讓給其他公司。即IP（知識產(chǎn)權）授權的商業(yè)模式，收取一次性技術授權費用和版稅提成。
這種模式的好處在于建立了一個ARM為核心的生態(tài)圈，可以與被授權廠商風險共擔、利益共享，極大的降低了自身研發(fā)成本，并降低在研發(fā)中的風險。在這個過程中，ARM不斷積累經(jīng)驗并改進技術。而不久后移動電話時代的來臨恰恰成為ARM發(fā)展的黃金時期。
2007年，具有跨時代意義的iPhone面世，正是基于ARM指令集架構；2008年，Android面世，也是基于ARM指令集架構。自此ARM的大時代迎來了真正的開端。
不得不說的是，ARM能夠如此成就，得感謝英特爾。這感謝不僅來自迫使Acorn自研芯片，還有英特爾拒絕了高通、蘋果的合作。第一次感謝讓ARM誕生，第二次感謝則定鼎了ARM在移動設備市場的霸主地位。
此時的華為，恰如當年Acorn被英特爾拒絕。這樣的開端，無疑是痛苦的。那么華為有可能復制ARM的成功嗎？
答案是：很難，至少在移動設備領域，很難。
智能手機用其它的指令集架構也不是完全沒有可能，但難度極大，因為要改的不僅是一個指令集架構，而是在這個指令集架構下形成的整個生態(tài)鏈。同理，新系統(tǒng)的開發(fā)也要面臨生態(tài)問題，比WP系統(tǒng)失敗有很大原因就在于軟件生態(tài)的缺失；此前阿里云OS可以兼容Android軟件也無疑是考慮到軟件生態(tài)的發(fā)展。
三大系統(tǒng)已去其一
移動設備市場目前已經(jīng)成型，iOS系統(tǒng)和Android系統(tǒng)已經(jīng)成為手機市場的壟斷者，其它系統(tǒng)要么死亡，要么由于各種問題也沒了聲量。想要在兩大系統(tǒng)的夾縫中成長，其難度不言而喻。
此外，ARM發(fā)展壯大的原因之一在于遇到了移動電話發(fā)展的風口。想要全新的指令集架構誕生并快速發(fā)展壯大，無疑需要一個全新的風口助推。下一個風口在哪，這大概是所有相關企業(yè)都在探索的問題。
中國芯癥結在缺乏核心技術 被列名單的華為一枝獨秀
其實上述華為海思芯片面臨的問題，也是整個中國移動芯片產(chǎn)業(yè)都面臨的問題：核心的技術沒有掌握在自己手里。
ISSCC會議
ISSCC會議是世界學術界和企業(yè)界公認的集成電路設計領域最高級別會議，被認為是集成電路設計領域的"世界奧林匹克大會"。在2018年ISSCC已接受的202篇論文數(shù)量中，來自中國內(nèi)地的數(shù)量為7篇，占比僅3.5%，大會來自中國內(nèi)地的參與者屈指可數(shù)。
再從源頭來說芯片的生產(chǎn)。芯片的原料是非常便宜的二氧化硅，但問題在于需要提純。可以用來做太陽能發(fā)電的低純度硅我們可以做到出口，但能達到電子級別的極高純度材料幾乎完全依賴進口。
此外，在芯片的生產(chǎn)過程中需要使用光刻機。而在全世界范圍內(nèi)有能力生產(chǎn)光刻機的企業(yè)只有寥寥可數(shù)的幾家，其中荷蘭ASML公司堪稱絕對霸主。雖然一臺光刻機造價成本昂貴，但是英特爾、三星和臺積電等國際芯片制造廠商早已經(jīng)將ASML的產(chǎn)能預定一空。由于某些特殊的因素，西方國家對光刻機產(chǎn)品出口中國進行管制，一些最先進的光刻機無法第一時間出口到中國內(nèi)地。
中微半導體研制首條5納米制程生產(chǎn)線
不過好在，中國芯不管是芯片設計還是生產(chǎn)，都已經(jīng)有了迅猛的長進。我們有較強的芯片設計能力，比如華為海思的麒麟芯片，性能水平已經(jīng)達到了一流層級；我們也有較強的芯片生產(chǎn)能力，比如在全球最先進的可量產(chǎn)的7納米芯片工藝上，中微半導體是全球五大刻蝕機供應商之一，并已進軍5nm領域。
在芯片設計領域，本次被列入“實體名單”的華為，旗下的海思半導體實際上已經(jīng)成為中國自主芯片設計的代表，其涉及領域包含SoC芯片、5G通訊芯片、AI芯片、服務器芯片、其他專用芯片五大類。其中包含我們熟知的手機Soc麒麟、5G終端芯片巴龍、AI芯片昇騰、服務器芯片鯤鵬、IoT芯片凌霄等，有網(wǎng)友笑稱，華為注冊了一本山海經(jīng)。
華為手機Soc：麒麟
說起手機SoC麒麟芯片，相信大家都不會陌生，然而它的開端并非一帆風順。2009年華為海思推出GSM低端智能手機解決方案，應用處理器名稱為K3V1，2012年推出的K3V2號稱是全球最小的四核ARM A9架構處理器，但由于種種問題均為得到市場的認可。直到2015年16nm FinFET Plus工藝制造的中低端芯片麒麟650發(fā)布，才帶動了榮耀5C等機型的千萬級銷量。
2015年，麒麟950面世，在性能優(yōu)勢和工藝優(yōu)勢上成功領先高通半年；2016年，麒麟955推出，其搭載機型華為P9系列旗艦機型銷量破千萬；2017年，擁有獨立人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡NPU的麒麟970面世。
2018年，再次進化的麒麟980更是以七個全球首款成為萬眾矚目的存在——
1、全球最早商用TSMC 7nm工藝的手機SoC；
2、全球首次實現(xiàn)基于ARM Cortex-A76的開發(fā)商用；
3、全球首款Mali-G76 GPU；
4、支持全球最快的LPDDR4X內(nèi)存；
5、全球首款雙核NPU；
6、全球率先支持LTE Cat.21，峰值下載速率1.4Gbps；
7、全球最快的手機WiFi芯片Hi1103，率先支持160MHz帶寬，理論峰值下載速率可達1.7Gbps。
華為5G芯片：天罡&巴龍
華為5G芯片也是被廣大消費者熟知的一大亮點，其中包含5G基站核心天罡芯片和我們熟知的終端芯片巴龍5000。前者是業(yè)界首款5G基站核心芯片，實現(xiàn)基站尺寸縮小超55%，重量減輕23%，功耗節(jié)省達21%，安裝時間比標準的4G基站，節(jié)省一半時間，有效解決站點獲取難、成本高等挑戰(zhàn)。后者則具備1個世界領先和5項世界之最——
領先：集成2G、3G、4G的多模單芯模組；
之最：1、下行鏈路速度4.6Gbps，上行速度2.5Gbps；2、首個上行/下行解耦多模終端芯片；3、首個同時支持NSA和SA架構的芯片組；4、最快的高峰下行速度；5、首個5G芯片上的R14 V2X。
華為AI芯片：昇騰
AI芯片已經(jīng)成為當前的半導體熱門話題之一，原因在于傳統(tǒng)處理器性能面臨物理極限帶來的增長疲軟，而日益提升的專業(yè)化要求超過了處理器性能的增長速度。這時候，采用專用協(xié)處理器來提升處理性能成為了非常好的解決方案。AI芯片即這種協(xié)處理器的一員。
2018年10月，在華為發(fā)布了昇騰910、昇騰310兩款AI芯片，該兩款芯片均采用了華為開創(chuàng)性的統(tǒng)一、可擴展的架構——達芬奇架構，實現(xiàn)了從極致的低功耗到極致的大算力場景的全覆蓋，目前全球市場上還沒有其它架構能做到。
值得一提的是，昇騰910用于數(shù)據(jù)中心服務器，基于7nm工藝制程打造，是全球已發(fā)布的單芯片計算密度最大的AI芯片，性能表現(xiàn)超過英偉達最強芯片AI V100。
華為服務器芯片：鯤鵬
服務器被稱為網(wǎng)絡的靈魂，起核心部位正是處理器。華為的服務器芯片照樣大放異彩，其2019年1月發(fā)布的鯤鵬920服務器芯片，性能跑分超出之前業(yè)界標桿產(chǎn)品的25%，能效提高30%，但功耗反而降低，目前在性能上已經(jīng)達到行業(yè)領先水平。
此外，鯤鵬920雙端口設計使得這款芯片的速率達到業(yè)內(nèi)主流產(chǎn)品的兩倍，搭載的內(nèi)存寬帶超過業(yè)界主流46%，網(wǎng)絡寬帶提升四倍。此前的服務期芯片技術一直被美國壟斷，鯤鵬920芯片的推出無疑大大提升了國產(chǎn)服務器競爭力。
小門類專用芯片
在路由器芯片、NB-IoT芯片、IPC視頻編解碼和圖像信號處理的芯片等方面，華為也所有建樹，比如全球領先的窄帶物聯(lián)網(wǎng)無線通信模塊利爾達NB-IoT模組、用于家庭接入類的產(chǎn)品凌霄系列等等。
為何華為海思能有這樣的成就？其實這源自華為在芯片產(chǎn)業(yè)方面的高瞻遠矚。早在2004年，現(xiàn)在的華為海思總裁何庭波就收到了任正非下達的一條“嚇人”命令：“我給你四億美金每年的研發(fā)費用，給你兩萬人。一定要站立起來，適當減少對美國的依賴。”
“所有我們曾經(jīng)打造的備胎，一夜之間全部轉“正”!多年心血和努力，挽狂瀾于既倒，確保了公司大部分產(chǎn)品的戰(zhàn)略安全、大部分產(chǎn)品的連續(xù)供應。”何庭波在發(fā)給海思員工的內(nèi)部信里這樣寫到。
隨后余承東在朋友圈發(fā)出了這樣的評論：“消費芯片一直就不是備胎，一直在做主胎使用，哪怕早期K3V2競爭力嚴重不足，早年華為消費者業(yè)務品牌和經(jīng)營都最困難的時期，我們也始終堅持打造自己芯片的核心能力，堅持使用與培養(yǎng)自己的芯片。”
技術成本分攤助推獨立難度 中國芯任重而道遠
在上文中我們提到，ARM轉換模式，由原來的處理器的全線生產(chǎn)轉換為IP授權的商業(yè)模式，這為ARM極大的降低了生產(chǎn)成本和研發(fā)風險，也正是這種模式成就了如今移動電子設備不可或缺的ARM。其實這種分工式的思維，已經(jīng)廣泛應用在了當前的處理器產(chǎn)業(yè)中。
比如華為海思麒麟處理器的研發(fā)生產(chǎn)，首先要從ARM拿到指令集架構的授權，然后經(jīng)由多方技術聚合并深入研發(fā)，設計出符合自家產(chǎn)品的Soc方案，再將方案交由芯片生產(chǎn)代工廠臺積電生產(chǎn)。在這方面，不止華為，蘋果、高通等芯片巨頭都采用這種分工合作的生產(chǎn)模式。
當然也存在把持著從設計、制造、封裝、測試、銷售整個鏈條的芯片巨頭，這種廠商被稱為IDM，即整合設計制造商。其中代表就是美國的芯片巨頭英特爾。但并不是所有半導體企業(yè)都有能力支持整個鏈條的龐大資金投入和時間投入，所以產(chǎn)業(yè)分工合作在所難免。
舉個例子來說，為何光刻機成本高昂但還供不應求。光刻機被譽為人類最精密復雜的機器，站在整個半導體行業(yè)食物鏈的制高點。其行業(yè)霸主荷蘭ASML的成功并不是一蹴而就的，而是西方世界無數(shù)寡頭和財團用經(jīng)費鼎力支持燒出來的。所以對于當前大多數(shù)半導體企業(yè)，沒有能力去做一個完整鏈條，當然也沒必要。
當然也正是這樣的“沒必要”，讓大多數(shù)半導體企業(yè)習慣了分工合作的生產(chǎn)鏈條并對其產(chǎn)生了必不可缺的依賴性。雖然中國芯在各個層級都不算完全空白，但仍依賴于全球化分工合作的中國芯片不能不承認還任重而道遠。
不過，有空白就有潛力。雖然芯片的設計根源、生產(chǎn)技術、產(chǎn)業(yè)運行模式已經(jīng)出現(xiàn)了看似明確的架構定位，但這并不意味著芯片產(chǎn)業(yè)就此定型，未來全新的風口無疑還擁有十分廣闊的想象空間，比如AI芯片和5G芯片，對于未來的正確預判將決定中國芯的希望與崛起。
有傳聞稱，華為正在投入一款名為RISC-V的全新指令集架構研究，相比于ARM高昂的授權費，前者的優(yōu)勢在于免費開源。加之華為擁有自主研發(fā)設計芯片的能力和自研系統(tǒng)“鴻蒙”的傳聞，一個全新架構的芯片和一個全新的系統(tǒng)生態(tài)或許正在孕育之中。
寫在最后
ARM與華為停止合作對海思麒麟芯片有多大影響，看到這里相信大家也有了一個較為清晰的判斷。但塞翁失馬焉知非福，ARM的停止合作也并非完全是件壞事，至少它為中國芯片的發(fā)展敲響了警鐘，讓我們清晰的意識到，沒有核心技術的發(fā)展永遠都是不可靠的，中國芯片產(chǎn)業(yè)如何擺脫外部勢力的掌控亟需我們?nèi)ッ鎸徒鉀Q。
也許，這也正是中國芯發(fā)展的最好時代。
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