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看到“東大研究生”吐槽華為cpu,海思,請知道的人科普一下吧,我拋磚引玉

看到有人在為海思爭得面紅耳赤,其實作為一箇中國人,大家都希望國產的好,不是麼,但是不管看好還是看衰,都應該理性客觀一些。一下是本人瞭解的一些東西,和大家分享
  首先我們說說半導體產業,半導體行業有兩種模式一種是英特爾這類公式,自己設計自己生產。這樣的好處在於,電路設計跟工藝結合的緊密,而且保密。
  還有一種就是設計、生產分開的,比如:海思,德州儀器,高通。這都是使用的臺積電(TSMC)工藝。
  三星很有意思,他不像因特爾,他的cpu不完全自己設計(核心來自arm公司),也不像德州儀器、高通,三星有自己的生產線(晶圓廠、測封廠)。
  再來說說ARM公司,關於這家英國公司大家都能百度到很多資訊,說白了,ARM 公司設計了很多CPU核心,有ARM 7 9 15 ,工業控制中還有M0、M3等等,這些東西通常以軟核(HDL,硬體描述語言程式碼)的形式賣給客戶(三星、華為、高通之類),然後他們自己進一步設計(不同公司設計能力不同,所以同樣的授權,設計的產品卻大不相同)。
  再說工藝,可以說世界上最先進的工藝是英特爾(不論設計還是工藝),但是英特爾基本不代工。可代工的主要有:臺灣的臺積電(TSMC)、聯電(UMC)大陸的中芯國際(SMIC)、星加坡特許(Chartered ),韓國三星,歐洲的意法半導體(ST)。其中臺積電和三星都有32nm以下的工藝。不得不說現如今大陸的中芯國際也有40/45nm工藝(算是比較穩定,也就是良品率比較高的,但是32nm還沒搞出來)
  看完這些,你就知道華為海思是怎麼來的,和高通、德州儀器一樣:獲得ARM公司的專利授權(ARM9貌似要好幾千萬美元,銷量好還得按銷量抽成),然後經過自己一系列的設計,包括加入GPU(這個也可以買的,大家知道的mail等等),然後送到代工廠,再之後就是測封廠。
  再說說CPU,大家可能感覺上有兩種:pc機的cpu,因特爾和amd主打(事實上也沒有第三個)。還有就是手機的(主要是arm的了)大家這麼分事實上是對的,pc機cpu用的是複雜指令集(CISC),手機cpu用的是精簡指令集(RISC) 。大家還記得龍芯麼,他的指令集是MIPS屬於精簡指令集(所以有人期望用到龍芯的PC機是不大可能的,除非用linux系統,或者龍芯的開發者在晶片中加入硬體虛擬化,這個很複雜。總的說龍芯現在還是有一些應用的,但不是pc機,是一些伺服器,他們不需要複雜的指令,需要多執行緒)。
  如果你看完這些,你會知道,華為的海思是不具有嚴格意義上的“完全自主智慧財產權”的cpu。不過,並不能就這樣看低這款國產四核cpu(國產arm的cpu早就有,比如瑞芯微的RK29XX等等),因為就目前來看他的引數不必其他國外同樣arm授權、臺積電代工的產品差。事實上,華為作為一家以營利為目的公司,以他的市場地位,以及公司實力不可能勞民傷財的去開發一款所謂的“完全自主智慧財產權”的cpu,應為,額怎麼說呢,羅馬不是一天建成的。就算開發出來了,他的配套晶片組、系統OS、編譯器(要讓別人開發應用吧)都得重新設計,最要命的是沒有應用軟體,他會比現在的wp7還要尷尬許多。新增到專輯

目前幾乎所有手機上的處理器都是ARM體系的(ATOM這個怪胎先不管他)
  ARM包含2個概念
  一 指令集架構,典型的有ARMV5 ARMV6 ARMV7以及最新的64位ARM指令集ARMV8等等,這個類似於桌上型電腦上的IA32,他是一個指令集,僅僅定義了機器指令,暫存器結構等等軟體開發者可以看到的最底層的東西,是軟硬體的介面。
  二 核心架構,典型的有CortexA5,A7,A8,A9,A15,高通的蠍子,環蛇,以及早期的ARM9,ARM11等等。 他們對應於某一種指令集架構的具體核心實現方式,比如CortexA8,A9,A15以及高通的環蛇,蠍子都是基於ARMV7指令集架構的不同核心架構處理器。 ARM11則是分別基於ARMV6的指令集架構
  所有采用ARM體系結構的公司都要給ARM公司交授權費,包括指令集架構授權費,大部分的公司(除了高通)使用了ARM的核心架構,還要再交核心架構的費用。
在指令集架構上,所有公司都沒有區別,高通,ti,三星,海思,馬維爾,聯發科等等的主流處理器都採用ARM公司的的ARMV72指令集架構。
  在核心架構上,高通技高一籌,姑且不論其處理器是不是膠水雙核,是不是偽A15,僅僅其自己有核心架構設計能力就已經是變態的存在。
  要知道,雖然所有公司都必須給ARM交不菲的指令集架構授權費用,但高通在核心架構上卻可以節省大量核心架構授權費用,使其更具有成本優勢。
  另外,指令集架構授權是一次交一筆,核心架構授權則是按出貨量徵收
但同樣採用A9架構的處理器,不同處理器內部的核心頻率,Cache容量及頻率,以及浮點模組等其他可選模組的配置也不全想同,所以一個處理器的效能僅看主頻是愚蠢的。
  除了上面這些ARM的標準核心之外,處理器內部其他模組區別就更大了,比如GPU,記憶體介面,DSP,電源管理模組,音訊Codec,視訊介面,攝像頭介面,網路介面等等,總的來說,一個手機處理器DIE的ARM核心佔的面積大小區別很大,比如同為A9雙核,蘋果A5X的4核GPU就佔用了大量面積,有的處理器則外圍的模組很簡單,這樣造成同樣A9雙核的效能天壤之別。
以上僅僅是一個手機處理器的架構相關內容,在CPU設計時,需要由前端和後端的人一起努力,簡單的說前端主要是整體設計,功能驗證等偏邏輯和數字,而後端則偏重於模擬和微電路佈局,一個處理器的不用工藝生產主要是後端工程師的事情。
  簡單來說,IC後端比前端更難,一個手機處理器所處的各種功能BUG一般是前端人員問題,而遲遲不能流片成功則大多數後端的問題,中國目前經驗豐富的後端人員奇缺。
  而如果全部採用ARM的標準核心的話,在核心架構部分前端工作會少一點,但後端工作還是很誇張的。雖然海思做手機處理器時間不長,但海思搞了這麼多年的晶片,也許前端工程師經驗欠缺點,後端工程師不管從數量,還是從質量說是大陸第一都是沒任何問題的,而前端工程師則可以相對容易趕上來。
從上面可以看出,雖然所有手機處理器都採用ARM的指令集架構,但每個處理器還是有海量的工作量以及海量的技術難題需要解決,移動處理器遠遠沒有一些人所說的直接拿ARM的核心去流片這麼簡單,不然是個廠商都可以隨意生產處理器了,也不至於到現在也才這麼幾款四核處理器。
  高通,德儀,三星,聯發科,nvdia,海思等幾大手機晶片設計公司中,
  三星是設計加生產,但其設計對ARM原始設計改動較少,包括GPU一直都是使用ARM的mali400,沒有引入其他公司的GPU,且目前沒有基帶設計能力,其手機晶片團隊中從聯發科挖過來的人也是功不可沒,其主要優勢還是在於生產。
  高通則是設計能力超強,其變態到核心架構也自己玩,GPU也自己玩,加上其是基帶第一大廠,無線第一大戶,雖然現在是fabless,但有傳聞其要自己建工廠,總體來說,在手機處理器上,高通目前所有方面都遙遙領先,其他公司基本只能和其打價格戰,現在遇到的問題基本是環蛇架構產能不足。
  德儀也是設計+生產,作為一個老牌的IC大牛,其設計能力也很強,早期層設計過x86的處理器,但德儀本身業務太廣,這一塊可能投入不大,但設計能力還是遙遙領先高通之外的其他廠家,ti的手機處理器是不是自己的工廠製造這點我還沒去研究。
  nvdia也是fabless,作為新進入的移動處理器廠家,特點就是出產品快,產品效能低,基本就是到處被人踩,優勢是他自己的GPU,弱勢是基帶,不看好這個傢伙的前途,MTK會是他的強勁對手。
  聯發科也是fabless,但其有基帶配套和生產能力,作為臺灣企業,成本優勢也明顯,低端方面已經對高通造成極大威脅,而且目前還在進行4核的研究,雖然沒有GPU設計能力,但選擇了最具競爭力的power vr系列的GPU,總體來說,我比較看好聯發科,nvdia在mtk面前可能要杯具。
  海思則是手機處理器最後一個加入者,優勢在於人力成本,自己的基帶配套,以及華為終端海量的發貨量,其未來發展不容小看,作為一個追趕者,海思聰明的選擇了從高階突破,直接從A9四核入手,而且在最先進的big.LITTLE上和其他廠家站在同一個起跑線上。未來藉助於華為的大平臺,可以和終端相互促進,發展高中低全線產品,且進入正軌後可以手機和晶片同步開發,更早上市,如果華為終端全部採用海思自有晶片,僅僅憑華為自有發貨量就可以立足於不敗之地。