關(guān)于華為海思的處理器研發(fā)邏輯分析介紹

昨天，華為又刷屏了，原因就是其千呼萬喚的Arm服務(wù)器芯片終于正式與大家見面了。

作為中國(guó)大陸半導(dǎo)體界的第一寵兒，華為海思的動(dòng)向始終是熱度最高的。在過去的一年里，關(guān)于Arm服務(wù)器芯片的興衰一直是業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)話題，而華為也被緊緊地綁定在了這個(gè)話題當(dāng)中，使得熱度翻倍。

之所以如此，是因?yàn)闃I(yè)界一直在熱議的海思Hi16xx服務(wù)器處理芯片，正是基于Arm架構(gòu)的，Hi16xx是海思內(nèi)部的研發(fā)代號(hào)，而其最終版本是Hi1620，這也正是昨天華為正式發(fā)布的產(chǎn)品——鯤鵬920。實(shí)際上，華為之前就有過基于Arm架構(gòu)的服務(wù)器芯片，如基于Cortex-A57的32核產(chǎn)品，只不過并沒有大規(guī)模推廣，

處理器一個(gè)都不能少

海思設(shè)計(jì)的芯片覆蓋范圍還是很廣泛的，包括無線網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字媒體等領(lǐng)域，但最受關(guān)注、熱度高的莫過于處理器芯片了，包括手機(jī)處理器SoC、服務(wù)器芯片，以及AI芯片。

論技術(shù)難度和進(jìn)入門檻，手機(jī)用處理器顯然是最低的，且其市場(chǎng)規(guī)?？捎^，量大可帶來不菲的經(jīng)濟(jì)效益，這在華為身上有淋漓盡致的體現(xiàn)：該公司2018財(cái)年?duì)I收超過了1000億美元，其中手機(jī)收入就占50%左右，而華為的所有手機(jī)中，采用自家麒麟系列處理器的，占比也超過了50%，可見，華為在手機(jī)處理器高投入產(chǎn)出比方面，實(shí)現(xiàn)了教科書般的操作，當(dāng)然，這也不是一時(shí)之功，而是多年堅(jiān)持、投入的結(jié)果。

顯然，相對(duì)于手機(jī)SOC而言，做服務(wù)器芯片的難度和門檻就高得多了，而且是做非X86架構(gòu)的芯片，在當(dāng)今的服務(wù)器市場(chǎng)，X86系處理器的市場(chǎng)占比超過90%，要想在這樣穩(wěn)固的生態(tài)當(dāng)中奪食，談何容易！而國(guó)內(nèi)外一批Arm系的廠商正在試圖改變這一讓很多服務(wù)器應(yīng)用商感到無奈的局面，因?yàn)樗鼈冊(cè)赬86系面前幾乎毫無議價(jià)能力，有的甚至被任意宰割。

華為在Arm服務(wù)器芯片研發(fā)方面也是積累了多年，彎路自然是難以避免的，初期推出的一些芯片顯然不盡如人意，比如基于Cortex-A57架構(gòu)的32核產(chǎn)品。

在經(jīng)過多年的研發(fā)和市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)積累后，此次華為終于推出了鯤鵬920。這款芯片有64個(gè)內(nèi)核，主頻2.6GHz，是基于ARMv8指令集研發(fā)的高性能服務(wù)器處理器，采用臺(tái)積電7nm制程工藝，號(hào)稱是最強(qiáng)Arm服務(wù)器芯片，比業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)性能高出25%。據(jù)悉，鯤鵬920的大部分性能提升來自優(yōu)化的分支預(yù)測(cè)算法、增加的OP運(yùn)算和改進(jìn)的內(nèi)存子系統(tǒng)架構(gòu)。

據(jù)華為董事會(huì)董事、戰(zhàn)略Marketing總裁徐文偉介紹，在SPECint基準(zhǔn)測(cè)試中，鯤鵬920得分超過930分，比行業(yè)基準(zhǔn)高出近25%，同時(shí)功耗降低30%。

基于鯤鵬920，華為推出了三款泰山（ThaiShan）系列服務(wù)器，包括TaiShan 22080、Thaishan 5280/5290、ThaiShan X6000，分別面向均衡服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器及高密度服務(wù)器市場(chǎng)，主要應(yīng)用于大數(shù)據(jù)、分布式存儲(chǔ)、Arm原生應(yīng)用等場(chǎng)景。

推出鯤鵬920后，華為要做的、也是最為關(guān)鍵的，就是生態(tài)建設(shè)和培育，因?yàn)樵趶?qiáng)大的X86系生態(tài)面前，要想拿到客戶訂單，絕對(duì)不是只靠一兩款處理器芯片和兩三款服務(wù)器產(chǎn)品就可以的，行業(yè)組織和平臺(tái)的滲透與建設(shè)、相關(guān)硬件和軟件的協(xié)同等等都非常重要，同時(shí)也是最難做的。不過Arm系服務(wù)器廠商有可以依仗的，那就是市場(chǎng)有這個(gè)需求，需要打破壟斷，因?yàn)閴艛嗟搅艘欢ǔ潭?，就?huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。

可以說，手機(jī)處理器和服務(wù)器芯片都屬于傳統(tǒng)業(yè)務(wù)了，當(dāng)然其技術(shù)和架構(gòu)也在隨著市場(chǎng)需求發(fā)展而迭代。與它們相比，人工智能（AI）處理器顯然是新生事物，雖然AI概念本身多年前就已被提出，但真正應(yīng)用于市場(chǎng)，并做出相應(yīng)的處理器，也就是最近幾年的事情。

在AI方面，華為也是不甘人后，2018年10月，該公司推出了兩款自研AI芯片：基于達(dá)芬奇架構(gòu)，首批推出7nm的昇騰910（Ascend 910）以及12nm的昇騰310。華為稱昇騰910作為單芯片計(jì)算密度最大的AI新品，算力遠(yuǎn)高于Google研發(fā)的TPU V3、NVIDIA V100顯卡，半精度（FP16）運(yùn)算能力為256TFLOPS，整數(shù)精度（INT8）512TOPS，支持128通道全高清視頻解碼（H.264/265），最大功耗350W。

昇騰310芯片的最大功耗僅為8W，主打極致高效計(jì)算低功耗AI芯片。半精度（FP16）運(yùn)算能力8TFLOPS，整數(shù)精度（INT8）16TOPS，支持16通道全高清視頻解碼（H.264/265）。主要適用智能手機(jī)、智能設(shè)備等低功耗產(chǎn)品上。這可能意味著未來華為麒麟處理器的NPU將會(huì)全面轉(zhuǎn)向自研，不再需要向寒武紀(jì)公司購買IP內(nèi)核集成。據(jù)悉，這兩款A(yù)I芯片和大規(guī)模分布式訓(xùn)練系統(tǒng)都將在今年第二季度推出。

自主可控真的很難，但必須做

在手機(jī)處理器方面，從2009年，海思推出第一款面向公開市場(chǎng)的K3處理器開始，一直到2018年推出麒麟980，華為海思花了10年的時(shí)間，僅麒麟980項(xiàng)目研發(fā)耗資就超過3億美元，其在2015年立項(xiàng)，包括聯(lián)合臺(tái)積電進(jìn)行7nm工藝研究、定制特殊基礎(chǔ)單元和構(gòu)建高可靠性IP、SoC工程化驗(yàn)證，最終定型、量產(chǎn)，前后投入36多個(gè)月，1000多名半導(dǎo)體設(shè)計(jì)與工藝專家，5000多塊工程驗(yàn)證開發(fā)板。

另外，在手機(jī)處理器研發(fā)方面，華為海思與三星、蘋果有所不同，后兩者設(shè)計(jì)芯片的重點(diǎn)是應(yīng)用處理器，而海思則更看重核心技術(shù)——基帶的研發(fā)。因?yàn)榛鶐酒锹?lián)系電信設(shè)備與手機(jī)的紐帶，而目前市場(chǎng)上雖然半導(dǎo)體IP很多，但要想買到手機(jī)基帶IP事比登天，要買也只能從高通那里買現(xiàn)成的基帶芯片，可見其研發(fā)難度之高，蘋果與高通的官司，相爭(zhēng)的核心點(diǎn)就是基帶。而要自己搞研發(fā)、創(chuàng)新，就需要大量的投入，特別是基礎(chǔ)性芯片研究。

2014年，華為的研發(fā)投入比A股400家企業(yè)的總和還多。2017年，華為研發(fā)費(fèi)用高達(dá)897億人民幣，大大超過蘋果和高通。過去10年，華為投入的研發(fā)費(fèi)用超過3940億元，位居世界科技公司前列。

2012年，任正非曾有一次內(nèi)部講話：芯片可能暫時(shí)沒有用，但還是要繼續(xù)做下去。一旦公司出現(xiàn)戰(zhàn)略性漏洞，我們不是幾百億美金的損失，而是幾千億美金的損失。我們公司積累了這么多財(cái)富，這些財(cái)富可能就是因?yàn)槟且粋€(gè)點(diǎn)，讓別人卡住，最后死掉。這是公司的戰(zhàn)略旗幟，不能動(dòng)搖。

雖然華為自主研發(fā)的決心很強(qiáng)，投入很大，而且其在國(guó)內(nèi)屬于頂尖水平，但在很多方面依然很難實(shí)現(xiàn)自主可控，特別是在手機(jī)處理器和服務(wù)器芯片方面。

以2017年引爆市場(chǎng)的麒麟970為例，其狠心的8核CPU、12核GPU還是躲不開Arm這樣的IP大佬，這在國(guó)家之間的貿(mào)易爭(zhēng)端，以及意識(shí)形態(tài)和政治力的作用下，對(duì)于Arm的依賴使得產(chǎn)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)難以避免。

而Arm服務(wù)器芯片對(duì)于Arm的依存度更高，也是一把雙刃劍。

由于手機(jī)處理器和服務(wù)器屬于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，生態(tài)已經(jīng)形成，非常牢固，這方面，Arm服務(wù)器芯片最為典型：即使被X86占到了90%多的市場(chǎng)份額，要與其爭(zhēng)食的依然是我們不能自主可控的Arm，可見生態(tài)優(yōu)勢(shì)是多么的重要。這方面，后來者有先天缺陷，不可避免。

而要想打造自己的生態(tài)，主要希望還是在新生的產(chǎn)品和應(yīng)用上，典型代表就是人工智能，這也正是華為的攻堅(jiān)重點(diǎn)。其推出的昇騰910和昇騰310，就是采用自主研發(fā)的全新架構(gòu)——達(dá)芬奇。對(duì)此，當(dāng)時(shí)的華為輪值董事長(zhǎng)徐直軍表示，之所以不再基于之前的芯片架構(gòu)，而是做一個(gè)全新的架構(gòu)，是因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)上沒有任何架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景覆蓋。華為的昇騰系列則可以實(shí)現(xiàn)全覆蓋。華為需要覆蓋從云、到邊緣、到端到物聯(lián)網(wǎng)端，需要全新的架構(gòu)，創(chuàng)造力的架構(gòu)。

據(jù)悉，華為還會(huì)在AI芯片研發(fā)上繼續(xù)投入更多精力，在2019年，還會(huì)發(fā)布昇騰系列三款A(yù)I芯片，并且開始提供AI云服務(wù)。

結(jié)語

綜上，華為的處理器研發(fā)邏輯就是：以門檻較低的手機(jī)處理器為切入點(diǎn)，不斷積累研發(fā)和市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，逐步過渡到服務(wù)器領(lǐng)域，以及新興應(yīng)用（目前是AI），不斷向更高端芯片進(jìn)軍。

在自主可控方面，在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如手機(jī)和服務(wù)器，在已有生態(tài)牢固的情況下，更多地從市場(chǎng)角度考慮，先能夠站住腳，然后徐圖之，爭(zhēng)取逐步加大自主可控比例。而在新興應(yīng)用領(lǐng)域，則力圖盡早構(gòu)建屬于自己的架構(gòu)和生態(tài)，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展前期就爭(zhēng)取占領(lǐng)先機(jī)，從而在核心競(jìng)爭(zhēng)力方面，擺脫對(duì)外界的依賴。