[返回手机数码首页]·[所有跟帖]·[ 回复本帖 ] ·[热门原创] ·[繁體閱讀]·[坛主管理]

华为首次披露:麒麟芯片发展史

送交者: 不清不楚[♂☆★★声望品衔11★★☆♂] 于 2019-09-16 15:05 已读 874 次  

不清不楚的个人频道

+关注


在近年历次华为旗舰手机的消费者调查中,作为支撑华为手机商业成功的重要力量,麒麟芯片越来越受关注。但实际上麒麟一路走来的艰难险阻,只有经历过的人才有深刻体会。这里,我们希望通过2003年以来的若干小故事,来探究麒麟的奋斗和变革历程。需要说明的是,麒麟只是一个代称,实际上是指用于手机的一系列芯片或部件,即华为无线终端芯片,包括麒麟、巴龙、HiKey(氦客开源开发板)、RF、 Connectivity、PMU(电源管理单元芯片)、 Codec(编解码器)等。


以下是文章正文:


华为无线终端芯片要从2003年说起。那时,公司决定研发用于WCDMA(宽带码分多址)的手机芯片——代号是 梅里 。可惜这个项目不太成功。2007年中,公司正式宣布停掉梅里项目。时任海思总裁徐直军表示,尽管梅里这个项目不做了,无线终端芯片领域还有更多挑战值得攻克,鼓励大家坚持下去。他说:“我们华为就是‘傻傻地投’。”


梅里这款产品虽然最终没能成功商用,但给团队积累了最为珍贵的产品经验与教训,更重要的是培养了一批人。梅里项目的结束其实是一个全新的开始,公司决定兵分三路在3G Modem(调制解调器)和AP(应用处理器)处理器领域分别积蓄力量,另一方面也开始了4G LTE新技术的预研和探索。


于是三个团队分别重新踏上征途。王劲和King带领团队开始3G Modem(含2G)研发,Jerry则带领梅里团队的一部分核心力量,在高端AP领域继续探索;第三个团队则专攻4G LTE方向。


2007年底,华为无线产品线研发4G网络设备需要配套的4G测试终端。Sean曾经有过3G测试终端的开发经验,责无旁贷地挑起了LTE测试终端开发的大梁。同时,由于缺人,公司决策将高端芯片专家 William从发展得如火如荼的数字媒体芯片领域抽调到LTE领域,负责LTE芯片的开发。William是一位非常有经验的芯片开发专家,在数据通信芯片、安全芯片、数字媒体芯片等领域有着成熟的产品开发经验。后来证明,正是这样才实现了4G乃至5 G Modem芯片的“星星之火,可以燎原”。


新鲜血液的加入,不仅带来了成熟的SoC(片上系统)架构和电路设计经验,还带来项目开发的新思维。William说:新团队没有经历梅里项目的磨难,但正是因为不了解,反倒有更多勇气去挑战,真正激发出团队潜力。与此同时,Sean带领的团队也燃起全新的奋斗热情,坚守的兄弟们一心都想把项目做好,他们的心中始终燃烧着一团熊熊烈火。但不论团队如何热情高涨,艰难困苦一如既往地在前面等着大家。


01


第一代LTE单模 Modem巴龙700:是25Mbps,还是100Mbps?


在定义第一代LTE芯片巴龙700的最高速率时,大家在25Mbps(传输速率单位,兆比特每秒)和10Mbps之间摇摆不定,当时 HSDPA(高速下行分组接入)的下行峰值速率在36Mbps左右,有些人觉得LTE做100Mbps太高了,能做到25Mbps就行。但 William不这样想。基于路由器领域的经验积累,他认为,4G初期的速率在无线领域看来确实很高,但在路由器领域,这个速率差不多是10年前的水平。尽管传输的原理不同,很多核心技术却是相通的。William坚持100Mbps没什么问题,物理层以上的题能够解决。


这是一款LTE单模芯片,支持LTE FDD/TDD(频分双工/时分双工),不支持2G/3G。在当时LTE网络没有大规模部署的情况下,单模LTE应用场景受限,既不能做手机,也不能做数据卡,只能放在固定位置用于CPE产品形态。而且彼时行业已经推出成熟的2G/3G/4G多模LTE芯片,并且在主流市场商用发货。从这个角度说,单模LTE芯片巴龙700是一个彻头彻尾的“落后”的产品,既然这样,为什么还要设计这样一款产品?


其实这是有原因的。负责产品规划的专家Benjamin说:2010年恰逢德国政府发布国家宽带战略,号召运营商在DD800MHz( LTE Band20,运营商的一个频段)频段上开展移动宽带业务,弥补德国广大乡村地区无线宽带接入的缺口,消除数字鸿沟。这在对手眼里,不算肥肉,但对4G Modem巴龙团队来说却是天赐良机,于是才设计了巴龙700。Sean和William团队完成了巴龙700的交付,德国的运营商同意采用基于巴龙700平台的CPE,4G巴龙芯片获得了一次宝贵的机会。在当时业界已经推出多模芯片的背景下,一款单模LTE芯片能够获得德国运营商的认可,实属不易。


借此契机,华为充分发挥端管协同优势,成功支持德国几家重要的运营商利用DD 800MHz“数字红利频谱”在全德范围内部署移动宽带网络,巴龙700成功在夹缝中打开市场。开头提到的在德国郊区进行信号测试,就是这个时候。


趁热打铁,基于对中国移动TD LTE频段的支持,巴龙700在上海世博会演示的即摄即传体验峰值速率达到了100Mbps,海思也成为最早完成工信部 TD LTE测试的厂家。基于巴龙700的数据卡还支撑华为网络完成在日本运营商的拓展。这就是LTE单模三年技术攻关播种下的革命火种。


02


第一代LTE多模 Modem巴龙710:选择成熟的3G架构,还是面向未来的LTE架构


2012年,多模已经成为行业主流,业界LTE芯片已经做到第二代,甚至第三代,海思也迅速转入多模4GLTE芯片巴龙710的研发和攻关。这时他们遇到了多模Modem架构选择的问题。


此前,2G/3G Modem芯片开发架构基于ARM9(此处ARM为英国ARM公司,下同)和ZSP(一款数字信号处理产品),有成熟的解决方案的交付能力;而之后的4G LTE单模Modem芯片则基于新的ARM 11 CPU(中央处理器)和CEVA(思华科技,公司名,也是其产品的名字)处理器,开发了全新的更有竞争力的架构。


对于LTE多模Modem的架构,两个团队进行了激烈的讨论,一方认为应该选择成熟的3G架构,有利于产品的快速量产;另一方认为应该选择面向未来的LTE架构,有利于未来演进。双方相持不下。时任海思研发管理部部长的何庭波没有立即拍板,而是给大家讲了一个故事。


2G时代,半导体巨头TI(德州仪器)英飞凌,基于成功的2G Modem去开发3G Modem,结果失败了。而后起之秀高通则是先开发了3G Modem,之后把2G功能融合进去,结果成功了。何庭波沉默了一会,对大家说:“现在我们面临同样的历史时期,要从3G向4G切换。采用旧的成熟的架构,加入新的功能,事实证明是不适用的,无法很好地演进。我们的4G技术架构选择,要面向未来。”于是最终决定:采用4G LTE架构,把2G/3G功能融入进去。正是这次选择,奠定了巴龙LTE未来芯片的清晰演进路线,从LTE Cat 4的150Mbps,到Cat 6的300Mbps,再到Cat 12的600Mbps,整个架构支撑了华为无线终端芯片在LTE上的持续演进。


03


万里征程:从4G LTE正迎头追赶,到5G时代全球领先


2013年CES(国际消费类电子产品展览会)期间,公司从产品竞争力的角度出发,决定把Modem和AP合起来,选择走soc的发展道路。当时距离交付只剩下八个半月的时间,时间紧、任务重,团队克服重重困难按时交付,并且在巴龙720这代产品上实现了很强的竞争力,创下了最短开发周期的纪录,同时这款Modem也持续为麒麟920/930/950等提供着强劲的通信能力支持。


从巴龙720开始,巴龙750、巴龙765等后续产品逐渐走上正轨,随后推出的每一代产品几乎都实现了业界最强的规格,在LTE时代站稳脚跟。2019年1月24日,华为正式面向全球发布业界领先的5G多模终端芯片巴龙5000和基于该芯片的首款5G商用终端——华为5G CPE Pro,领航5G时代。


5G的形势和4G相比已经大不相同。在巴龙5000与网络系统设备商联调的过程中,Sean和William及团队听到最多的反馈就是“你们真的很快”。2019年6月28日,中国移动发布首份5G芯片和终端评测报告,巴龙5000不论在网络兼容性、吞吐率上还是在续航上,都一骑绝尘。


经过4GLTE时代艰苦卓绝的奋斗和积累,巴龙 Modem芯片终于在市场上喊出了自己的声音,也让行业内的其他厂商刮目相看。“做全球最好的 Modem”成为现实。


04


麒麟920:初露锋芒,爆款产品是如何诞生的?


2007年,如上文讲到的,梅里项目结束后,公司决定兵分三路。经过几年艰难探索和尝试,三个方面军陆续都取得了一些突破:


3G Modem巴龙芯片经过几代的更迭,陆续突破了欧洲、日本等重要的运营商;


AP处理器经历K3V1的小规模出货,到K3V2,支撑华为D1、P6、G710、Mate、D2,P1、Dl XL等手机产品以及平板、电视盒子和电子相框等大规模出货,奠定了关键技术基础,摸索和积累了一系列产品研发和量产的方法学,在市场上初步打开局面;


4G LTE团队是革命火种,在3G向4G变迁的大潮来临之前储备力量,艰苦研发与攻关,终于在4G来临时打出了场又一场漂亮的通信胜仗。


2012-2013年,国内4G即将开始大建设;2G/3G Modem、4G Modem、AP齐头并进,但分立的K3V2和巴龙710难以担负起业务发展的使命,要支撑华为手机发展,多模SoC推出至关重要。历经昏天黑地的艰难攻关,华为推出了首款手机SoC麒麟910,支撑Mate2、P6S、P7、H30等手机规模发货,获得了良好的口碑。


麒麟为上古时期灵兽,聪慧、祥瑞,拥有来自东方的神秘力量,赋予芯片非凡的智慧和强大的力量。麒麟910开始了华为手机SoC时代,而最大突破却是来自麒麟920。


05


麒麟920的一波三折


麒麟920和麒麟910几乎是并行开发和交付的,这被称为“拧毛巾模式”。但它的诞生却是一波三折。


早在2012年12月28日,大家就在讨论开发一个K3V2 pro版本,作为K3V2的升级版,重点解决一些问题。但后来大家觉得它的竞争力不太强。2013年1月,公司决定:不要再犹豫了,果断停掉K3v2 pro。


2013年公司新立项一个产品,名称为K3V3。当时的想法是做一颗规格领先的独立AP芯片(为什么业界总有K3V3的传说原来不是空穴来风),外挂一颗全球首发支持 LTE Cat.6的巴龙720芯片,采用AP+ Modem的模式,交付终端客户。就在项目按计划进行的时候,芯片研发主管William敏锐地发现,这种模式的交付,对客户来说,成本竞争力很不够。有没有办法,在保证规格竞争力的同时,大幅降低整体成本,从而为客户提供有竞争力的解决方案版本?


办法总比困难多,通过整体的系统架构设计、规格分析、成本分析,最终项目团队确定,采用整合AP和 Modem的SoC方式可以在保证规格竞争力的同时,大幅降低芯片成本。确定方案可行之后,William立即就投入了沟通说服工作,得益于海思专家主管一体的高效机制,方案很快就获得了大家的认可并拍板执行。确定投片时间为2013年4月。


无限风光在险峰,虽然优化方案得到了认可和实施,但是留给项目组的开发时间却极其有限。整体架构需要重构,媒体部分需要重构,手机验证平台需要重构……一个关键模块的显示子系统,本来是一位新加入的海外高端专家负责,两个月前就觉得快搞定了,可是过了两个月一看,发现还是处于“快搞定”的状态。怎么办?推倒重做。


这时候,芯片专家James Wang带头投入,负责关键模块的代码重构和编写开发,两周搞定;验证专家Tom又带人扑上去,三周搞定;手机验证平台对交付影响巨大,没有熟悉的人,怎么办?原本做Modem验证但从没做过手机芯片验证的专家Martin牵头,成功地完成了手机验证平台的重构,这个平台在后来历代麒麟芯片验证交付中发挥了巨大作用。


麒麟920采用了ARM big. LITTLE(大核CPU与小核CPU相结合的CPU架构设计)架构,四个大核A15,确保强劲的性能;四个小核A7,确保优秀的能效。这是当时业界最先进的八核架构,性能和功耗完美均衡。实际上此前大家曾经对这个架构还很犹豫,纠结于大小核的升级,最后海思总裁何庭波坚决拍板: 用大小八核架构,并在专家James Fang带领下实现业界第一个真八核HMP(异构多处理器架构)方案, Benchmark(跑分)和操作体验全面领先,一举超越多家竞争对手。


在2013年初的那个阶段,麒麟910还在攻关中,甚至巴龙720也还没有完全稳定下来。但这不影响麒麟920紧锣密鼓的研发。2014年春天,麒麟910经历了艰苦的攻关,搭载麒麟910的几款手机(尤其是P7)基本上赢得了消费者不错的口碑,但大家都有点心有余悸。在这种情况下,麒麟920的表现尤其值得期待。这时候麒麟920的各项测试指标基本出炉,大家有点不太相信自己的眼睛——实在太强悍了。


2014年6月6日,麒麟920在华为北研所发布。没人会想到,这样一款强悍的产品是在华为院士艾伟的自黑中开始的。只有很少的专业媒体受邀参加了本次发布,他们已经被这款产品所震撼。随后,2014年6月底发布的荣耀6,以及9月份发布的华为Mate7,成为爆款手机,进一步提升了麒麟920的声誉和影响力,它被誉为“国产最强芯”。文章开头所说的Mate7一机难求的故事,就是这个时候发生的。


此后,大家对SoC手机芯片的开发更加有把握.更加自信,也更加出神入化。


2014年12月,麒麟620发布,这是华为首款64位的手机SoC,其支撑的荣耀6X手机成为公司首款出货量超一干万台的手机。可能没人知道,此前公司规划的是麒麟610,是32位的。后来大家果断终止了610,改为了64位的620。这一做法后来被称为“壮士断腕,绝地重生”。


2015年3月,麒麟930发布,它也完成了从32位到64位的转化,采用了性能和功耗更为均衡的A53核,巧妙跳过了手机上的“火炉”A57这一做法后来被称为“四两拨千斤”。


2015年11月,麒麟950发布,业界率先导入16 nm FinFET(鳍式场效应晶体管)顶尖工艺,这是中国半导体厂商第一次站上了半导体工艺的最前沿。其研发历程异常艰险,后文详述。


2016年4月,麒麟650发布。这是业界首款在中档位手机SoC上导入16 nm FinFet顶尖工艺的芯片,并且实现了全模,即补齐了自研CDMA2000(码分多址,3G移动通讯标准之一,下文简称CDMA)通信制式。16nm顶尖工艺支撑麒麟650更长的生命周期,成为海思首款出货超亿套的手机SoC芯片。这一做法后来被称为“神来一笔”。


06


组织架构的调整


Paul是无线终端芯片部门主管。在麒麟910和920“拧毛巾”开发的过程中,作为事业部主管,他面临一系列难题—一不仅是技术的难题,还有团队融合的难题。他既要融合4G Modem和2G/3G Modem团队,还要融合K3团队。他们原本都各自拥有端到端交付能力,都有芯片、物理层、架构、解决方案、测试等各模块。这在以前各自独立交付的环境下是有效的,但现在要做SoC的开发,这样的组织架构就有很多问题。


为此,在海思领导的支持和帮助下,Paul进行了组织架构的调整,把这种各自端到端的交付组织,改为按模块分别交付的组织——芯片、物理层、架构属于公共部门,服务于麒麟和巴龙解决方案部,最终由麒麟和巴龙解决方案部交付给终端公司。


多年后,回顾此次组织架构的调整,大家开玩笑地做了个比喻:一家食品铺子里有几个组,分别负责制作包子、烧麦、饺子等,每个组都有做馅、做皮、捏在一起等完整的能力。现在,重新分组,每个组分别负责生火、做馅、做皮等,最终交给另外的组捏在一起,再卖给消费者。每个组把自己所负责的那项能力做精,最终的产品质量大大提升,受到消费者的喜爱。这种组织架构一直沿用到现在。


07


补齐通信制式:TD-S CDMA和CDMA,每次都掉一层皮


麒麟910是首款SoC,其不仅要融合AP和Modem,即K3v2和巴龙710(4G Modem)、巴龙2G/3 G Modem,还必须支持中国移动的TD-SCDMA制式(时分一同步码分多址,3G移动通讯标准之一,下文简称TD-S)TDS标准没有国际大厂商投入,只有国内厂商投入,产业链各个环节,仪表、设备、标准的细节、产业化等,都不完备,困难很大。


公司几经讨论,最终决定与中国一家早期研究TDS制式的高校合作,从其获得授权。但拿过来之后,发现存有大量问题,诸如代码混乱,时序变化,测试力度不够,商用困难,出问题很难定位,即使定位到,也很难修改。公司花了很大代价开发和稳定这个版本。TDS制式的研发负责人Andrew说:2013-—2014年的冬天,TDS团队几乎所有的人都去做测试工作了。大家开着自己的私家车,一遍一遍地跑外场,做测试。外面下着大雪,大家边开车,一边拨打测试电话。现在想想,还真挺危险的。


从2013年下半年,一直到2014年第二季度,中间经历了长达9个月的艰难历程。2013年底,Paul临危受命带领大家攻关,Jim是攻关组长, Andrew是解决方案软件组长,几乎每天晚上9点大家都会开晚例会,分析问题,分工解决问题,通常开完会都十点多了,会后还要继续工作。


2013年底,一个寒冷的冬夜,Paul出差北京开完攻关会议回到酒店,接到一个同事电话,请他参加他们部门的年会,Paul婉拒了。因为他实在太忙了,摆在他面前的难题太多了。这个身经百战、战果累累、年底这段时间本应拿奖拿到手软的部门主管,此时此刻却几乎要哭出来了。他在想:“我为什么要来负责这块业务?我能做好吗?”


来自内部和外部的压力很大,兄弟们工作很艰苦。很可惜有的人离职了,包括一些骨干。但大部分人仍然在坚持,这些兄弟在这个领域默默坚持了近10年,这是他们大好青春的10年。Paul曾经问过这些兄弟,为什么能一直坚持。他们说,没有为什么,既然定了目标,就一定要做出来。Paul说,有这群兄弟在,心中就有目标,坚持下去,一定能取得突破。


到2014年四五月份,TD-S的问题终于解决,搭载的手机陆续量产。麒麟910背水一战、九死一生的攻关历程,成为大家刻骨铭心的回忆。麒麟手机SoC从910开始,到620、920、930,在通信制式上一直稳定,但还缺一个制式—一麒麟芯片一直不支持中国电信的CDMA制式。这个问题随着全网通手机的普及显得越来越严重。


那时的华为全网通手机,要么采用其他厂商的SoC,要么釆用麒麟芯片加外挂其他厂商的 CDMA Modem。在要不要自研CDMA制式芯片这个问题上,大家有所争论。有的专家认为,随着4G的普及,CDMA可能将逐渐被淘汰,没有必要去开发一款产品来支持将被淘汰的制式。但也有很多专家认为,即使CDMA本身不演进了,但其还会存在一段时间,全网通一定是大势所趋麒麟如果没有全模芯片,华为手机的竞争力将受到很大影响。最终,大家达成一致:集成CDMA制式。


然而,在是采用其他厂商的授权的CDMA还是自研的问题上大家又开始了争论。Jim是CDMA开发主管,鉴于先前TDS的痛苦经历,他对领导Paul说:“你不要从外面买CDMA。我一定能做出来。”


考虑到时间进度,公司还是和其他CDMA厂商开展了谈判决定从其获得授权。坊间传说,双方基本谈成,但在最后一刻对方狮子大开口,海思决定不再购买其授权了。于是,开发CDMA的任务责无旁贷地落到Jim身上,2014年,他带领团队加紧攻关,终于完成CDMA制式。CDMA的研发,华为公司坚实的通信功底起到巨大作用。


架构主管Jary说:由于华为基站早就实现了CDMA制式,所以从网络侧抽调了若干专家,一起攻关CDMA终端芯片。但这中间也遇到了很多困难,例如,Jim曾经发现RF芯片锁死,大约每200台手机就有一两台出现这种情况,很难定位问题。他和团队以及RF的同事,一行一行地检查代码,做压力测试,终于定位到问题并解决。最终CDMA制式在麒麟650上成功交付,也为后面所有的麒麟芯片的全网通制式扫清了障碍。此后麒麟950、960、970、980等在通信规格和性能上一直高歌猛进,并延续到5G时代。


08


麒麟950:跨越自我,从鲁莽时代到业界Tier1


2015年秋天,史上最牛的跨越之作麒麟950即将量产。作为麒麟解决方案的主管,King要对套片解决方案端到端量产负责,他这时候有点焦头烂额。他给海思领导 Julian写了一个邮件,列出麒麟950的若干问题和风险,包括SoC、PMU、RF等。他说:“麒麟950有可能重演当年梅里的风险。他的邮件发出去没一分钟,就收到了 Julian的回复:“你赶紧去产线上盯着。问题不解决不要回来!”King看着邮件,脑子一片空白,这时电话响了,Julian说:“你走了没?”


为什么说麒麟950是一款超越之作?是因为它在很多方面实现了很大的跨越,不仅超越了自己,而且超越了同时期的业界其他旗舰。比如:


1、第一次站上了半导体工艺的最前沿,导入16 nm FinFET顶尖工艺。


2、首次自研ISP(图像信号处理)并商用,确定了华为手机在拍照领域的领导地位。


3、首次商用ARM最新CPU、GPU(图形处理器):麒麟950首次商用 ARM Cortex A72 CPU和 ARM Mali T880 GPU,在性能上实现了新的突破。


4、首次自研DDR(双倍速率同步动态随机存储器)Phy(端口物理层)并商用,同时支持已经成熟的 LPDDR3(低功耗内存技术)和标准还未完全确定的 LPDDR4,支撑华为手机当前和未来的成功。


5、首次商用自研PMU:新的GIC500(通用中断控制器)、新系统总线以及FBC(帧缓冲压缩)技术应用,使得麒麟950具备更强大的硬件性能基础。


6、Modem算法的优化:基于对业务的理解和行业标杆的分析,海思把 Modem的算法和物理层识别为关键业务,围绕算法设计和工程化能力建设的主线,通过不断优化整合,分层能力建设,逐步确定了在 Modem上稳固的领先优势。



喜欢不清不楚朋友的这个贴子的话, 请点这里投票,“赞”助支持!

内容来自网友分享,若违规或者侵犯您的权益,请联系我们

所有跟帖:   ( 主贴楼主有权删除不文明回复,拉黑不受欢迎的用户 )

华为首次披露:麒麟芯片发展史2 - 不清不楚 (18760 bytes) 09/16/19

用户名: 密码: [--注册ID--]

标 题:

粗体 斜体 下划线 居中 插入图片插入图片 插入Flash插入Flash动画


     图片上传  Youtube代码器  预览辅助

打开微信,扫一扫[Scan QR Code]
进入内容页点击屏幕右上分享按钮

楼主前期社区热帖:

>>>>查看更多楼主社区动态...



[ 留园条例 ] [ 广告服务 ] [ 联系我们 ] [ 个人帐户 ] [ 创建您的定制新论坛频道 ] [ Contact us ]