2020年10月13日 星期二

回顧麒麟的上位之路 - 從nobody到tier one。

過去數年,智慧型手機市占率的前二名位置基本上被三星和蘋果牢牢地佔據,此兩者都有一個共通點,即各自擁有自研處理器晶片的能力。雖然說智慧型手機產業已經相當成熟,要做可量產的堪用手機出來一點都不是難事,但要做得好,同時要在這個高同質化的市場裏做出產品差異性,自研處理器晶片便是其中一個重要指標。

說到手機廠自研處理器晶片,除了三星和蘋果之外,近兩三年出盡風頭的華為自然也是一例。有別於三星和蘋果,華為坐落於半導體產業基礎極為薄弱的中國,能將麒麟晶片發展至如此程度,可說是一大奇蹟。

正確來說麒麟晶片其實來自於海思,海思成立於2004年,前身是華為的晶片設計部門,十幾年來該公司一直致力於設計華為產品所需要的部分特殊應用積體電路ASIC

在華為決定重視手機市場後,相關高層高瞻遠矚,很早即規畫要自研手機處理器晶片,待時機成熟後大量導入自家手機,並將此重責大任交於海思。


海思的麒麟晶片曾經是電子垃圾的代名詞,性能和效能分別被高通及聯發科遠甩在後。然而經過多年的發展,麒麟晶片竟成為了華為手機的最大賣點,相較於絕大多數Android手機,處理器配置上清一色地採取高階規格高通、低階規格聯發科的策略,彼此之間差異性甚小,獨佔麒麟處理器晶片乃華為手機的特色之一。

而華為手機亦成為Android陣營旗艦規格手機的一大台柱。華為在高階手機市場能達到今天如此成就,背後無疑有諸多因素,不過麒麟晶片的崛起及成長十分關鍵,擔任舉足輕重的角色。

華為手機首次大量導入自研處理器晶片,最廣為人知的應該是於2012年推出的華為Mate 1其所搭載的是K3V2晶片。

K3V2採用40nm製程,CPU部分採用四核心ARM A9GPU部分採用了比較少見的Vivante GC4000。可惜此晶片在系統整合上極不完善,導致K3V2出現一系列的功耗過大和穩定性問題。

橫空出世的K3V2確實在當年取得了一些成績,可是缺點也非常明顯。海思接著針對K3V2的缺陷進行改良,後續版本即是首次冠以「麒麟」之名的麒麟910

K3V2改全新「麒麟」之名走向市場,足見華為認定時機已經成熟,沉寂多年後總算是時候推廣自家品牌、推廣自研晶片。

麒麟910建立於K3V2的基礎架構上,製程推進到28nmGPU部分換成Mali 450-MP4CPU部分維持四核心ARM A9,主要是解決了兼容性和功耗的問題,綜合性能可以看成K3V2改良版,其中最大進步則是將原本外掛的通訊基頻晶片成功整合進系統單晶片內。

從搭載麒麟910的終端產品華為Mate 2的銷量來看,市場對麒麟910尚且算認可。

有了K3V2和麒麟910的開發經驗,海思加速開發下一代產品,麒麟920帶領華為手機和麒麟晶片進入了一個新的階段。

麒麟920依然採用成熟的28nm製程,CPU部份採用四核心ARM A15和四核心ARM A7GPU部分選擇了Mali T628-MP4,是全球首顆支援LTE cat.6的的處理器晶片。

麒麟920這代產品算是麒麟晶片走向成熟的象徵,性能方面已經能滿足大部分人日常使用需求,功耗表現亦明顯進步,讓搭載麒麟920的華為Mate 7成功打進高階市場。

2015年手機處理器市場發生了件有趣的事,那就是高通的驍龍810選擇採用20nm製程和ARM A57架構CPU

當時28nm製程相當成熟,下一代製程正是20nm,而ARM方面也推出了相較前一代高出50%性能的A57。高通身為手機處理器晶片的領頭羊,在製程和架構的選擇策略較為積極完全合情合理,乍看之下沒有什麼問題。

沒想到正是這一個組合產生了致命的功耗問題,雖然沒有獲得高通證實,不過從各方面的評測分析幾乎可以認定,驍龍810的過熱問題與其採用的ARM A57架構搭配20nm製程有很大的關係。

題外話是高通的老對手聯發科,趁著驍龍810翻船之時意圖挑戰高階市場而推出的Helio-X20竟也跟著踩了一次20nm製程,沒有把握住這千載難逢的機會

不知道是單純運氣好還是另有原因,同時間的麒麟930CPU部分沒有採用ARM A57,相對保守地停在八核心ARM A53的架構,GPU也沿用Mali T628-MP4亦依舊是28nm製程,綜合性能僅能看成麒麟920的小升級版。

事實上這樣的硬體配置無法滿足當時高階市場的性能需求,這與A53性能不足有很大的關係,使搭載麒麟930的華為Mate S承受了強烈的市場壓力。

意外避開ARM A5720nm製程的災難後,麒麟950直接跨進16nm製程,CPU部份採用四核心ARM A72和四核心ARM A53GPU部分為全新的Mali T880-MP4,另外放入了自行研發的ISP影像處理硬體。

從麒麟950開始,海思對麒麟晶片的開發策略出現了兩個明顯變化,其一為採用了台積電最新製程,其二為以ISP為首,開始將更多自研硬體整合進系統單晶片內。

其實在麒麟950前,海思並未幫麒麟晶片高調地開發布會,麒麟950給了海思第一次對高通驍龍旗艦晶片叫板的機會,當然了實際上麒麟950難以對標驍龍820但最關鍵的優勢在於發布時間領先高通驍龍820一季以上,打了漂亮的時間差。

2016年推出的麒麟960被認為是麒麟晶片又一次的里程碑,CPU部分採用四核心ARM A73及四核心ARM A53GPUMali G71-MP8,通訊基頻支援LTE cat.12。與上一代麒麟950相比,CPU能效提升15%,圖形處理性能提升180%GPU能效提升20%GPU部分的性能和能效的提升相當可觀。

為什麼說麒麟960是「又一次的里程碑」?因為它具備當時市場上接近頂級的硬體配置,縱然ARM GPU單核性能遠遠不是高通Adreno的對手,但靠著大量堆核勉強能抗衡,雖然大量堆核帶來的面積成本壓力對自研晶片來說沒那麼大,然而此舉明白揭示了海思願意投入資源挑戰高階性能的決心。

麒麟960在高階市場獲得了不俗的評價,把華為Mate 9手機推到另一個新高度。

時間來到2017年,人工智慧逐漸成為熱門議題,麒麟970當然不會錯過。

前兩代的麒麟950和麒麟960需要靠發布時間差才能向競爭對手叫板,而到了麒麟970,最先進的10nm製程,CPU部分採用四核心ARM A73及四核心ARM A53GPU則為全新一代的Mali G72-MP12,通訊基頻支援LTE cat.18再加上新一代的ISP硬體參數毫無疑問達到旗艦規格等級。

其中最引人注目的還是全新的人工智慧計算加速器了,麒麟970是第一顆放入專門用於人工智慧方面的計算加速硬體的手機處理器晶片。搭載麒麟970的華為P20由於出色的拍照性能,得到外界一致好評,華為手機一躍成為手機拍照界的翹楚。

自麒麟970開始,Android旗艦規格晶片市場隱然出現了高通驍龍、三星Exynos、海思麒麟三足鼎立的態勢,讓華為手機真正站穩了高階市場。

2018年至2019年,海思分別推出了麒麟980和麒麟990與對手直接對決,兩者都是最新的7nm製程,CPU部分皆採用四核心ARM A76及四核心ARM A55GPU分別是Mali G76-MP10Mali G76-MP16,此外整合了新一代寒武紀NPU和自研達文西架構NPU,通訊基頻部分麒麟990更是支援5G

從硬體帳面規格來看,不論是CPUGPUNPU還是通訊基頻,麒麟980和麒麟990已經是手機市場上不可小覷的旗艦規格晶片產品,不亞於任何對手。

麒麟晶片發展至此,不再只有華為自我感覺良好地向高通驍龍旗艦晶片叫板,諸多評測機關都將麒麟晶片視作Android旗艦規格晶片代表之一,而搭載這兩代麒麟晶片的華為Mate系列和華為P系列更是年度評價前幾的Android手機。

至於接下來的麒麟9000,目前已透漏的資訊來看會進到5nm製程,CPUGPU兩部分可能皆採用ARM最新的授權版本,依過去經驗推測,理論上其綜合性能應該能穩定勝過驍龍865,或許有機會對齊下一代的驍龍875

回首過往十年,從K3V2到即將推出的麒麟9000,海思這段時間的經歷非常神奇。

不少人認為海思開發手機處理器晶片只是單純複製三星和蘋果的老路罷了,可是實際情況並不完全一樣。三星和蘋果在處理器晶片的最初設計重點放在應用處理器,而海思看家本領的技術核心卻是通訊基頻。

無可否認有時進步幅度是慢了點、保守了點,不過沒有出現過20nm製程或ARM A57這類重大戰略失誤,華為手機殷殷期盼的高階規格性能……麒麟雖遲但到!海思花了數年時間終於把麒麟晶片從當初不被看好的nobody躋身至tier one級別。

平心而論,目前海思和高通在晶片設計的實力上依然有著絕對性差距,海思需要仰賴ARM或其他供應商大量授權矽智財,然後將其成功整合為系統單晶片。高通不但在CPU部分有能力授權ARM指令集後依自身產品需求對硬體做最佳化修改,GPU部分更是直接使用自家的Adreno

但如果再給海思幾年時間,是否有可能整合進自行開發的CPUGPU將高通驍龍旗艦規格晶片拉下神壇?坦白說的確存在想像空間。

先不說可能性有多少,其實光是能讓人有過麒麟撼動驍龍的一絲期待,就已經是海思的一大成就。遺憾的是依現在美國對華為的禁運政策,麒麟9000極有可能成為「末代麒麟」。除了麒麟晶片首當其衝外,許多人推測庫存晶片消耗完後,華為最快明年開始被迫全面退出手機市場。

過去曾經多次提過一概念,一般認為產業鏈愈接近上游,技術門檻愈高,故通常多是上游往下游做順向整合,下游往上游做逆向整合的困難度較高,可是現在消費性產品的市場生態相對以往變化甚大,終端產品開始具備市場的主導權,未來很可能不再是品牌廠依附供應鏈存活,而是供應鏈無法離開品牌廠。

海思麒麟晶片則是此概念的一大實例,華為憑藉自身品牌影響力,大膽地在高階和旗艦規格手機搭載麒麟晶片;當然海思本身也確實爭氣,透過華為手機終端產品鄰近消費者、具備對市場敏感度的優勢,不斷地修正麒麟晶片備受市場抨擊之處,其證明了身為市場的追趕者,仍然有能力逆向整合產品供應鏈。

總結來說,麒麟晶片固然成就了華為手機,讓華為繳出了2018年和2019年手機出貨量都突破兩億支的優異成績,倘若沒有中美貿易戰和華為禁運政策,極有可能於2020年超越三星成為全球最大手機出貨廠商;同時華為手機強大的終端整合能力及市場主導權與出貨量,亦支援了麒麟晶片持續演進的研發資本和規格方向,兩者實際上相輔相成。

麒麟晶片的上位之路幾可奉為消費性產品市場的經典範例,卻沒辦法看到最終結局,可惜,真的萬分可惜。