电子爱好者网报道(文/程)2020年5月，IC Insights发布2020年第一季度麦克莱恩报告，华为旗下的芯片设计公司海思以26.7亿美元的销售额首次将英飞凌挤出半导体销量排行榜前10名，这也是中国半导体厂商首次进入半导体厂商前10名。2020年8月12日，IC Insights再次发布了2020年上半年10大半导体厂商排名，海思以52.2亿美元的销售额稳坐第10位。但由于美国对华为的打压，海思作为华为旗下的公司，也在被打压。根据美国对华为的禁令，该代工厂从9月15日起将不能再为华为制造芯片。
图：IC Insights发布的2020年上半年10大半导体厂商。(来源：IC Insights)
由于美国禁令的不断升级，海斯在未来一段时间内可能无法使用涉及美国技术的产品和OEM解决方案。例如，芯片设计所需的EDA软件供应商基本上都隶属于美国，为华为代工先进芯片的TSMC也使用美国技术。目前TSMC已经明确表示，除非美国禁令解除，否则将无法为海思代工5nm及以下制程的麒麟芯片。这些限制给海斯的未来发展蒙上了一层阴影。换句话说，华为最先进的5nm工艺芯片麒麟9000处理器将成为麒麟芯片的绝唱。下面我们来回顾一下，华为麒麟芯片的十年“爬坡史”。
图：华为麒麟系列芯片发展史。(来源：华为)
第一代手机AP - K3V1海思的前身是华为集成电路设计中心，成立于1991年。海思在做手机芯片之前，做过SIM卡芯片，文章监控芯片，机顶盒芯片等等。2006年，联发科推出GSM交钥匙解决方案，帮助GSM功能机行业迅速崛起。当时，海斯也希望复制联发科的模式，并在同年开始开发GSM智能手机的交钥匙解决方案。三年后的2009年，海思推出了首款GSM低端智能手机解决方案，采用了Windows Mobile操作系统。其中基带处理器(BP)技术为自主研发，技术来自华为GSM基站。名为K3V1的应用处理器(AP)芯片采用了110纳米工艺。当时竞争对手的工艺已经到了65nm、55nm甚至45nm。
图：K3V1，华为手机芯片的起点。
K3V1的110nm工艺相对于45nm工艺，功耗和性能都落后于竞争对手，WindowsMobile操作系统的市场份额太低，所以做了方案，但是很少有客户接受。第一代海斯GSM处理器有一个可怕的记录，成为一个试错产品。使用Arm内核，支持Android的K3V2用K3V1失败。2009年，移动终端芯片从海思转移到华为移动终端公司，在华为被称为“海斯”，有“绝望的三郎太”之称的王锦负责移动终端芯片的研发。2012年，王锦团队推出第二款手机SoC芯片K3V2，采用Arm架构，支持Android操作系统。K3V2是当时业界最小的手机SoC芯片，也是继NVIDIA Tegra3之后的第二款四核A9处理器。
但是K3V2采用了非主流公司Vivante的GC4000GPU，兼容性不够好，导致最终体验不好。而且芯片并没有采用当时先进的28nm工艺，只是采用了TSMC的40nm工艺。与高通的APQ8064和三星的Exynos4412相比，K3V2仍然功耗高，发热量大。虽然K3V2饱受诟病，但华为依然在自家手机上使用这款芯片，并从软件端和硬件端不断改进。当时华为的D2、P2、和Mate1手机上都使用了这个芯片。这是华为第一次在自己的手机上使用自己的海思芯片。2013年6月，华为全力打造经典超薄旗舰手机P6，厚度仅为6.18 mm，采用了大量前沿技术，搭载了K3V2E的改进版。尽管P6仍有许多bug需要软件补丁修复，但P6凭借当时最薄的机身和出色的设计赢得了市场认可，华为也不遗余力地推广，销量高达400万台。这个成绩单当时还挺好的。不幸的是，此时王锦因过度劳累而病逝，但幸运的是，华为手机芯片开始了它的正式爬坡。麒麟出道——麒麟910 2014年初，华为推出麒麟910，这是华为首款命名为“麒麟”的芯片。芯片采用1.6GHz四核Cortex-A9架构和Mali-450MP4 GPU，采用28nm HPM工艺。值得一提的是，麒麟910首次集成了华为研发的巴龙710基带，使得麒麟910支持LTE 4G网络，在TD LTE网络下带来高达112Mbps的下行速度。麒麟910也是全球首款四核SoC芯片。
麒麟910最早发布在华为P6的升级版P6s上，然后这个芯片用在了华为Mate上2、荣耀34CG、MediaPad M1、荣耀X1、惠普Slate 7 VoiceTab Ultra和Slate 8 Plus。里程碑式的芯片——麒麟920真正让海斯手机处理器走向成熟的麒麟920芯片发布于2014年6月。它采用了业界领先的大。小结构，采用4A15 1.7GHz 4A7 1.3GHz和Mali-T628MP4 GPU，28nmHPM工艺制造。集音频芯片、文章芯片、ISP于一体，集成全球首款LTE Cat.6的Balong720基带，可支持TD-LTE/LTE FDD/TD-SCDMA/WCDMA/GSM五种制式，支持300M m的峰值速度下载.首次搭载麒麟920的荣耀6成为全球首款支持LTE Cat.6的手机。搭载麒麟920的荣耀6一出，就飙升至各跑分软件第一，让海思麒麟芯片第一次达到了与业界老大高通一争高下的位置。
也是从麒麟920开始，麒麟芯片真正开始走向成熟，肯定开始大于质疑。2014年9月，海思也发布了麒麟925 SoC芯片。与麒麟920相比，大核主频由1.7GHz提升至1.8GHz，并首次集成了一颗名为“i3”的协处理器。这款芯片用在华为Mate 7和荣耀6 Plus上，创造了华为Mate 7国内三千价位高端旗舰的历史，全球销量超过750万。随后，2014年10月，海思也推出了另一款麒麟920的升级版——麒麟928 SoC芯片。相比麒麟925，大核主频从1.8GHz提升到2.0GHz，这款芯片是和荣耀6极速版一起发布的。这时候海思开始尝试提高主频来提高自己控制芯片发热的能力。继麒麟920之后，海斯在2015年3月迅速推出麒麟930/935 SoC芯片。其中麒麟930采用4a 532.0 GHz 4a 531.5 GHz Mali-T 628 MP 4 GPU微智芯i3；麒麟935采用4a 532.2 GHz 4a 531.5 GHz Mali-t 628 MP 4 GPU微智核i3。两款芯片均采用28nm工艺制造，集成了自研的Balong720基带、音文章解码、ISP等部件，并集成了i3协处理器。其实麒麟930只能算是常规升级，并没有太多亮点。但在未能获得14/16nm工艺的前提下，海思巧妙地避开了不成熟的A57架构，转而采用能耗比较高的A53架构进行主频升级。但是高通骁龙810选择了A57核，导致功耗过大，发热严重。2014年遭遇滑铁卢，而海思麒麟930/935凭借散热小，能耗比优秀，打了个翻身仗。麒麟930用于荣耀X2、P8标准版、M2 8.0平板、M2 10.0平板，麒麟935用于P8高配版、荣耀7、Mate S，首款16nm工艺手机SoC——麒麟950 2015年11月，海斯推出的麒麟950是业界首款16nm FinFET工艺旗舰SoC，代表着麒麟正式进入全球手机芯片第一阵营。从麒麟950开始，海思从一个工艺追赶者成为了领导者，率先选择了当时业界最先进的16nmFinFET Plus工艺。芯片采用4Cortex A72 2.3 GHz 4Cortex A53 1.8 GHz Mali-t 880 MP4微智能芯i5架构，集成自研的巴龙720基带，首次集成自研的双核14位ISP，首次支持LPDDR4内存，集成自研的音文章解码芯片，因此是一款集成度极高的手机SoC芯片。麒麟950也是全球首款采用A72架构和Mali-T880 GPU的芯片，综合性能再次飙升至第一。麒麟950凭借其性能优势和工艺优势，取得了优异的成绩，除了GPU体验，在各方面都受到了消费者的好评。该芯片已在华为Mate8、荣耀8、荣耀V8运营商定制版和标准全网通版使用。
2016年4月，海思发布了麒麟955 SoC芯片，将A72的架构从2.3GHz升级到2.5GHz，并集成了自研双核ISP，给徕卡的P9和P9Plus、荣耀V8顶配版和荣耀NOTE 8手机带来了很好的助力。得益于徕卡的双镜头和麒麟955，P9系列成为华为首款销量突破1000万的旗舰机。去掉所有短板的麒麟960如果麒麟950还有GPU短板，麒麟960也会补齐这个短板。2016年发布的麒麟960大幅提升了GPU的性能，也解决了之前集成基带不支持CDMA的问题，成为当时第一款集成全网通基带的手机SoC芯片。
麒麟960采用四颗A73(大核最高频率2.4GHz)和四颗A53(小核最高频率1.5GHz)大小核架构，GPU为Arm最新的MaliG71 MP8。存储方面，支持UFS2.1；基带方面，支持LTE Cat12/Cat13的巴龙750基带直接集成到SoC中，可实现四载波下行速率600Mbps，上行速率150Mbps，支持CDMA网络。稍微有点遗憾的是，仍然使用16nm工艺技术。也就是在这一年，海思凭借麒麟960的综合性能，正式跻身业界顶级芯片市场，与高通、苹果形成三足鼎立之势。麒麟970 AI加持麒麟970 2017年9月发布的海思首次在SoC中集成人工智能计算平台NPU，开创了端侧AI行业的先河。从麒麟970开始，海思正式开启AI探索之路，为华为全场景智慧战略打下坚实基础。CPU方面，麒麟970依然采用ARM公版A73架构A53架构大小核心搭配。四个A73核心最高主频2.4GHz，四个A53核心最高主频1.8GHz，GPU方面，采用Arm的Mali-G72架构，核心数量增加到12个。通信基带方面，支持LTE Cat.18，最高下载速率达到1.2Gbps(4x4 MIMO，3cccca，256QAM)。在制造工艺方面，采用了TSMC的10nm工艺。
麒麟970还支持两张SIM卡同时使用时，主副卡同时使用4G。另外，麒麟970针对高铁使用进行了优化，信号更加稳定。值得一提的是，麒麟970中有一个NPU。传统的CPU(包括x86和ARM)和GPU也可以用于深度学习计算，但是因为不是为深度学习定制的，所以效率不高。麒麟970的NPU采用了Cambricon的IP，是专门为深度学习定制的。FP16的性能达到了1.92 TFLOP，几乎是麒麟960的3倍(约0.6 TFLOP)。从此，手机全面进入AI时代。采用吓人技术的麒麟980 2018年9月初，在德国柏林举办的IFA 2018消费电子展上，海思推出了麒麟980，在业界首次采用7nm工艺，集成双核NPU，集成69亿个晶体管，拥有GPU增强功能“GPU Turbo”，这就是余承东在微博透露的“吓人”技术。在麒麟980上，海思采用了2 2 4大中小核，其中2颗2.6GHz主频的A76核负责高负载任务，2颗1.92GHz主频的A76“核”负责日常任务。除了四个A76核，还有四个A55小核(1.8GHz)负责轻操作。值得一提的是，相比前几代的公开设计，麒麟980的CPU部分采用了半定制架构，这说明华为海思充分利用了Arm全新的DSU集群和异步CPU配置。GPU方面，这次麒麟980采用的是Mali G76，这是ARM重新设计架构后的新高端GPU。它拥有4到20个着色器核心，其纹理单元、渲染单元和计算单元的流水线宽度大大增加，为复杂图形和机器学习的工作量提供了显著的改善。华为宣称新GPU的性能比上一代提升了76%，可以说弥补了华为GPU的不足。网络方面，麒麟980率先支持LTE Cat.21，峰值下载速率1.4Gbps，可惜还是不支持5G网络。同时，这款芯片还支持2133MHz LPDDR4X内存。麒麟970中，首次针对手机SoC引入了神经网络加速芯片NPU。在麒麟980中，华为再次推出业界首款双核NPU。NPU核心采用寒武纪1H，实现每分钟4500幅图像识别，支持人脸识别、物体识别、物体检测等AI场景。麒麟9905G支持5G如果说麒麟970发布的关键词是AI能力，麒麟980发布的关键词是7nm工艺，那么华为麒麟990 5G芯片发布的关键词就是5G。2019年9月，华为在德国柏林消费电子展上推出麒麟990系列芯片，包括麒麟990和麒麟9905G。其中，麒麟9905G是华为首款旗舰5G SoC芯片，采用7nm EUV工艺，首次将5G芯片巴龙5000集成到SoC中，率先支持NSA/SA双架构和TDD/FDD全频段，集成约103亿个晶体管。依然采用TSMC 7纳米工艺，四颗A76，四颗A55，共八核，GPU和CPU部分提升。
CPU方面，麒麟990 5G配备了2.86GHz的两个Cortex-A76核心，2.36GHz的两个A76核心和1.95GHz的四个A55核心，GPU为Mali-G76(MP16)。此外，它的NPU由两个Ascend D110 Lite和一个Ascend D100 Tiny core组成，主要用于一些低功耗的AI应用。连接性方面，麒麟990 5G适合SA/NSA组网，但不支持毫米波技术。在Sub-6GHz环境下，其下载和上传速度可分别达到2.3Gbps和1.25Gbps。此外，这款芯片搭载了第五代ISP，官方宣称可以带来“单反级别”的噪声抑制性能。麒麟990是4G网络的芯片。麒麟9905G和麒麟9905G的主要区别是两个A76核心和四个A55小核心的频率分别降到了2.09Ghz和1.86Ghz，NPU中会少一个D100 Lite核心。巅峰之作——麒麟90002020，麒麟9000发布。该芯片采用了5nm工艺，集成了多达153亿个晶体管，比苹果A14的118亿个晶体管多了近30%，成为麒麟的巅峰之作。与麒麟990系列类似，麒麟9000系列芯片也包括两款，分别是麒麟9000核麒麟9000E。这两款的芯片规格差不多，但麒麟9000的性能会略高于麒麟9000E。麒麟9000内置8核CPU核心，其中1个Cortex-A77核心最高主频3.13GHz，3个A77核心最高主频2.54GHz，4个A55核心最高主频2.04GHz，大核主频超过3.1GHz，突发性能强，是目前主频最高的手机处理器。同时集成24核Mali-G78GPU，图像处理能力升级。架构超过麒麟990Mali-G76，核心数量也增加一半，性能提升60%。麒麟9000E比9000版本少了一个NPU核心，配备了22核Mali-G78 GPU。
麒麟9000支持5GSA双载波聚合聚合，Sub-6G下行理论峰值速率达到4.6Gbps，上行理论峰值速率达到2.5Gbps，此外麒麟9000和麒麟W650支持Wi-Fi6，理论峰值速率达到2.4Gbps，无论是使用5G还是Wi-Fi，麒麟9000及其支持的麒麟W650都成为目前为止手机最快的SoC解决方案。结论从麒麟9000目前的表现来看，其实力已经接近苹果和高通的水平。假以时日，超越他们并非不可能，但尴尬的是，在美国禁令逐渐收紧的影响下，海思的追赶步伐戛然而止，差距只能进一步拉大。
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