老兵戴辉:华为海思的麒麟芯片是如何崛起的?前华为人揭开众多不为人知的故事!
2018-09-30 09:26:29
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来源:集微网 

作者:老兵戴辉

日前,在集微网首发了《老兵戴辉:华为芯片事业是如何起家的?》。从1991年开始,为了增加自家通信系统的竞争力,华为走上开发ASIC(专用芯片)之路。

但费尽心力搞出了这么好的芯片设计平台,光是给自己用,未免太浪费。巨大的消费电子芯片市场诱惑着华为,于是海思半导体得以诞生,声名远扬的手机麒麟芯片也几经磨难后,横空出世。本文就来讲述这中间崎岖曲折的往事。

本文也介绍了展讯、国微、格科、艾为、汇顶、中星微、矩力、瑞芯微等的故事。

第一章 海思成立,主攻消费电子芯片

2004年,成立了全资子公司海思半导体,内部称为“小海思”。独立核算,独立销售。

对系统芯片的研发以及公共平台,仍在母公司体下,内部称为“大海思”。后来归属在2012实验室旗下,这里是面向未来的研究机构,被誉为中国黑科技神秘基地,参考“贝尔实验室”。

为“儿子”命名,大家都是大费思量。英文好取,HiSilicon就是Huawei Silicon的缩写。被看好的中文名则有“海硅”、“海矽”(港澳词汇中“硅”是“矽”)等,但唯有“思想”深邃才能走得更远,于是循“silicon”的发音而定下了“海思”这个名字。

海思甫一诞生,就要面对一个全新的战场和全新的游戏规则,友商已经不再是老对手爱立信、诺基亚、中兴等系统公司,而要和高通、联发科、博通、Marvell、TI、安霸、SONY、三星、ST、NXP-freescale等一众高冷的国际芯片巨头来同台竞技了。

PSST委员会(Products and Solutions Scheme Team,管产品方向)主任是徐直军,大家叫小徐,他从战略层面对海思进行管理。后来的很多年里,他都是海思的Sponsor和幕后老大。

小徐当年从益阳师专物理系直接考去南京理工大学(以前叫华东工学院)读硕士和博士。和他一起考研的还出了一位通信奇人余建国,现在是光通信权威、北邮的大教授,据说对量子计算颇有独特观点。

已赴任欧洲片区总裁的徐文伟(大徐)还兼任了海思总裁一职,参与战略决策,并从市场角度提需求。海思的具体工作由何庭波和艾伟负责,他们都是北京邮电大学毕业的。何庭波后来成为了海思的负责人,艾伟则分管Marketing。在企业发展部工作的时候,我有幸向两位都汇报过工作。

何庭波的“狼性”精神和精细化管理能力强,我在《老兵戴辉:华为的芯片事业是如何起家的?》一文里讲了她的故事。

艾伟则风格迥异,媒体人眼中的他是一个笑容可掬、温文尔雅的“大暖男”,可以深入浅出地讲芯片大道理,连文科妹子们都能听得明明白白。北邮的对面就是北师大,我深刻怀疑当年的“小艾”经常去套师大妹子们的近乎,这个能力是不是因此练出来的?

为什么海思诞生在2004年,说来话长。

2001年到2002年,华为在国内的小灵通和CDMA上一败再败,中兴和UT斯达康则抓住机会窗大发横财。 华为苦心经营多年的竞争优势消耗殆尽。三家企业的收入都在200多亿,隐隐形成“三足鼎力”之势。此时的华为焦头烂额,无暇他顾。

华为迫不得已转移战场,到海外去卖GSM和3G。早在2000年开始,老兵戴辉作为海外移动市场的第一梯队成员,冲杀在前。2003年更是担任了GSM国际总工,当年度海外无线的收入增长了10倍,3G也取得历史性的突破。2003年华为的整体营收达到了317亿,从此把中兴等国内对手甩开了差距。2005年,任正非更是被《时代》杂志评选为全球100名最具影响力的人之一。

2003年,华为冲出了重围,摆脱了生存危机,有能力腾出手来做新业务了。先是成立安捷信做基站配套的铁塔和天线,抓了李浤硕去负责marketing。04年更进一步,海思公司和终端公司也成立了!

海思和终端之间,从此开始了吵吵闹闹但相互提携的发展史。大戏开场!

终端公司的业务一方面做手机和固定台等移动终端,另外一方面,也做机顶盒和会议电视等多媒体产品。众所周知,是前者牵引了手机麒麟芯片的成功。不为人知的是,后者“刺激”了摄像头芯片和机顶盒芯片等多媒体芯片的成功,这个故事我要单独写篇文章来讲。

图注:作者戴辉与华为手机杨如春于硅谷

第二章 手机芯片的第一炮是哑炮

海思决定做手机芯片,就是被赚快钱的渴望刺激的,与终端公司并没有什么关系。

2006年,联发科的GSM Turnkey solution方案推出,硬件和软件都给你一揽子解决方案。山寨的GSM功能机(常规的按键手机)产业迅速崛起,三个人就可以做出一个手机,深圳的别名“寨都”因此得名。这成了“压死骆驼的最后一棵稻草”,在2G领域,欧洲的GSM阵营完胜美国的CDMA阵营。

联发科做的功能机方案铺天盖地。海思看得眼热,2006年启动了GSM智能手机TURNKEY(交钥匙)解决方案的开发。

所有手机芯片方案的核心都是两块:AP和BP。AP即Application Processor(应用处理器),包括CPU(中央处理器)和GPU(图形处理器),BP即Baseband Processor (基带处理器),负责处理各种通信协议,如GSM、3/4/5G等。此外,还有射频等核心单元,本文就不展开说了。

一款芯片从启动到做成,至少要三年时间。Fellow(华为“院土”)艾伟最近说:一款芯片的设计周期看似长达三年,但其实工作节奏非常紧密。(下面内容纯技术,大家可直接略过。)以麒麟980为例,2015年立项,历经了36个月的研发,才完成定制特殊基础单元构建高可靠性IP论证,等到进入SoC工程化验证已是2017年,再去掉早期芯片验证的时间,实际剩下的量产周期仅半年左右。根据这个时间表,麒麟研发团队实际上只能允许一次投片修正,否则就会影响芯片的正常流片、量产和终端(手机)适配,造成产品延期上市甚至是项目失败。

一千多个日夜很快过去,2009年,海思如期出了一个GSM低端智能手机的TURNKEY(交钥匙)解决方案,用Windows mobile操作系统。

这个方案里的基带处理器(BP)技术是自研的,技术源自华为的GSM基站。这个我也曾挺懂,有维特比译码、交织、卷积什么的。最近我还遇到了曾参与手机GSM基带的杨永霖。

开发的应用处理器(AP)芯片名叫K3V1。K3就是雪山Broad Peak,位于中巴边境, 高度为8,047米,取“高山仰止,景行行止”的意境。 可惜K3V1先天不足,工艺上采用的是110nm,当时竞争对手已经采用65nm甚至45至55nm,操作系统上选择的是日落西山的Windows Mobile。

自家的终端公司深陷在为欧洲运营商定制3G手机的泥淖中,客户也不找华为做GSM手机,想帮也无从帮起。

海思迎难而上,借鉴联发科,也去找了家华强北的山寨厂来做整机,记得是仿HTC(多普达)。一时之间,坂田基地门口,小贩摆摊兜售做工粗陋的山寨GSM智能手机。

负责营销的副总裁胡厚崑穿梭在嘹亮的叫卖声中不堪其扰,认为服务低端的GSM山寨机混淆了华为的定位,伤害了华为的高大上品牌价值。

海思兄弟回忆,主要还是性能不理想,“海思芯”山寨手机于是迅速灰飞烟灭。我甚至都没来得及买到一个作为纪念。

失败是成功之母。用郭平的话,这是“试错成本”。

这是华为第一次尝试“turnkey solution”,这个经验后来在外销的机顶盒(STB)芯片上立了大功。

第三章 山寨机涌动下的芯片江湖

华为之外,山寨机却是一个春天,带动了国内不少芯片公司的成长。

上世纪,PC是最早拉动芯片发展的力量,Intel因此奠定了江湖地位。国内,联想倪光南做出了激光打印机芯片,中星微为PC 摄像头做CMOS传感器起家并上市。 家电也是拉动芯片发展的力量,Sony一飞冲天,国微电子(现紫光国微)是为DVD开发控制芯片起家的,珠海矩力在MP3时代很生猛。

本世纪,手机是拉动芯片产业发展的中坚力量。

展讯(现紫光展锐)继联发科之后,成功杀入GSM 芯片一揽子方案战团,完成了华为没有成功的大业,迄今还在老人机和儿童手表市场上广泛应用。

我最近在集微厦门芯片论坛上听到了一个惊诧的观点:一颗芯片有两家华人公司一起杀入,才能饱和。这么说来,是老大有肉吃,老二有汤喝,老三老四日子就难过了。

图注:中国最早19张手机牌照之一的首信的老人机

在山寨机浪潮中作为“价格杀手”抢得“第一桶金”的,大有人在。其中翘楚有我的乡党赵立新创建的格科微CMOS传感器和我的东大同学孙洪军的艾为模拟芯片。更加难能可贵的是,山寨机浪过之后,他们与突围而出的一众品牌机巨头共同成长了起来。

孙洪军在华为基础业务部的时候,昵称“小二”,据说是为了与八竿子打不着的洪老(洪天峰)、李老(李一男)和刘姥姥(刘启武)相区分。“小二”自主创业后,昵称又成了“八三哥”,为什么呢?个中奥秘,在本文文末揭晓。

格科微赵立新发明了一种奇葩芯片封装工艺,名唤COM,能用接近CSP封装工艺的成本,实现了接近高端COB工艺的性能。此举大大降低了中端摄像头模组的生产成本,并提高了标准化供货的能力。为什么他如此生猛?做了他十多年老街坊的我很有发言权。赵立新的父亲是远近闻名的能工巧匠,在我们家乡开一个五金加工作坊。我曾亲眼目睹赵立新在清华大学求学期间,假期在父亲的作坊里打工挣学费。经年的汗水让赵立新对装备工艺情有独钟。湖杉资本的李翔曾服务格科十多年,透露说:赵立新创业之初,老爷子还亲自披挂上阵做装备!上阵父子兵,Like father, like son!

这“活到老、学到老、干到老“”的精神让我钦佩不已。我有幸参与的明锐理想AOI在芯片封装检测领域里将施展拳脚,“奔五”的我也四处“扑学”,成了个半吊子的芯片“砖家”。

第四章 兄弟阋于墙

K3V1黯然落幕,难道就此罢休吗?这显然不是大菊厂的个性。但眼前似乎是密不透风的困境,如何是好?

就在此时,蹿出来一个不怕天塌的胖小子,发了一通牢骚,竟然意外打破了僵局。

郭平领导的企业发展部有位特立独行的方茂元同学。2000年他还在华科读研的时候,参加了“华为杯”第三届全国研究生芯片设计竞赛。海思元老李征是竞赛评委,两人因此结缘。受此“蛊惑”,方同学毕业后来到海思,后来又到了企发部,与我成了同事。

在K3V1阵亡的2009年,即海思创立五年之际,方茂元写了个PPT交上去,表达了他对消费电子芯片的想法,大意是花钱太多但收益有限,首当其冲的就是移动终端芯片。这个话题当时很敏感,方同学心理压力巨大,拉着我这个大男人在科技园南区“压了”不少马路。

郭平和他的副手吴钦明觉得这是一种兼听则明的声音,就拿到公司EMT会议上去研讨。没想到引爆了火药桶,大家吵成一团。最终在任老板的亲自调停下达成如下方案:将移动终端芯片从海思转移到手机公司做,手机公司补偿海思的前期投入。为此还专门找了会计师事务所来算账,最后核算出了三千万美元 。

2009年11月,“烫手山芋”移动终端芯片的研发从海思转到了手机公司。

山穷水尽之时,大家终于意识到联发科的模式不可能在华为复制。如果自己的手机不用自己的芯片,自己的芯片必然难以生存。如果芯片与手机分别产在两个窝里,利益就不可能保持一致。自己的蛋只能由自己来孵。

海思移动终端芯片的商业模式,自此彻底改变了!

郭平让有“拼命三郎”之称的王劲来做移动终端芯片的研发负责人。王劲是打研发攻坚战的悍将,曾主持过研发BTS30基站,一度是华为有史以来销售收入最大的单一产品。

华为从1996年开始做基站,无线产品线人称“无线一部”。04年成立手机公司,人称“无线二部”。“无线二部”的核心人员从余承东开始,很多都是从“无线一部”调过来的有成功经验的干部。不过,长江后浪推前浪,现在二部比一部要有名多了!

第五章 巴龙芯片,成功开了第一炮

第一款成功的移动终端芯片并不用于手机,而是用于数据卡(无线广域网调制解调器)的“巴龙”芯片,主要的功能是基带处理(BP),处理通信协议。

当时欧洲耗费巨资建设了不少3G网络,但是缺少杀手业务(killer application),亏损累累。迫不得已,运营商们大力发展手提电脑上网业务,卖3G宽带数据卡。2005年底,做沃达丰市场的彭博在绝望的低谷捕捉到了这个千载难逢的好机会。

图注:数据卡

不过,3G数据卡的基带芯片一直由高通独家供应。欧洲市场数据卡的需求急剧增长,高通出现了严重的芯片供应紧缺。高通在华为和中兴之间实行平衡供应政策,很多项目华为就是因为拿不到芯片而无法签单。

2006年,时任欧洲总裁的徐文伟还兼任着海思总裁一职,既是客户又是供应商。在海思的电话会议里,他拍了板要做3G数据卡芯片。大徐可是华为芯片事业的第一人,曾在1991年牵头做了第一颗ASIC,深知芯片的价值。

大徐后来回忆说:这款数据卡芯片只需支持纯3G,只用做基带。相比手机芯片而言,不用做GSM基带,不用做应用处理器(AP,CPU+GPU),对功耗也不敏感。无独有偶。方茂元访谈过被“俘虏”后担任手机公司副总裁的李一男,他也执此观点:从数据卡芯片作为切入移动终端芯片的第一步,最是合适。

巴龙芯片在2010年一次流片成功,上海研究所一片欢腾。记得当时我在深圳第一时间听到了上海传来的喜讯,兴奋不已。

图注:巴龙(Balong)芯片

略微遗憾的是,等巴龙终于问世时,智能手机的迅猛发展已经将数据卡的市场蚕食了大部分,高通的芯片也不那么紧缺了。巴龙可使用在数据卡,以及无线路由器和MIFI等多种终端设备上。但巴龙最大的贡献是:成为后来麒麟芯片的核心竞争力。这将在本文最后一段中详述。

图注:第一个5G客户终端设备(CPE),用巴龙

巴龙(Balong)也是雪山的名字,海拔7013米,在西藏定日县,是珠穆朗玛峰的邻居。

芯片的命名趣事多多。CENTEC(盛科网络)的每颗芯片都是大桥的名字。某日,创始人孙剑勇发朋友圈,言刚发布了一颗新芯片,名唤金门大桥Golden Bridge,还配了张漂亮照片。我看了很是眼熟,遂点赞:我不久前也在这个角度照过金门大桥! 他回答:废话,我用的就是你拍的那张!

第六章 从0到1

巴龙的基带一举成功,将大家刺激得激情高涨,干劲十足。于是马不停蹄地着手AP应用处理器芯片的研发。

2012年,华为发布了K3V2,号称是全球最小的四核ARM A9架构处理器。K3V2与其失败的前任K3V1最本质的不同是:V2使用了ARM架构,支持安卓操作系统而不再是Windows Mobile (后来叫Windows Phone)。

海思给了位于英国剑桥的Arm公司不菲的费用,以获得IP(知识产权)的授权。

如果说PC是Intel+Windows紧密耦合的结果。那么,智能手机就是ARM+IOS(苹果)或者是ARM+安卓(谷歌)联姻的成果。

从另外一个角度来说,智能手机(包括苹果)的革命是美国的操作系统、英国的芯片架构和中国的整机设计和先进制造三方共同努力的结果。

做个智能手机操作系统并不难,但要做好UI(用户界面)以及构筑全方位的生态却很难。过去这些年,基本已经消失的智能手机操作系统有:塞班Sybiam、Windows Mobile (Windows Phone)、Palm OS、Blackberry黑莓、三星的Bada等。阿里的Yunos兼容安卓号称装机千万,现在转战车联与物联了。

搞出安卓的Google的总部在硅谷山景城,很多人去过,但位于剑桥的Arm总部却很少人去过。瑞芯微(RK)基于ARM架构的3188和3288两颗芯片在“瘦客户机”上用了很多,我了解的京华科讯桌面云就用了很多这样的“黑盒子”。

图注:作者戴辉摄于剑桥Arm总部

艾伟说:“平心而论,K3V2虽然是麒麟芯片当时较为成熟的一款产品,但相比同时期高通的旗舰处理器仍有明显差距。” K3V2工艺是40nm,发热量大,游戏的兼容性不强。同时期的高通APQ8064和三星Exynos4412都已经用上了28、32nm的工艺。

既然手机芯片与手机都是终端公司一母所生,相互扶持就责无旁贷了。一切问题都是人民内部问题,一切矛盾都是人民内部矛盾。曾任过手机平台软件负责人的乔磊是我同系嫡亲师弟,他告诉我,他们曾夜以继日地从软件侧来弥补芯片上的众多漏洞和BUG 。

第一个用上了自己芯片的手机是D1的四核版。由于芯片问题未能如期解决,不得不推迟了发布时间。功耗是个老大难问题,我就拥有D1暖手宝一枚。后来的D2加了防水特性,余承东演示时还将之放到了洗脚盆里,但依然卖得不好。D系列就“寿终正寝”了。

图注:作者戴辉用过的部分手机

知情人透露,余承东对用自研的芯片也曾深表担忧,甚至抵触过。站在他的立场看,这也完全可以理解。2012年,华为手机开始建立自己的品牌,为此不惜砍掉了欧洲运营商数百上千万台的定制手机。这是余承东执掌手机业务后最艰难的时刻,压力山大啊!我估计高层给了老余承诺:不成功,也不必成仁!这才将麒麟芯片强行拉上马!

用在自家的手机里,麒麟芯片算是实现了“从0到1”,终于商用了!但如何从1到100,却又是一个世纪难题。 

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