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麒麟9000一代打三代!一文讀懂華為海思麒麟晶片的前生今世

最近,華為旗下的麒麟9000移動平台斬獲了通信世界頒發的“2021年度最受使用者喜愛5G旗艦晶片”獎項。作為一款2020年釋出的晶片,麒麟9000實作了“一代打三代”的傲人成績,哪怕是與最新釋出的骁龍8 Gen1相比也沒落多少下風。

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遺憾的是,由于大家都知道的原因,在國産去美化的先進制程光刻機成功量産之前,麒麟晶片很難再度疊代,哪怕是華為最新釋出(包括即将釋出)的新品也不得不采用骁龍之芯。

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作為國産之光,麒麟晶片到底有着何等曆史地位?我們不妨簡單回顧一下麒麟晶片的發展史,從中就能找到答案。

手機SoC領域的玩家

活躍在智能手機“心髒”SoC領域的玩家并不多,數來數去也隻有蘋果、高通、三星、聯發科、華為海思以及紫光展銳。即便将時間線拉長,也不過增加英偉達(Tegra)、德州儀器(OMAP)和小米(澎湃)等寥寥幾家。

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作為工業制造層面的“天花闆”,晶片設計,特别是手機用的SoC從始至終都是集最尖端科技于一身的存在,能在這一領域做出成績的都堪稱天之驕子。

很高興,我們看到了海思麒麟系列移動平台的崛起,從麒麟950開始該系列就始終位列Android生态的旗艦序列,而最新發一代的麒麟9000更是2020年Android生态的最強音,其規格用2022年的眼光來看都不過時。

一切的伊始 麒麟的前身

華為技術有限公司創立于1987年。4年後(1991年),華為成立了自己的ASIC(專用內建電路)設計中心,開啟了自研IC設計的漫漫征途。

2004年,華為在ASIC設計中心的基礎上創辦了深圳市海思半導體有限公司(英文名為HiSilicon),海思的傳奇就此揭幕。

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被低端機拯救的K3V1

海思在成立之初并沒有參與到手機處理器的競争中來,而是拿網絡裝置配套的周邊晶片“練手”,積攢經驗值。直到2009年,海思旗下第一顆手機處理器才正式誕生,但它并非我們熟悉的“麒麟”,而是一顆名為K3的晶片,内部代号為Hi3611,由于它是第一版,是以江湖人稱“K3V1”。

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作為海思手機晶片的處女秀,K3V1采用ARM9核心設計,擁有360MHz~460MHz的主頻,它在規格上根本無法與同期的高通和德州儀器等競争對手抗衡,而且還僅适配小衆的微軟Windows Mobile系統,落得了一個外婆不疼舅舅不愛的待遇。

好消息是,海思趕上了一個難得的曆史機遇——那是一個國産低端機(山寨手機)橫行的時代!

由于海思K3V1整合了包括電話、EDGE(2.75G)、Wi-Fi、GPS、藍牙、FM和CMMB在内的諸多功能子產品,而且海思可以幫客戶搞定手機研發過程後端的一切事宜,留給客戶的就是軟體差異化開發、使用者界面開發以及外觀設計。

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當年很多高仿HTC WM系統機型的山寨機,使用的就是海思K3V1平台

看起來很熟悉?沒錯,海思K3V1也采用了類似聯發科的“交鑰匙”(Turnkey)模式,隻需少量工程師和2個月~3個月的時間周期就能完成手機從研發定型到量産。

至此,海思用賺取的利潤投入到繼續研發,走上了良性的晶片疊代之路。

萬年不變的K3V2

從2010年開始,智能手機進入了iOS和Android兩強時代,在餘承東從歐洲回歸執掌華為消費者業務并成立2012實驗室之後,海思進一步加大了對晶片研發層面的投入,并在2012年的巴塞羅那世界移動通信大會(MWC2012)釋出了号稱全球最小的四核Cortex-A9架構處理器K3V2(Hi3620),以及搭載這顆晶片的Ascend D1系列手機。

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K3V2基于40nm工藝打造,主頻為1.4GHz~1.5GHz,使用64bit記憶體控制器(同期的Tegra 3等四核處理器還是32bit),內建擁有16個計算單元的Vivante GC4000 GPU,規格其實還不賴。

可惜,GC4000 GPU在當時存在一定的相容性問題,發熱控制也不太理想,而且競争對手随後紛紛帶來了采用28nm+Cortex-A15架構的四核處理器,K3V2逐漸從暫時領先變為全面落後。

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Ascend P6與同期高端手機的安兔兔跑分對比

K3V2的生命周期長達2年,從低端的榮耀2再到高端的Mate 1和Ascend P6都搭載這顆晶片,是以在很長一段時間裡,大家一看到華為/榮耀手機的處理器資訊就會感歎:又是萬年不變的K3V2!而K3V2最後也成為制約華為高端機型銷量的最大瓶頸。

K3V2後期還衍生出了K3V2E,後者主要是加入通信子產品和改良GPU,但對性能提升并不明顯。

這是所有成長型企業所必須承受之痛,直接采購高通等晶片廠商方案的确省時省力,但長期以往便會失去核心競争力,并随時面臨被“卡脖子”的風險。而自主研發SoC的成本都是以數億甚至數十億元人民币為機關計算,研發出來如果沒能産生足夠的銷量來攤薄成本就無法撬動疊代更新的齒輪。

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還好,華為挺過了最困難的時期,K3V2最終實作了千萬級商用,而海思也即将迎來屬于它的光輝歲月,因為它來了。

麒麟出沒處 必有祥瑞

我們熟悉的海思麒麟誕生于2013年,從麒麟910的初試啼聲再到麒麟9000的傲視群雄,見證了國産手機行業的崛起與變遷。下面,我們就來先後回顧一下麒麟家族的成員吧。

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麒麟910:初試啼聲

2013年底,華為正式釋出了麒麟910,這顆晶片采用了台積電28nm HPM工藝,解決了K3V2的發熱和高功耗隐憂,ARM公版Cortex-A9 CPU和Mali-450MP4 GPU的組合,在性能和相容性方面的表現也不賴。最關鍵的是,麒麟910首次內建了自家的巴龍710基帶,将華為在通信領域的看家本領展現了出來,并也是以成為了全球首顆四核“SoC”。

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麒麟910曾被用于華為Ascend P6s、華為Ascend Mate 2、榮耀X1、榮耀3C LTE版、華為MediaPad M1和榮耀X1,随後衍生出來的麒麟910T(主頻提升到1.8GHz)則被用于華為Ascend P7。

麒麟920:漸入佳境

如果說麒麟910的首要任務是挽回K3V2時期輸掉的口碑,那麒麟920的任務就是幫助華為(榮耀)裝置開疆拓土了。麒麟920由榮耀6手機首發,它采用了基于Cortex-A15+Cortex-A7構成的八核big.LITTLE架構,內建Mali-T628MP4 GPU、音頻晶片、視訊晶片、ISP以及支援LTE Cat.6網絡的巴龍720基帶,更好地兼顧了性能、功耗和網絡性能。

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随後麒麟920還衍生出了麒麟925和麒麟928,它們在提升小核頻率的同時還內建了獨立的i3協處理器,能以更低的功耗排程各種傳感器,比如在一直開啟計步等功能時的續航更持久。其中,麒麟925曾被華為Mate 7列裝,而這款手機的全球出貨量超過了750萬台,成功幫助華為推開了邁向高端市場的大門。

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麒麟620:試水中遊

在麒麟920站穩高端市場後,海思針對千元級的中低端市場定制了全新的麒麟6系晶片,而麒麟620就是該家族的首秀,其最大的特色就是采用了64位的Cortex-A53八核架構,整體性能已經超越了麒麟910這個老大哥,并首次幫助華為打造出了單款銷量破千萬的榮耀暢玩4X手機。

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麒麟930:承上啟下

為了迎合“64位時代”,海思在2015年初釋出了麒麟930,我們可以将其視為麒麟920的64位版,其最大的變化就是改用了雙叢集的Cortex-A53八核架構,但GPU依舊是Mali-T628MP4,是以這一時期華為/榮耀手機又落得了一個“萬年Mali-T628MP4”的稱号。

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相對來說,麒麟930引入的“天際通”功能對體驗的影響更大,而且從這代麒麟開始海思逐漸強化了晶片的信号抗幹擾能力和弱信号下的聯網體驗,提升手機在車庫、地下室等信号死角獲得更好的信号與通話品質,相同的4G手機但華為品牌的信号更好開始深入人心。

麒麟950:站穩高端

麒麟930雖然口碑不錯,但在性能層面卻談不上強大,特别是GPU性能與同期競品相比差距明顯。2015年11月,海思麒麟950正式上線,這顆晶片是繼蘋果A9之後,第二批用上台積電最新16nm FinFET Plus先進工藝的移動處理器,憑借最新的Cortex-A72微架構和Mali-T880MP4 GPU實作了性能上的質變。

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同時,麒麟950還将協處理器更新到Cortex-M7架構的i5,內建了自主研發的圖像ISP核心,在拍照成像品質上有了明顯提升,晶片級智能定位可以讓其在室内導航或高架橋等複雜環境下定位更精準。

麒麟950的釋出時間節點選的非常好,正好處于高通骁龍810因發熱問題導緻口碑崩塌,距離高通下代旗艦骁龍820的釋出還有一個季度之久,一度成為這個時間段内綜合性能與體驗最好的旗艦級晶片。

從麒麟950開始,海思随後的産品疊代時間都選在了秋天,也就是高通和三星新舊平台青黃不接之時,并成就了Mate 8和P9(搭載麒麟955,首次與徕卡合作)等年度爆款旗艦,真正在高端市場站穩了腳跟。

麒麟650:四世同堂

2016年5月,海思推出了麒麟620的更新版——麒麟650,它采用16nm制程工藝以及雙叢集的Cortex-A53八核架構,內建Mali-T830MP2 GPU,并逐漸衍生出了麒麟655、麒麟658和麒麟659,其中麒麟659的最高主頻達到了2.36GHz。該系列晶片上市初期的競争力還是蠻不錯的,号稱同期市售唯一的千元級16nm制程移動處理器,但随着高通祭出骁龍660這顆“神U”之後,其競争力便逐漸走向了下坡路。

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麒麟960:強化3D

2016年10月,随着Mate 9系列的釋出,海思麒麟960正式降臨,它是業内首款同時商用Cortex-A73 CPU、Mali-G71 GPU以及UFS2.1閃存的移動處理器。

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和前輩相比,麒麟960終于摘下了“萬年MP4”(最多為GPU配備4個計算單元,如Mali-T880MP4)的帽子,8個計算核心的Mali-G71MP8讓其擁有了更出色的3D性能,至此“遊戲手機”再也不是高通骁龍8系的專利,讓華為/榮耀高端手機進入了遊戲愛好者的備選名單。

麒麟970:引領時代

誕生于2017年9月随Mate 10系列首發的麒麟970有着重要的曆史地位,因為它開創了手機人工智能計算的先河,首次在SoC内內建了獨立的采用HiAI移動計算架構的AI硬體處理單元NPU(神經元網絡,來自寒武紀),在相機APP中引入了“AI場景識别”的概念,可以根據目前的場景及物體自動設定最佳拍攝參數,讓小白輕松變身攝影大師,為華為/榮耀手機今後常年制霸DxOMark榜單奠定了堅實的基礎。

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此外,麒麟970繼續強化3D性能,它不僅內建了更強大的Mali-G72MP12 GPU,還引入了“吓人的技術”GPU Turbo,遊戲幀數的穩定性甚至超過了骁龍835。

麒麟710:勉力迎戰

2018年7月,海思麒麟710随華為nova 3i手機的釋出正式走向前台,它采用了12nm制程工藝,并改用了與麒麟960/970相同大小核架構設計,內建的Mali-G51 GPU也與Mali-G71同宗同源,而且同樣主打GPU Turbo技術。可惜,麒麟710的性能至多與骁龍660和Helio P60同級,在它之上還有虎視眈眈的骁龍670和骁龍710,守成有餘但進攻性不夠。

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麒麟710随後還衍生出了麒麟710F和麒麟710A,其中前者采用了倒裝型晶片封裝工藝,而後者則改由中芯國際的14nm工藝代工,并被用于榮耀Play4T等新款手機上。

麒麟980:六項第一

麒麟970通過獨立NPU驚豔了世界,而2018年9月随華為Mate 20系列首發的麒麟980,通過“6個世界第一”進一步鞏固了其作為旗艦級SoC的身份:世界第一個7nm工藝SoC、世界第一個ARM A76架構CPU、世界第一個Mali-G76 GPU、世界第一個雙NPU(依舊來自寒武紀)、世界第一個1.4Gbps Cat.21基帶、世界第一個支援LPDDR4X-2133記憶體。此外,麒麟980還能外挂巴龍5000基帶,賦予手機5G聯網的能力。

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從麒麟980開始,海思點了一個新的“技能點”,那就是擁有了類似高通骁龍“魔改”ARM公版架構的能力,你會發現官方在宣傳資料的Cortex-A後面都會加上“Based”的字尾。

麒麟810:神U誕生

提到Android手機領域的“神U”,很多人都會聯想起骁龍660、骁龍710或骁龍730。沒錯,這三顆晶片都是同期競争力最強的存在,但在2019年6月海思釋出麒麟810之後,神U的寶座便宣告易主。

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麒麟810的厲害之處是采用了最先進的7nm工藝,Based版的Cortex-A76+A55架構、Mali-G52MP6 GPU以及華為自研的達芬奇架構的NPU單元,其性能全面領先定位相似的骁龍730G和聯發科Helio G90T,進而大幅提升了華為/榮耀中端手機的市場競争力。

麒麟990:融合5G

2019年10月,Mate 30系列帶來了海思真正意義上的5G SoC——麒麟990 5G,這顆晶片是世界上第一顆半導體數量超過100億的移動終端晶片,采用業内最先進的7nm+EUV工藝,直接內建巴龍5000基帶,同時支援SA/NSA兩種5G組網模式。

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需要注意的是,與其一起釋出的還有麒麟990 4G标準版,差異是後者的工藝改為普通的7nm,主頻有所降低,內建的NPU規模有所縮水,想支援5G需外挂巴龍5000晶片。

麒麟820:保持領先

釋出于2020年3月的麒麟820是海思旗下的第二顆5G SoC,它繼承了很多源于麒麟990系列的優質基因。比如,Based版的三叢集架構、達芬奇NPU、Kirin ISP 5.0以及巴龍5000基帶子產品。

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就性能而言,麒麟820可全面領先骁龍765G、天玑800和三星Exyno 980等競品,在中端5G SoC領域唯有聯發科與小米定制的天玑820能與其一分高下,沒有辜負前輩麒麟810的“神U”稱謂。

麒麟985:小衆之選

随麒麟820一同問世的還有麒麟985,我們可以将其視為麒麟990 5G的縮水版,它降低了主頻、改用Mali-G77MC8 GPU、NPU規模變小。這顆晶片的性能與天玑1000L相似,僅比麒麟820和天玑820強點有限,競争力一般。是以,麒麟985僅被榮耀30和華為nova 7 5G等少數手機列裝,很多消費者更青睐價位相似但卻武裝麒麟990系列的同門兄弟。

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麒麟9000:一代打三代

2020年10月22日,海思麒麟9000系列正式降臨,得益于當時世界最先進的5nm制程工藝,使其成為了世界上第一顆半導體數量超過150億大關的移動終端晶片。由于麒麟9000內建了巴龍5000基帶,是以也是全球第一顆、也是當年唯一一顆5nm工藝制造的5G SoC(蘋果A14外挂基帶,是以不滿足5G SoC的定義)。

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麒麟9000被細分為麒麟9000和麒麟9000E兩款型号,它們的主要差異在于GPU和NPU單元的核心數量,在CPU和其他功能子產品上的規格完全一緻。雖然麒麟9000沒能用上ARM最新的Cortex-X1和Cortex-A78架構,但突破3.0GHz頻率大關的Cortex-A77依舊不容小觑,結合“滿血”的Mali-G78MC24 GPU,和目前Android領域最強的骁龍865+相比CPU、NPU(AI)和GPU能效分别提升了25%、150%和50%!

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總的來說,麒麟9000的規格非常搶眼,它利用5nm工藝的優勢,将Cortex-A77 CPU的頻率拉倒爆,将Mali-G78 GPU的計算單元加到爆,絕對是2020年度最強的Android芯髒,哪怕是面對2021年才姗姗來遲的骁龍888、天玑2000和Exynos 2100,以及2022年度的全新旗艦也有一戰之力。

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除了麒麟9000,海思還曾帶來了麒麟990E 5G,我們可以将其視為麒麟990 5G的縮水版,少了2個GPU計算單元和1個NPU大核,本文就不再贅述了。

小結

從2004年華為海思成立,再到2014年Mate 7手機的熱賣,麒麟晶片花費了整整10年時間才在移動處理器領域闖出名堂,一句“十年磨一劍”根本道不盡海思在晶片研發道路上的辛酸。從麒麟970到麒麟9000,每一代海思晶片都能成為智能手機領域的“芯标杆”,堪稱是國産晶片所能取得的最高成就。

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作為麒麟處理器發展見證者的華為Mate系列手機

由于海思麒麟的暫時退出,讓出的市場佔有率讓聯發科吃了個盆滿缽溢。根據知名統計機構CINNO Research公布的2021年中國智能手機市場SoC銷量榜來看,聯發科2021年以1.1億顆的晶片,同比增長了42.5%,超過高通,成為了2021年中國手機晶片市場的大赢家。華為海思下滑了68.6%,相當于同比跌了三分之二,從2020年的9620萬顆,變成了2021年的3030萬顆,斷崖式的下降令人唏噓。随着麒麟晶片庫存的告罄,未來海思的占有率......

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在2020年,IDC公布的第二季度中國智能手機市場跟蹤報告顯示,華為海思晶片曾一度占據54.8%的市場佔有率。如果沒有制裁,麒麟在今天的成績簡直無法想象,蘋果iPhone也不會是萬元級别頂級手機的唯一之選。

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期待海思麒麟的涅槃重生!

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