造了100多种芯片后,华为掌握了造车所需技术,未来会造车吗?

造了100多种芯片后,华为掌握了造车所需技术,未来会造车吗?,第1张

在美国的极限施压下,华为正在快速驶入 汽车 产业。

近日,华为技术有限公司发生工商变更,其经营范围新增 汽车 零部件及智能系统的研发、生产及销售等。

华为的造“芯”之路已经持续了将近30年,先后推出了麒麟芯片、5G通信芯片、AI芯片、CPU芯片鲲鹏920等产品,目前多款芯片产品已经陆续量产装车。

然而,美国的制裁一再升级,华为的发展犹如一场冰与火之歌,一边是业绩增长趋缓,一边是海外拓展不易及制裁带来了巨额损失。

华为必须要进军 汽车 产产业,才能实现年收入破一万亿的目标。

实际上,华为以芯片和通信技术为基础,在智能网联 汽车 领域已经下了好大的一盘棋,涵盖各项核心技术和软件。

业内人士分析,华为正在围绕 *** 作系统,打造覆盖手机、 汽车 、智能穿戴等大众消费业务的全新智能生态系统。

而按照华为轮值CEO徐直军的说法,“未来拥有自动驾驶能力的电动 汽车 ,除了底盘、4个轮子、外壳和座椅外,剩下的都是我们拥有的技术。”

如此,虽然华为屡次强调“不造车”,但造车所需要的技术、核心零部件和软件,华为几乎都做了。

从上世纪90年代到现在,华为要自主研发芯片的决心一直未变,且持续了将近30年。

早在1991年,华为就成立了ASIC设计中心,设计“专用集成电路”。当时的华为创立仅4年,资金异常紧张,而芯片又是个极其烧钱并极难跨越的险滩,但华为意识到:要想在一众对手中脱颖而出,必须要开发自己的芯片。

1993年,华为成功研发了第一颗自己使用EDA设计的芯片,并且获得了电信局的入网证,从而进入了利润丰厚的电信市场。这让华为更加坚信了自己做芯片的决心。

在研发了ASIC芯片12年后,即2004年,华为成立了全资子公司海思半导体,也就是现在备受关注的“华为海思”。

当时的中国芯片行业还处于一片空白,华为只能从0开始做起。

2009年,华为推出了第一款面向公开市场的K3处理器,与联发科、展讯等强敌一起竞争山寨市场,但由于K3的工艺、 *** 作系统落后于对手,加上销售策略上存在缺陷,这款芯片并未成功。

直到2014年初,华为海思发布麒麟910芯片,才一扫昔日坎坷命运。

麒麟910芯片首次集成了自研的巴龙710基带芯片,也就是华为海思第一款SoC芯片,不仅在制程上追平了当时高通的28nm,还大大降低了功耗,改善了兼容性。

华为海思的国产芯片,第一次站到了跑分软件的前列,并开始大步流星地向上攀升。

2017年,华为海思收入突破了387亿人民币,坐牢了成为了中国芯片设计公司的头把交椅。今年,海思还成为了全球前十大IC设计公司之一。

截止目前,华为海思已经打造了100多种芯片,建立了完善的芯片产品体系,包含SoC芯片(麒麟系列)、AI 芯片(升腾系列)、服务器芯片(鲲鹏系列)、5G 通信芯片(巴龙、天罡系列)、路由器芯片、NB-IoT 芯片,甚至 IPC 视频编解码和图像信号处理芯片等等。

近几年,华为正在快速进击 汽车 产业,旗下芯片产品也已经开始陆续“上车”。

《高工新 汽车 评论》了解到,目前华为旗下升腾310、鲲鹏920、巴龙5000等产品已经 “上车”。其中5G通信芯片巴龙5000主要应用在智能座舱领域,华为基于此推出了5G 汽车 模块MH5000,目前搭载该模块的车型有广汽Aion V、荣威Marvel R、北汽Arcfoxα-T等。

而AI芯片升腾310和CPU芯片鲲鹏920运用在华为MDC600智能驾驶计算平台,该平台可以提供包括主控芯片、AI芯片、 *** 作系统在内的完整自动驾驶解决方案,目前已经通过了车规级认证,且与上汽、吉利等十多家车企达成了合作,正在为装车做准备。

这只是华为芯片“上车”的起点,华为在智能 汽车 芯片的征程才刚刚开始。

有消息传出,华为已经与比亚迪签署合作, 探索 麒麟芯片在 汽车 数字座舱领域的应用落地,首款产品就是麒麟710A。

属于华为海思的时代,正在来临。

华为半路杀出,扬言要将过去30年积累的ICT技术优势,延伸到智能 汽车 产业,以帮助车企业造好车。

在华为2019年财报中指出,华为将成为面向智能 汽车 的“增量部件”核心供应商,主攻智能驾驶、智能座舱、智能电动、智能网联、智能车云五个方面。

其中,在智能网联领域 ,华为结合自身在通信、5G及硬件的技术优势,通过网联、车联网及车载计算三大业务切入。目前华为推出了搭载巴龙5000芯片的5G车载模块,已经运用与广汽Aion V、荣威Marvel R等车型。

同时,华为还在 车联网 的端(车载智能及联网设备)、管(车联网基础设施)、云(车联网平台)等领域均推出了相关产品,包括T-Box、5G+C-V2X车载通信模组、车载网关等等。

智能驾驶方面 ,华为提供自动驾驶计算平台(MDC)、AI芯片(升腾)、毫米波雷达、激光雷达、无人驾驶算法等等。

智能座舱 是华为构建“人车家”全场景智慧生活的重要一环,运用“麒麟通信模组+鸿蒙OS +HiCar”等构建华为智能座舱方案,中短期手机映射HiCar作为过渡,长期则是鸿蒙车机 *** 作系统。

智能电动领域 ,华为提供车载充电模块、电机控制器、BMS等等。据了解,华为的电控及车载电机系统,已经成功搭载在上汽、金康新能源等多家车企的量产电动 汽车 上。

智能车云方面, 华为基于以AI芯片升腾910为基础打造的华为云,推出了自动驾驶(训练、仿真、测试)云服务Octopus(八爪鱼),其核心是帮助车企和开发者实现自动驾驶应用落地。

未来是软件定义 汽车 的时代,需要将分散的功能单元进行整合,形成一个以软件为中心的架构,大幅简化硬件和布线的复杂度,构建好的分层架构及数字化平台是基础。

为了更好地构建智能 汽车 的分层架构,华为还打造了 整车电子架构,命名为CC架构 。目前华为针对该架构发布了 三大 *** 作系统 包括鸿蒙座舱 *** 作系统HOS、智能驾驶 *** 作系统AOS及智能车控 *** 作系统VOS ,分别对应三大平台,并通过芯片+ *** 作系统,将每个平台都设计成一个生态系统。

总体来看,围绕智能网联 汽车 ,华为已经构建了一个庞大的产品体系,除了HiCar、移动通信模组等车联网产品之外,还有车载 *** 作系统、整车电子架构等,以及充电模块、激光雷达等核心零部件。

按照华为轮值CEO徐直军的说法,“未来拥有自动驾驶能力的电动 汽车 ,除了底盘、4个轮子、外壳和座椅外,剩下的都是我们拥有的技术。”

如此看来,除了车,造车所涉及的核心零部件及软件,华为几乎都造了。

“华为要做的是,围绕 *** 作系统,打造覆盖手机、 汽车 、智能穿戴等大众消费业务等生态系统建设。”有业内人士向《高工新 汽车 评论》指出,目前华为在 汽车 产业的布局动作,均是其在通信、消费电子等传统核心领域竞争力的一种延伸。

与苹果、百度等巨头进军 汽车 产业一样,互联网企业看好 汽车 产业的重要原因就是:ICT技术与 汽车 产业将迎来一场大融合。

作为中国最大的芯片设计厂商以及世界5G通信技术领导者,华为在芯片、5G技术方面的优势明显。而在华为的 汽车 布局中,其中智能化以芯片为基础,而网联化则以通信技术为基础,恰恰是华为核心竞争力的延伸。

不过,从更深层次来看,有业内人士分析,当前华为的发展犹如一场冰与火之歌。一方面,华为的业绩仍然处于高速发展的阶段,但增长幅度已经趋缓,需要不断寻找新增量来维持高速增长。

年报显示,2019年华为全球销售收入是8588亿元,同比增长19.1%;实现净利润是627亿元,同比增长5.6%,明显低于过去5年的年均增长率14%。

另一方面,自2019年5月被美国列入“实体清单”后,虽然华为数次成功度过芯片断供危机,但由于华为手机无法使用谷歌GMS服务,新款手机在欧洲市场几乎断崖式下跌,而运营商业务在美国也几乎没有任何增长。

徐直军透露,由于美国制裁的影响,去年华为的消费者业务在海外市场至少有100亿美元的损失。

今年,美国对华为的打压不断升级,对华为的影响将越来越大。这般冲击下,对于华为来说,抓住未来全新的增长机遇很重要。

正如华为轮值董事长徐直军所言,“可能10年后的 汽车 产业,华为又很厉害,像现在的手机行业一样。”

不过,同样华为也会面临着一系列挑战和竞争,例如博世、大陆、采埃孚等零部件巨头的直接竞争等等。

同时,华为的芯片遭遇断供危机,也会给其 汽车 产业的布局带来一定的影响。

虽然华为海思的芯片设计技术非常先进,但其仅是芯片设计公司,并不涉足芯片生产,需要找台积电、中芯国际等代为生产。

由于我国的芯片生产及制造技术相对比较落后,目前还未有企业可以替代台积电为华为提供芯片制造。

资料显示,中芯国际最先进的生产工艺是14nm,台积电最先进生产工艺是5nm,二者相差10nm、7nm,表面上看差两代制程,实际上技术差距最少10年。这也是中芯国际不能有效替代台积电为华为制造芯片的重要原因。

近期有消息称,华为已经在内部启动了“塔山计划”,拟与国内相关企业合作自建芯片制造厂,全面实现包括EDA设计、材料、工艺等各个半导体产业关键环节的自主可控。

虽然华为并没有官方确认消息的真实性,但是华为未来必将解决芯片问题,这对于其 汽车 战略也十分重要。

我们在价值平衡上,即使做成功了,(芯片)暂时没有用,也还是要继续做下去。一旦公司出现战略性的漏洞,我们不是几百亿美金的损失,而是几千亿美金的损失。我们公司积累了这么多的财富,这些财富可能就是因为那一个点,让别人卡住,最后死掉。……这是公司的战略旗帜,不能动掉的。——任正非

说到华为的自研芯片,大家首先从脑海里想到的肯定是海思麒麟系列。没错,正是因为有了自主研发的手机芯片——海思麒麟,华为才能快速占据市场制高点,并且成为了中国手机行业的NO1。

海思麒麟芯片,是华为与苹果,三星平起平坐的底气所在。那么海思麒麟从何时开始发展,又有着怎样的经历?下面,笔者将简述华为海思麒麟芯片研发的坎坷之路。在探讨之前,我们需要先了解芯片的制造过程。

01 芯片制造:一粒沙子的质变

一个芯片是怎样设计出来的?设计出来的芯片是怎么生产出来的?希望看完这篇文章你能有大概的了解。

硅(SiO2)——芯片的基础

一个看起来只有指甲盖那么大芯片,里面却包含着几千万甚至几亿的晶体管,想想就觉得不可思议,而在工程上这又是如何实现的呢?

芯片其主要成分就是硅。硅是地壳内第二丰富的元素,而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25%的硅元素,以二氧化硅(SiO2)的形式存在。

硅锭

硅(SiO2)一直被称为半导体制造产业的基础,就是因为它能够制成一个叫晶圆的物质,而首先我们需要把硅通过多步净化熔炼后变为硅锭(Ingot)。然后再用金刚石锯对硅锭进行切割,才会成为一片片厚薄均匀的晶圆。

光刻胶层透过掩模被曝光在紫外线(UV)之下,形成电路图案

接下来需要一样叫光刻胶的物质去铺满它的表面,光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下,变得可溶,期间发生的化学反应。掩模上印着预先设计好的电路图案,紫外线透过它照在光刻胶层上,就会形成微处理器的每一层电路图案。

晶体管形成

到了这一步还要继续往下走,我们还需要继续浇上光刻胶,然后光刻,并洗掉曝光的部分,剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。

晶体管形成过程

然后就是重要的离子注入过程,在真空系统中,用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射固体材料,从而在被注入的区域形成特殊的注入层,并改变这些区域的硅的导电性。

离子注入完成后,光刻胶也被清除,而注入区域(绿色部分)也已掺杂了不同的原子。到了这一步,晶体管已经基本完成。

晶圆切片与封装

然后我们就可以开始对它进行电镀了, *** 作方法是在晶圆上电镀一层硫酸铜,将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴极)。电镀完成后,铜离子沉积在晶圆表面,形成一个薄薄的铜层。

其中多余的铜需要先抛光掉,磨光晶圆表面。然后就可以开始搭建金属层了。晶体管级别,六个晶体管的组合,大约为500nm。在不同晶体管之间形成复合互连金属层,具体布局取决于相应处理器的功能设计。

晶圆

芯片表面看起来异常平滑,但事实上放大之后可以看到极其复杂的电路网络,打个比方,就像复杂的高速公路系统网。

接下来对晶圆进行功能性测试,完成后就开始晶圆切片(Slicing)。完好的切片就是一个处理器的内核(Die),测试过程中有瑕疵的内核将被抛弃。

图片说明

最后就是经封装,等级测试,再经过打包后,就是我们见到的芯片了。

图解处理器的制造过程

简单地说,处理器的制造过程可以大致分为沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻、蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装上市等诸多步骤,而且每一步里边又包含更多细致的过程。

芯片设计

这里讲到的芯片制造就如此复杂,更不要说工程师最开始的芯片功能设计了。由此我们也可以联想到,华为海思麒麟发展至今着实不容易,下面就让我们来简谈一下它的发展史吧。

02 海思麒麟发展史

开端:主攻消费电子芯片

说到麒麟就离不开说到海思半导体公司,它成立于2004年10月,前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心,也就是这一刻,拉开了华为对于自主芯片的征战序幕。自那时开始的十几年间,该公司一直致力于设计生产ASIC。

任正非高瞻远瞩,大手一挥,华为要做自己的手机芯片。现在想想,这真的是个伟大的决定。如今华为所获得的成功,说有海思一半的功劳也不为过。

正式成立后的海思团队主要专注三部分业务:系统设备业务,手机终端业务和对外销售业务。由于常年与通讯巨头合作,海思的3G芯片在全球范围内获得了巨大的成功,在通讯领域的积累,也为后来华为海思的成功奠定了重要的基础。

老兵戴辉曾讲述,PSST委员会(Products and Solutions Scheme Team,管产品方向)主任是徐直军,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。

已赴任欧洲片区总裁的徐文伟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,何庭波后来成为了海思的负责人,艾伟则分管Marketing。

2004年成立时主要是做一些行业用芯片,用于配套网络和视频应用。并没有进入智能手机市场。

发展与成熟

当然,芯片的研发,不是三天两头就能拿出作品的事情,虽然2004年10月正式成立,直到2009年,时隔五年华为才拿出第一款手机芯片,命名K3V1,但由于第一款产品在很多方面依然不够成熟,迫于自身研发实力和市场原因都以失败告终。

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。集成GC4000的GPU,40nm制程工艺, 这款芯片得到了华为手机部门的高度重视,直接商用搭载在了华为P6和华为Mate1等产品上面,可谓寄予厚望,要知道当初华为P6是作为旗舰产品定位。

但由于其芯片发热过于严重且GPU兼容性太差等,使得该芯片被各大网友所诟病。但华为顶着压力坚持数款手机采用该芯片,当时华为芯片被众人耻笑,接下来华为开始了自己的刻苦钻研。

经过两年的技术沉淀,到了2014年初,海思发布麒麟910,也从这里开始改变了芯片命名方式,作为全球首款4核手机处理器,改用了Mali-450MP4 的GPU。

麒麟910

值得一提的是,麒麟910首次集成华为自研的巴龙Balong710基带,制程升级到28nm,把GPU换成Mali。麒麟910的推出放在了华为P6升级版P6s首发。这是海思平台转向的 历史 性标志,也是日后产品获得成功的基础。

2014年6月,随着荣耀6的发布,华为给我们带来了麒麟920,这款新品又是一个大的进步,又是一个新的里程碑。

麒麟920

作为一颗28nm的八核心soc,还集成了音频芯片、视频芯片、ISP,集成自研第一款LTE Cat.6的Balong720基带,使得荣耀6成为全球第一款支持LTE Cat.6的手机。也是从麒麟920开始,麒麟芯片受到如此多的肯定,而当年搭载该芯片的荣耀6可谓是大火,其销量已经证明。

同年,海思还带来了小幅度升级的麒麟925与麒麟928,主要在于主频的提升,开始集成协处理器。925这款芯片用在华为Mate 7上,创造了华为Mate 7在国产3000价位上高端旗舰的 历史 ,全球销量超750万,此时此刻,麒麟芯片终于赶上了华为手机的发展步伐!

华为Mate 7

华为Mate 7和苹果和三星的新机型都在同月发布。当时华为对贸然进入高端市场并没有太大的信心,没想到苹果和三星在关键时候都掉了链子。

最为著名的就是,苹果是因为好莱坞艳照门事件以及未在中国境内设服务器,谁也不知道信息传到哪里去了,因此被质疑有安全隐忧,当然现在在贵州设了服务器。

当然除了9系处理器,在2014年12月,海思给我们带来了一个中端6系,发布麒麟620芯片。它是海思旗下首款64位芯片,集成自研Balong基带、音视频解码等组件。

这款芯片陆续用在荣耀4X、荣耀4C等产品上,其中荣耀4X成为华为旗下第一款销量破千万的手机。海思在试着向公众证明,海思除了能做出飙性能的高端芯片,也能驾驭功耗平衡的中端芯片。

麒麟930

2015年3月,发布麒麟930和935芯片,这系列芯片没有过多亮点,依然是28nm工艺,但是海思巧妙避开发热不成熟的A57架构,转而使用提升主频的能耗比高的A53架构,借着功耗优势,借着高通810的发热翻车,麒麟930系列打了一个漂亮的翻身仗。

同年5月,发布麒麟620升级版麒麟650 ,全球第一款采用16nm 工艺的中端芯片。海思旗下第一款集成了CDMA的全网通基带SoC芯片,这款芯片首发于荣耀5C,在后来,我们也看到了小幅度升级的麒麟650,以及打磨了一款又一款手机的麒麟659。

2015年11月,发布麒麟950首发于华为Mate8。与之前不同的是,这次海思采用了16nm工艺,集成自研Balong720基带,首次集成自研双核14-bit ISP,集成i5协处理器,集成自研的音视频解码芯片,是一款集成度非常高的SoC。

麒麟950

它也是全球首款A72架构和Mali-T880 GPU的SoC,凭借着工艺优势,麒麟950的成绩优秀,除了GPU体验,其它各方面收到消费者众多的好评。

2016年10月19日,华为麒麟麒麟960芯片在上海举行秋季媒体沟通会上正式亮相。麒麟960首次配备ARM Cortex-A73 CPU核心,小核心为A53,GPU为Mali G71 MP8。存储方面,支持UFS2.1,稍微遗憾的是依然采用的16nm制程工艺。

麒麟960

但是麒麟960开始,麒麟9系列解决了GPU性能短板,大幅度提升了华为/荣耀手机的GPU性能,在 游戏 性能方面,不再是麒麟芯片的大短板。麒麟960在华为Mate9系列首发,后续还用在了荣耀V9等产品上。

2017年9月2日,在德国国际消费类电子产品展览会上,华为发布人工智能芯片麒麟970,它首次采用台积电10nm工艺,与高通最新的骁龙835芯片是一个工艺。

麒麟970

但集成55亿个晶体管远比高通的31亿颗、苹果A10的33亿颗的多,带来的是功耗降低20%。AI是此次麒麟970的“大脑”,AI技术的核心是对海量数据进行处理。该款芯片的发布使得华为步入了顶级芯片厂商行列。

在2018年上半年,搭载麒麟970的华为P20pro由于出色的拍照性能,受到外界一致好评。当时P20与P20 Pro,已经一跃成为手机拍照界翘楚,长期霸榜专业相机评测网站DXO。

视角来到现在,麒麟980处理器,全球首款7nm处理器赚足了噱头。最高主频高达2.6Ghz,全面升级的CPU、GPU、新的双核NPU,再有GPU Turbo加持,这也让华为Mate 20大放异彩。

当然文中还有一些海思麒麟的芯片没有提到,这里主要说了一下麒麟9系列的旗舰芯片。新的麒麟710、810大家或许也都有所了解。总之,华为海思麒麟芯片自研这条路还有很长,但在可以预见,未来华为也将会继续披荆斩棘,向前迈近。

最后来说一下最新消息对于所有关注华为的花粉来说,下半年的重头戏有两场,一场是麒麟990首发,另一场就是紧接着的华为Mate 30系列新旗舰发布了。如今,华为官方消息称,9月6日IFA 2019大展将揭晓重磅新品,不出意外就是麒麟990了。

华为终端官方截图

据此前消息,麒麟990将又发台积电的7nm EUV工艺,同时有极大可能首次集成5G基带。不出意外,除了工艺升级之外,麒麟990将在麒麟980基础上继续性能拔高,同时还有望采用自主研发的达芬奇架构NPU,此前麒麟810已经采用。

写在最后

一路走来,海思手机芯片从零开始,从备受骂声到现在跻身行业前列,不惜代价的重金投入搞研发,有过荣誉也有过挫折,希望会有更多的中国企业也能像海思麒麟一样,坚持不懈,厚积薄发,早日让关键技术掌握在自己手上。

在即将到来的麒麟990上面,华为会给我们带来什么样的亮点,我们还不得而知,这要等到发布会才能揭晓。面对未知,我们不妨期待一下。


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