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再谈中国芯

再谈中国芯

作者: 吃吃吃鱼呀 | 来源:发表于2018-11-13 16:17 被阅读158次

    五月的时候,因为当时举国关注的中兴事件,我简单的谈了下关于中兴从立项做芯片到放弃研发的过程,以及对有关半导体产业的整体性介绍。
    详细情况可以可以查看我上一篇文章:从中兴谈到中国芯

    中国芯

    在谈论今天的话题之前,我们再次对于中兴事件的始末进行回顾:

    今年4月16日,美国商务部对中兴激活拒绝令,未来7年将禁止美国公司向中兴销售零部件、商品、软件和技术。

    4月20日上午,中兴通讯发布声明称:在相关调查尚未结束之前,美国商务部工业与安全局执意对公司施以最严厉的制裁,对中兴通讯极不公平,不能接受!

    5月3日至4日,中美在北京进行了首轮贸易磋商,就共同关心的中美经贸问题进行了坦诚、高效、富有建设性的讨论。在此次交流中,中方就中兴公司案与美方进行了严正交涉。美方表示,重视中方交涉,将向美总统报告中方立场。

    5月9日,中兴通讯发布公告表示,受美国商务部激活拒绝令影响,公司主要经营活动已无法进行。但公司现金充足,在合法合规的前提下坚守商业信用。

    5月13日,特朗普发布Twitter称,正和中国国家主席共同努力,为中兴通讯快速恢复业务提供途径,已下令商务部着手解决。中兴事件迎来转机。

    5月15日至19日,应美国政府邀请,中共中央政治局委员刘鹤赴美访问。刘鹤同美国财政部长姆努钦率领的美方经济团队继续就两国经贸问题进行磋商。

    5月13日,特朗普发Twitter称:将为中兴提供一种很快恢复业务的途径。(中兴事件造成)中国很多工作岗位丢失了。(美国)商务部已被指示去完成这件事。

    5月22日,有消息称,特朗普提出了一项计划,拟对中兴处以高额罚款,并对其管理层进行改组,做为美国政府撤回之前让中兴经营陷入困境的严厉惩罚措施的条件。

    5月29日,中兴执行副总裁兼首席技术官徐慧俊,以及负责公司运营的黄达斌被免职。在此之前,中兴首席合规官兼首席法务官程钢已被免职,另外还有其他几名高管被解职后重新分配岗位。

    6月7日,美国商务部正式宣布与中国中兴通讯公司达成新和解协议。但中兴公司需要支付10亿美元罚款,另准备4亿美元交由第三方保管,此外美国选择合规团队进驻中兴,并要求中兴在30天内更换董事会和高管团队。

    至此,中兴事件正式尘埃落定。

    这个结果是来之不易的,值得各方深思。中兴逃过一劫,总算是挽回了生机。当然,从签署的协议内容来看,巨额罚款,董事会和管理层调整、接受美方的随时监管……中兴所付出的代价可谓相当沉重惨痛。中兴事件说明了,中国关键核心技术受制于人的局面没有得到根本性改变,中国企业必须尽快把核心技术这个命门牢牢掌握在自己手中。尽管中兴不代表中国企业的整体面貌,但对所有的中国企业都是个镜鉴。


    这整个的事件中,我们一直讲到的内容都是有关芯片。手机芯片,电脑芯片。

    我们提到的芯片,一般就是指我们会在产业中提到的集成电路,或者说是包含集成电路的硅片。

    华为公司在8月的最后一天,抢先发布了用全球首款7nm制艺的麒麟980处理器(SoC)。

    1、7nm制艺

    所谓7nm代表的就是蚀刻尺寸,就是我们能够把一个单位的电晶体刻在多大尺寸的一块芯片上。如果不是内行,那么就可以简单理解为:蚀刻尺寸越小,相同大小的处理器中拥有的计算单元也就越多,处理器的性能也就越强。

    但是在实际的生产运用中,这不是绝对的考虑因素。例如苹果在iPhone 7/Plus上就选择了台积电的16nm工艺而放弃了三星的14nm技术,自然是因为在16/14nm这一制艺上台积电的工艺更加成熟完善,所以性能反而比三星的14nm制艺更加优秀。(但是16和14其实是同一水平线上的)

    2、SoC

    所谓的SoC其实是一个系统级的芯片,包含了很多的独立的功能芯片,包括CPU、GPU、NPU、ISP、DSP等,SoC代表的就是一种片上系统的设计方法。它包含了一整套完整的系统和内置的软件。

    麒麟980 SOC架构

    图片中我们看到麒麟980中,主要的几项处理器:CPU,NPU,GPU,以及Cat.21的4G基带。

    2.1 CPU

    CPU我们都很熟悉,就是中央处理器,是手机的运算核心与控制核心。它就像是一台机器的大脑,控制着机器如何运转。

    大家比较熟悉的CPU架构主要由两种,X86(Intel)和ARM(ARM公司)。这两种架构的区别,主要就是采用的逻辑思路不同,一个使用的是“复杂指令集CISC”,一个采用的是“精简指令集RISC”。

    可能有人要困惑这两个陌生的名词。举个简单的例子:如果训练一个机器人吃饭,可以怎么做?你可以将它设置好吃饭的方法然后只需要下达“吃饭”的命令就可以,这样就是精简指令集!那么有人要问,如果要让它吃菜呢?就要重新为了吃菜去训练吗?所以能不能在训练吃饭的时候,就将步骤分解,“先拿勺子,然后舀起一勺饭,然后张嘴,然后送到嘴里,最后咽下去”,这样的步骤就是复杂指令集,这样要是想让机器人吃菜,只要将其中的“舀起一勺饭”替换成“舀起一勺菜”即可。

    其实两者最大的实质差异,就在于ARM公司从来只是设计低功耗处理器,Intel的强项是设计超高性能的台式机和服务器处理器。也就是说一个主打移动端,一个主打PC端。但是英特尔其实是有在移动端做出努力的,比如2000年就针对移动端做的Xscale处理器,以及后来的Atom架构,只是相比较ARM确实是有很多的不足,最后就放弃了继续的跟进与研发。而我们现在90%以上的手机都用了ARM架构,英国的ARM公司,旗下的ARM架构有着三个团队在努力,包括有奥斯丁团队,主打高性能处理器,例如:Cortex A72、Cortex A76;剑桥团队,主打低功耗处理器,例如:Cortex A53,Cortex A55;索菲亚团队,主打平衡处理器:Cortex A73,Cortex A75等。

    麒麟980采用了首个基于Cortex-A76的CPU,是2大核+2中核+4小核的CPU架构,两个2.6GHz的Cortex-A76,两个1.92GHz的Cortex-A76,还有四个1.8GHz的Cortex A55。华为官方宣称:麒麟980的CPU性能比970提高了75%。如下图所示。

    cpu

    高通骁龙845和上一代骁龙835一样,依旧是采用三星代工的10nm工艺制程,搭载的Kryo 385 CPU,由4个2.8GHz的大核A75和4个1.8GHz的小核A53组成。

    【但是要说明的是:两个CPU都是基于ARM公版的】

    2.2 GPU

    相比较CPU,GPU在手机领域一直没有太多的“声音”。

    GPU就是我们常说的图形处理器,也就是显示芯片。手机的GPU就是相对于电脑的显卡,但是按设计来说,GPU只能算是显卡的芯片部分。GPU的专业性,就代表着它的强大,它就等同于图像处理的CPU。

    图像处理的发展是随着游戏产业的需求扩张而发展的,我们熟悉的PC端GPU厂商中,英特尔主要做的都是集成显卡,例如GMA系列;而NVIDIA和AMD(ATI)是现在排名第一和第二的独立显卡芯片生产销售商,NVIDIA的GPU包括大家熟悉的Geforce系列;而AMD的前身就是ATI,2006年AMD以54亿美元收购ATI,他的GPU主要是大家熟悉的Radeon系列。

    原来在手机领域,游戏的性能并不是那么重要,但是当下,游戏画面的精美和流畅已经成为了评判游戏优秀的标准,所以手机GPU这几年也是在飞速的发展。

    麒麟980架构中说明首发了Mali-G76 GPU,这款GPU性能比970提高了46%。Mali-G76 GPU也是ARM公司进行设计的。ARM的前两代GPU架构——Utgard和Midgard都取得了巨大成功。Bifrost是ARM的第三代可编程的GPU架构,其研发知识与经验传承自Utgard和Midgard GPU架构。

    骁龙845的图形处理器升级到了Adreno 630,高通称之为视觉处理子系统。(PS:高通2009年收购了AMD旗下原ATI公司的绘图芯片技术,之前两者就有长期的合作)

    要说明的是,在这个领域,ARM公司的Mali-G76还比不上高通的Adreno 630,甚至还比不上苹果的A11,更遑论A12了。

    2.3 NPU

    NPU就是嵌入式神经网络处理器,用于处理海量的AI数据信息,专门为机器学习提供支持,简单地说,借助这个玩意儿,你的手机或许会变得更聪明一些。

    去年发布的麒麟970是世界首个搭载NPU(神经处理单元)的SoC。NPU专门负责AI运算,在大幅提高手机AI性能的同时降低了AI任务功耗。今年的980则直接上了两个NPU,是首款搭载双核NPU(Dual-NPU)的移动端芯片。在双NPU的加持下,麒麟980在ResNet-50图像识别测试中得到了4500张每分钟的成绩,以极大优势再次成为业界最强(自称)。

    NPU

    无独有偶,华为和苹果两家都在SoC中加入了独立的AI运算单元。去年苹果的A11上内置了神经引擎(类似NPU的设计),今年苹果发布A12 Bionic,内置了新一代神经引擎。但是去年苹果的神经引擎主要还是为faceID等功能设计的,通用性比较弱。今年的新一代神经引擎则是开放给了第三方的app,扩展性更强了。

    和华为与苹果不同,没有独立AI运算单元的就是高通骁龙系列。骁龙芯片的性能是公认的,但是手机需要越来越多地应对AI场景,应对AI运算时需要协调CPU、DSP、GPU三方,遇上他们有任务在身,AI运算就要排队。而有NPU或者神经引擎的手机就能游刃有余地让AI模块专事专办。因此,单独的NPU可以说是一种比较合理的趋势。

    2.4 基带芯片

    麒麟980中的全新Cat.21 4G基带支持4x4 MIMO、1.4Gbps下载速率和2x2 MIMO、200Mbps的上传速度,堪称5G到来之前的最强基带。

    同时,针对5G的消息,华为还谈到了可与麒麟980配套使用的Balong 5000 5G基带,这种搭配就如同高通骁龙下一代SoC将配套X50基带一样。不过华为没有透露关于二者配套的细节,只是称我们将在明年(大概是19年6月)看到使用麒麟980+ Balong 5000的设备。很遗憾,此次的mate20并没有支持5G,但是对于mate20本身而言无伤大雅。

    基带芯片

    3、简单的小结

    在以上的信息中,我们都可以看到整个的手机芯片产业中【ARM公司】的特殊性。它是标准的IP公司,它的处理器设计方案为大部分公司提供了起步的助力。

    三星Intel等则是有着在半导体、集成电路上的完整体系,华为、高通、联发科等公司则拿着ARM的公版再由自己公司承担部分的芯片设计。

    苹果有着自己的CPU设计,但是基带芯片方面则依靠的是高通。

    我们国家在芯片上确实是有在不断进步的,但是这个过程艰辛而且缓慢,需要一代代人持续不断的努力奋斗。我们要看到差距,我们也要看到成果。我们也应该要感到自豪,但是不能骄傲,因为我们始终在追赶别人的脚步,所以还远远没有到得意的时候。

    一切都还在路上。

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