趕在麒麟990發佈前 談華為功臣麒麟芯片發展史
本文轉自：中關村在線
説到華為的自研芯片，大家首先從腦海裏想到的肯定是海思麒麟系列。沒錯，正是因為有了自主研發的手機芯片——海思麒麟，華為才能快速佔據市場制高點，並且成為了中國手機行業的NO1。
海思麒麟芯片，是華為與蘋果，三星平起平坐的底氣所在。那麼海思麒麟從何時開始發展，又有着怎樣的經歷？下面，筆者將簡述華為海思麒麟芯片研發的坎坷之路。在探討之前，我們需要先了解芯片的製造過程。
01 芯片製造：一粒沙子的質變
一個芯片是怎樣設計出來的？設計出來的芯片是怎麼生產出來的？希望看完這篇文章你能有大概的瞭解。
硅（SiO2）——芯片的基礎
一個看起來只有指甲蓋那麼大芯片，裏面卻包含着幾千萬甚至幾億的晶體管，想想就覺得不可思議，而在工程上這又是如何實現的呢？
芯片其主要成分就是硅。硅是地殼內第二豐富的元素，而脱氧後的沙子（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。
硅錠
硅（SiO2）一直被稱為半導體制造產業的基礎，就是因為它能夠製成一個叫晶圓的物質，而首先我們需要把硅通過多步淨化熔鍊後變為硅錠（Ingot）。然後再用金剛石鋸對硅錠進行切割，才會成為一片片厚薄均勻的晶圓。
光刻膠層透過掩模被曝光在紫外線（UV）之下，形成電路圖案
接下來需要一樣叫光刻膠的物質去鋪滿它的表面，光刻膠層隨後透過掩模（Mask）被曝光在紫外線（UV）之下，變得可溶，期間發生的化學反應。掩模上印着預先設計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會形成微處理器的每一層電路圖案。
晶體管形成
到了這一步還要繼續往下走，我們還需要繼續澆上光刻膠，然後光刻，並洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來保護不會離子注入的那部分材料。
晶體管形成過程
然後就是重要的離子注入過程，在真空系統中，用經過加速的、要摻雜的原子的離子照射固體材料，從而在被注入的區域形成特殊的注入層，並改變這些區域的硅的導電性。
離子注入完成後，光刻膠也被清除，而注入區域（綠色部分）也已摻雜了不同的原子。到了這一步，晶體管已經基本完成。
晶圓切片與封裝
然後我們就可以開始對它進行電鍍了，操作方法是在晶圓上電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉澱到晶體管上。銅離子會從正極（陽極）走向負極（陰極）。電鍍完成後，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個薄薄的銅層。
其中多餘的銅需要先拋光掉，磨光晶圓表面。然後就可以開始搭建金屬層了。晶體管級別，六個晶體管的組合，大約為500nm。在不同晶體管之間形成複合互連金屬層，具體佈局取決於相應處理器的功能設計。
晶圓
芯片表面看起來異常平滑，但事實上放大之後可以看到極其複雜的電路網絡，打個比方，就像複雜的高速公路系統網。
接下來對晶圓進行功能性測試，完成後就開始晶圓切片（Slicing）。完好的切片就是一個處理器的內核（Die），測試過程中有瑕疵的內核將被拋棄。
圖片説明
最後就是經封裝，等級測試，再經過打包後，就是我們見到的芯片了。
圖解處理器的製造過程
簡單地説，處理器的製造過程可以大致分為沙子原料（石英）、硅錠、晶圓、光刻、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試、包裝上市等諸多步驟，而且每一步裏邊又包含更多細緻的過程。
芯片設計
這裏講到的芯片製造就如此複雜，更不要説工程師最開始的芯片功能設計了。由此我們也可以聯想到，華為海思麒麟發展至今着實不容易，下面就讓我們來簡談一下它的發展史吧。
02 海思麒麟發展史
開端：主攻消費電子芯片
説到麒麟就離不開説到海思半導體公司，它成立於2004年10月，前身是創建於1991年的華為集成電路設計中心，也就是這一刻，拉開了華為對於自主芯片的征戰序幕。自那時開始的十幾年間，該公司一直致力於設計生產ASIC。
任正非高瞻遠矚，大手一揮，華為要做自己的手機芯片。現在想想，這真的是個偉大的決定。如今華為所獲得的成功，説有海思一半的功勞也不為過。
華為總裁任正非
正式成立後的海思團隊主要專注三部分業務：系統設備業務，手機終端業務和對外銷售業務。由於常年與通訊巨頭合作，海思的3G芯片在全球範圍內獲得了巨大的成功，在通訊領域的積累，也為後來華為海思的成功奠定了重要的基礎。
老兵戴輝曾講述，PSST委員會（Products and Solutions Scheme Team，管產品方向）主任是徐直軍，他從戰略層面對海思進行管理。後來的很多年裏，他都是海思的Sponsor和幕後老大。
已赴任歐洲片區總裁的徐文偉還兼任了海思總裁一職，參與戰略決策，並從市場角度提需求。海思的具體工作由何庭波和艾偉負責，何庭波後來成為了海思的負責人，艾偉則分管Marketing。
2004年成立時主要是做一些行業用芯片，用於配套網絡和視頻應用。並沒有進入智能手機市場。
發展與成熟
當然，芯片的研發，不是三天兩頭就能拿出作品的事情，雖然2004年10月正式成立，直到2009年，時隔五年華為才拿出第一款手機芯片，命名K3V1，但由於第一款產品在很多方面依然不夠成熟，迫於自身研發實力和市場原因都以失敗告終。
2012年，華為發佈了K3V2，號稱是全球最小的四核ARM A9架構處理器。集成GC4000的GPU，40nm製程工藝， 這款芯片得到了華為手機部門的高度重視，直接商用搭載在了華為P6和華為Mate1等產品上面，可謂寄予厚望，要知道當初華為P6是作為旗艦產品定位。
但由於其芯片發熱過於嚴重且GPU兼容性太差等，使得該芯片被各大網友所詬病。但華為頂着壓力堅持數款手機採用該芯片，當時華為芯片被眾人恥笑，接下來華為開始了自己的刻苦鑽研。
經過兩年的技術沉澱，到了2014年初，海思發佈麒麟910，也從這裏開始改變了芯片命名方式，作為全球首款4核手機處理器，改用了Mali-450MP4 的GPU。
麒麟910
值得一提的是，麒麟910首次集成華為自研的巴龍Balong710基帶，製程升級到28nm，把GPU換成Mali。麒麟910的推出放在了華為P6升級版P6s首發。這是海思平台轉向的歷史性標誌，也是日後產品獲得成功的基礎。
2014年6月，隨着榮耀6的發佈，華為給我們帶來了麒麟920，這款新品又是一個大的進步，又是一個新的里程碑。
麒麟920
作為一顆28nm的八核心soc，還集成了音頻芯片、視頻芯片、ISP，集成自研第一款LTE Cat.6的Balong720基帶，使得榮耀6成為全球第一款支持LTE Cat.6的手機。也是從麒麟920開始，麒麟芯片受到如此多的肯定，而當年搭載該芯片的榮耀6可謂是大火，其銷量已經證明。
同年，海思還帶來了小幅度升級的麒麟925與麒麟928，主要在於主頻的提升，開始集成協處理器。925這款芯片用在華為Mate 7上，創造了華為Mate 7在國產3000價位上高端旗艦的歷史，全球銷量超750萬，此時此刻，麒麟芯片終於趕上了華為手機的發展步伐！
華為Mate 7
華為Mate 7和蘋果和三星的新機型都在同月發佈。當時華為對貿然進入高端市場並沒有太大的信心，沒想到蘋果和三星在關鍵時候都掉了鏈子。
最為著名的就是，蘋果是因為好萊塢豔照門事件以及未在中國境內設服務器，誰也不知道信息傳到哪裏去了，因此被質疑有安全隱憂，當然現在在貴州設了服務器。
當然除了9系處理器，在2014年12月，海思給我們帶來了一箇中端6系，發佈麒麟620芯片。它是海思旗下首款64位芯片，集成自研Balong基帶、音視頻解碼等組件。
這款芯片陸續用在榮耀4X、榮耀4C等產品上，其中榮耀4X成為華為旗下第一款銷量破千萬的手機。海思在試着向公眾證明，海思除了能做出飆性能的高端芯片，也能駕馭功耗平衡的中端芯片。
麒麟930
2015年3月，發佈麒麟930和935芯片，這系列芯片沒有過多亮點，依然是28nm工藝，但是海思巧妙避開發熱不成熟的A57架構，轉而使用提升主頻的能耗比高的A53架構，藉着功耗優勢，藉着高通810的發熱翻車，麒麟930系列打了一個漂亮的翻身仗。
同年5月，發佈麒麟620升級版麒麟650 ，全球第一款採用16nm 工藝的中端芯片。海思旗下第一款集成了CDMA的全網通基帶SoC芯片，這款芯片首發於榮耀5C，在後來，我們也看到了小幅度升級的麒麟650，以及打磨了一款又一款手機的麒麟659。
2015年11月，發佈麒麟950首發於華為Mate8。與之前不同的是，這次海思採用了16nm工藝，集成自研Balong720基帶，首次集成自研雙核14-bit ISP，集成i5協處理器，集成自研的音視頻解碼芯片，是一款集成度非常高的SoC。
麒麟950
它也是全球首款A72架構和Mali-T880 GPU的SoC，憑藉着工藝優勢，麒麟950的成績優秀，除了GPU體驗，其它各方面收到消費者眾多的好評。
2016年10月19日，華為麒麟麒麟960芯片在上海舉行秋季媒體溝通會上正式亮相。麒麟960首次配備ARM Cortex-A73 CPU核心，小核心為A53，GPU為Mali G71 MP8。存儲方面，支持UFS2.1，稍微遺憾的是依然採用的16nm製程工藝。
麒麟960
但是麒麟960開始，麒麟9系列解決了GPU性能短板，大幅度提升了華為/榮耀手機的GPU性能，在遊戲性能方面，不再是麒麟芯片的大短板。麒麟960在華為Mate9系列首發，後續還用在了榮耀V9等產品上。
2017年9月2日，在德國國際消費類電子產品展覽會上，華為發佈人工智能芯片麒麟970，它首次採用台積電10nm工藝，與高通最新的驍龍835芯片是一個工藝。
麒麟970
但集成55億個晶體管遠比高通的31億顆、蘋果A10的33億顆的多，帶來的是功耗降低20%。AI是此次麒麟970的“大腦”，AI技術的核心是對海量數據進行處理。該款芯片的發佈使得華為步入了頂級芯片廠商行列。
在2018年上半年，搭載麒麟970的華為P20pro由於出色的拍照性能，受到外界一致好評。當時P20與P20 Pro，已經一躍成為手機拍照界翹楚，長期霸榜專業相機評測網站DXO。
視角來到現在，麒麟980處理器，全球首款7nm處理器賺足了噱頭。最高主頻高達2.6Ghz，全面升級的CPU、GPU、新的雙核NPU，再有GPU Turbo加持，這也讓華為Mate 20大放異彩。
當然文中還有一些海思麒麟的芯片沒有提到，這裏主要説了一下麒麟9系列的旗艦芯片。新的麒麟710、810大家或許也都有所瞭解。總之，華為海思麒麟芯片自研這條路還有很長，但在可以預見，未來華為也將會繼續披荊斬棘，向前邁近。
最後來説一下最新消息對於所有關注華為的花粉來説，下半年的重頭戲有兩場，一場是麒麟990首發，另一場就是緊接着的華為Mate 30系列新旗艦發佈了。如今，華為官方消息稱，9月6日IFA 2019大展將揭曉重磅新品，不出意外就是麒麟990了。
華為終端官方截圖
據此前消息，麒麟990將又發台積電的7nm EUV工藝，同時有極大可能首次集成5G基帶。不出意外，除了工藝升級之外，麒麟990將在麒麟980基礎上繼續性能拔高，同時還有望採用自主研發的達芬奇架構NPU，此前麒麟810已經採用。
寫在最後
一路走來，海思手機芯片從零開始，從備受罵聲到現在躋身行業前列，不惜代價的重金投入搞研發，有過榮譽也有過挫折，希望會有更多的中國企業也能像海思麒麟一樣，堅持不懈，厚積薄發，早日讓關鍵技術掌握在自己手上。
在即將到來的麒麟990上面，華為會給我們帶來什麼樣的亮點，我們還不得而知，這要等到發佈會才能揭曉。面對未知，我們不妨期待一下。