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华为海思:未来芯片之路,如何突围?
易百纳技术社区 易百纳技术社区 2020-09-01 16:31:54


我们从产品的角度,来了解海思目前的成果以及接下来的芯片突围之路


1、关键成果:产品覆盖多个领域


海思一开始做的是SIM卡芯片,当时市场行价大约一片几美元,但等做出来后,价格已经跌到一两元了。主要原因是这类芯片技术门槛较低,谁都能做,没有优势,价格也拼不过别人,只能开发更多的芯片类型。


2005年,海思定义了几颗消费电子芯片的规格,包括SIM卡、机顶盒芯片、视频编解码芯片等。2006年开始启动智能手机芯片的开发。以下这张图就是海思在这些年里研发的手机芯片。



搭载第一款海思自研芯片K3V1的手机系列:华为P2,华为Mate1和华为P6,都不算成功。这是因为,这款芯片的制程比较落后,与GPU的兼容也很差。因此,这几款华为手机也并不算成功。


2012年推出的海思K3V2芯片是最早真机演示、体积最小的四核处理器,成为首颗千万级规模的国产高端智能手机芯片。


华为芯片真正为人所知的也是这款华为D1,它搭载的是海思K3V2芯片,性能上与当时主流的处理器如三星猎户座Exynos4412相当。


不过,“麒麟”这个代号真正出现是在4G时代。2014年,华为发布智能手机芯片麒麟Kirin920。这款芯片采用业界领先的8核big.LITTLE架构,支持TD-LTE/LTE FDD/TD-SCDMA /WCDMA/GSM共5种制式,全球率先实现LTE Cat6手机商用,支持峰值300M极速下载,性能、工艺、功耗、通信能力等各方面均达到业界领先水平。


可以看出,海思的芯片与华为手机是互相成就的,这也奠定了华为手机强大的技术壁垒。此后,华为几乎每一部旗舰系列的手机都搭载自家的“麒麟”芯片,比如最新的华为P30手机,就搭载了海思Kirin 麒麟980处理器。正是这块处理器,赋予了华为手机运行的流畅和拍摄强大的性能。


2016年起,海思依靠强大的硬件研发优势,让华为手机全面崛起。


2018年,海思先后推出了麒麟、巴龙等系列芯片。


麒麟系列是华为在手机上搭载的CPU处理器芯片,从麒麟920开始与同期高通骁龙805处理器性能不相上下,到最新的麒麟980处理器,在手机性能上都不落后于同期的骁龙处理器。


在5G战场上,巴龙系列芯片承担重大作用,在2019年推出的巴龙5000基带芯片,也是华为将在众多5G手机上搭载的调制解调器,并且全球率先支持NSA和SA组网方式,超过了高通x50基带。


巴龙5000采用的是7nm制程工艺,体积更小、集成度更高,能够在单芯片内实现2G、3G、4G和5G多种网络制式,有效降低多模间数据交换产生的时延和功耗,显著提升5G商用初期的用户体验。


在下载速率方面,华为巴龙5000在Sub-6GHz频段实现4.6Gbps下载速率,2.5Gbps上传速率。


2、关键事件:海康大华等安防企业的青睐


华为海思虽然从事芯片的研发,但并不仅限于手机芯片。

除了手机芯片外,还有移动通信系统设备芯片、传输网络设备芯片、家庭数字设备芯片等,提供的是数字家庭、通信和无线终端领域的芯片解决方案。


在智能手机芯片方面,海思大多是“内供”给自己用,但是在智能电视、视频安防方面,华为早已实现对外销售。


海思在2005年,第一次参加安博会(全国规模最大的安防专业展览会),可看出当时海思已经在为大举进入安防市场做准备。


那时在数字安防市场,最大的痛点是,前端模拟摄像机存量过大,同轴电缆连接也很难改造。幸好在后端的传统磁带录像机因为相对集中,比较容易改造成硬盘录像机。


在平安城市、数字城市、智能城市、智慧城市建设的推动下,中国的安防市场迫切需要数字化和支持IP的网络摄像机。


一年后,2006年6月,在TAIPEI COMPUTEX展会,海思推出了H.264视频编解码芯片Hi3510,这款产品奠定了海思未来在视频芯片领域的地位。


随后,在2007年,海思就迎来了一个大客户,大华和海思签订了20万片H.264视频编码芯片的合同(3510、3511),用于当时快速发展的第二代硬盘录像机上。


三年后,海思从单独的编解码芯片出发,做出了系统芯片SoC(System-on-a-Chip,即“片上系统”)。


有了SoC之后,海思的整体解决方案在成本控制等方面就获得了很大优势,在国内同类的视频监控解决方案中遥遥领先。


于是,在2010年,海思终于成功吸引了全球最大的安防摄像头厂商——海康威视的注意。海康和大华加起来的芯片订单就有一千多万片,海思开始赚钱了,也改变了中国视频领域芯片全靠进口的局面。


2014年,海思基于H.265/HEVC标准,推出业界第一颗高清网络摄像机处理器Hi3516A。


华为海思相关负责人当时曾介绍,他们的视频编解码芯片系统非常全面,从65纳米的3518A到28纳米的3519,芯片产品囊括了消费市场、商业市场和行业市场,分辨率从D1到4K,帧率高达60fps。


有业内人士分析称,海思芯片采用了一种特殊的设计架构,以减少底层运算对CPU资源的消耗,这种硬化的算子可以承载各种视觉算法,而最新一代的海思芯片,已经有超过100个算子。图像质量更好、噪点更低、产生的数据更小。


在智能电视方面,海思还向夏普、海信、康佳等在内的多个品牌提供芯片。海思研发的自主超高清智能电视核心芯片,2016年出货量近1000万颗,进入国内六大彩电厂商供应链。


目前,海思设计的产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案,成功应用在全球100多个国家和地区;在数字媒体领域,推出SoC网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案。


特别值得一提的是,2017年,海思在安防领域的芯片出货量已达5亿,全球市场份额甚至达到90%之多。


数据显示,从2010年到2017年,海思的营业收入增长了10倍,从30亿增长至370亿元,不过鉴于高额的研发投入,其毛利率一直不高。


任正非曾公开表示:“我们是最没有钱的公司,可怜得不能再可怜,我们交税将近是两百亿美金,我们的科技经费将近是两百亿美金,人工工资加起来也快三百亿美金,在这种情况下我们还拿出大量的钱来做事情是很艰难的,咬着牙做了这么多年,慢慢也挺过来了。”


华为公布的财报显示,2018年,华为在研发方面的费用达到了1015亿元,这个数字占到了总收入的14.1%。


而海思在整个华为内部,更是被戏称为“烫手的吸金娃娃”,是最烧钱的,从之前的ASIC到后来的海思成立,华为在芯片上的研发累计投入保守估计超过几十亿美元,一千多位高级半导体专家参与研发,历经无数次的工程验证。


从2018年开始,海思在推出麒麟、巴龙系列芯片之外,还推出了鲲鹏、昇腾系列芯片。
昇腾系列是华为推出的人工智能芯片,也是华为在AI技术上的布局,昇腾910的“达芬奇架构”,能支持全场景的人工智能应用,是全球首个实现全栈全场景的AI芯片,也是华为四大芯片之一。



鲲鹏系列是ARM处理器,是华为在2019年研发设计的处理器芯片,鲲鹏920基于7nm工艺打造,支持64个内核,这款高性能数据中心处理器,是华为在计算机电脑领域的布局。



安防从数字化、IP化、高清化到智能化时代,芯片是构建产业链的第一步,在智能分析应用中发挥着巨大的作用。


安防视频设备中所需要的处理器芯片,主要包括网络摄像机中的SoC芯片、后端DVR/NVR中的SoC芯片以及深度学习算法、加速器芯片以及前端模拟摄像机中的ISP芯片四种类型。


海思聚焦安防领域,刚好踏准了这几大技术革新的重大时间节点,将算法固化到ASIC专用芯片上来提升效率和降低功耗。


这也给华为进入智能安防市场增强了信心,华为在2017年年底开始战略性投入做监控摄像机,在2018年正式成立智能安防产品线,发布人工智能战略。


2019年,华为发布了“2+4+N”智能安防业务战略,用软件定义摄像机,智能安防平台全面升级,并发布HoloSens全新品牌,诠释全息感知的定位;2020年,华为HoloSens战略升级,将智能安防更名为机器视觉,并发布安防分销市场的四大产品。以机器视觉作为万物感知入口,重新定义智能世界的“端”。


这些都得益于海思高端芯片解决方案的强大优势,这也让华为机器视觉领域总裁段爱国在5月份,华为摄像机新品发布会回答记者提问时,能够豪横地说:“华为机器视觉要在2020年做到行业第三,三年内要做到行业第二,五年内要做到中国行业第一,如果做不到,那就是对不起华为两个字。”


虽然段爱国的底气十足,但海思未来的路真的会给华为的智能安防市场带来更多血液吗?


3、海思的未来之路,如何突围?


芯片是一个高度垂直分工的产业,从设计、制造、到封装测试,每一个环节,都有相关领域的公司在负责。

华为海思是芯片设计公司,被称为“无晶圆半导体设计公司”,被分在Fabless公司类。
在半导体芯片行业,企业的模式主要分三种:IDM、Fabless、Foundry。



  • 第一种,从设计、制造、封装测试以及投向消费市场,都是一条龙全包,被称为IDM(Integrated Design and Manufacture)公司,例如英特尔Intel。

  • 第二种,只做设计这块,没有制造工厂,通常就叫做Fabless(无工厂),例如ARM、AMD、高通、华为海思等。

  • 第三种,不做设计,但有制造工厂,只做代工,被称为Foundry(代工厂),例如台积电等。


在美国禁令发布后,海思的芯片设计方面基本不受影响,但是制造方面,则受较大影响。


首先,海思芯片全部是基于ARM架构来设计,ARM是全球芯片架构巨头,自己不生产芯片,只提供设计方案,占据了全球九成份额。


华为早在2013年已经取得了ARM的架构授权,即华为可以对ARM原有架构进行改造和对指令集进行扩展或缩减。从2013年至今,华为麒麟处理器已经从910更新到960。


也就是说,在华为麒麟处理器中所使用的A53+A72架构中已经拥有自己的技术和创新。业内人士推测,华为麒麟处理器以后肯定会出自己的架构,不过这需要长时间的研制和技术的积累。


制约海思的主要是在制造环节,此前都是依靠全球最大的芯片代工企业台积电帮忙代工。目前,台积电有能力代工7nm和5nm芯片,是技术最好的一家。因此,在2020年9月之后,如果台积电不提供代工,那海思芯片可能会面临倒退的趋势。


在制造层面,还需要用到全球最大的光刻机生产商荷兰ASML公司的最先进光刻机,这家公司也受美国制约。


在封装测试环节则没什么难度,上海微电子集团等国内企业,技术已经成熟。


目前,全球芯片行业分工合作很明确,很少有公司能够做到独立将一块小小的芯片设计制造出来。唯一的一家是美国的英特尔,主要用于电脑芯片。


只做设计的包括ARM、AMD、高通、华为海思、三星;做代工生产的有台积电、三星。如今,海思自成立到现在已经16年,在全球到底处于什么水平?


据海外调研机构Insights发布的数据显示,2020年第一季度,海思首次跻身全球前十,排在第十位,销售额达到26.7亿美元。


而据CINNO Research数据显示,在中国市场,华为海思首次超过高通,成为中国市场手机芯片第一名。也就是说,华为海思目前是中国第一,全球第十。


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    Hi3559A Hi3519A 不受影响……

  • 易百纳技术社区

    不受影响,咋买不到呢?

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