本文轉自：中關村在線

說到華為的自研芯片，大家首先從腦海里想到的肯定是海思麒麟系列。沒錯，正是因為有了自主研發(fā)的手機芯片——海思麒麟，華為才能快速占據(jù)市場制高點，并且成為了中國手機行業(yè)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。那么海思麒麟從何時開始發(fā)展，又有著怎樣的經(jīng)歷？下面，筆者將簡述華為海思麒麟芯片研發(fā)的坎坷之路。在探討之前，我們需要先了解芯片的制造過程。

01 芯片制造：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么生產(chǎn)出來的？希望看完這篇文章你能有大概的了解。

硅（SiO2）——芯片的基礎

一個看起來只有指甲蓋那么大芯片，里面卻包含著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(xiàn)的呢？

芯片其主要成分就是硅。硅是地殼內第二豐富的元素，而脫氧后的沙子（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。

硅錠

硅（SiO2）一直被稱為半導體制造產(chǎn)業(yè)的基礎，就是因為它能夠制成一個叫晶圓的物質，而首先我們需要把硅通過多步凈化熔煉后變?yōu)楣桢V（Ingot）。然后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，光刻膠層隨后透過掩模（Mask）被曝光在紫外線（UV）之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學反應。掩模上印著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(xù)往下走，我們還需要繼續(xù)澆上光刻膠，然后光刻，并洗掉曝光的部分，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

然后就是重要的離子注入過程，在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)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(qū)域形成特殊的注入層，并改變這些區(qū)域的硅的導電性。

離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注入?yún)^(qū)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(jīng)基本完成。

晶圓切片與封裝

然后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，將銅離子沉淀到晶體管上。銅離子會從正極（陽極）走向負極（陰極）。電鍍完成后，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個薄薄的銅層。

其中多余的銅需要先拋光掉，磨光晶圓表面。然后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復合互連金屬層，具體布局取決于相應處理器的功能設計。

晶圓

芯片表面看起來異常平滑，但事實上放大之后可以看到極其復雜的電路網(wǎng)絡，打個比方，就像復雜的高速公路系統(tǒng)網(wǎng)。

接下來對晶圓進行功能性測試，完成后就開始晶圓切片（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。

圖片說明

最后就是經(jīng)封裝，等級測試，再經(jīng)過打包后，就是我們見到的芯片了。

圖解處理器的制造過程

簡單地說，處理器的制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，而且每一步里邊又包含更多細致的過程。

芯片設計

這里講到的芯片制造就如此復雜，更不要說工程師最開始的芯片功能設計了。由此我們也可以聯(lián)想到，華為海思麒麟發(fā)展至今著實不容易，下面就讓我們來簡談一下它的發(fā)展史吧。

02 海思麒麟發(fā)展史

開端：主攻消費電子芯片

說到麒麟就離不開說到海思半導體公司，它成立于2004年10月，前身是創(chuàng)建于1991年的華為集成電路設計中心，也就是這一刻，拉開了華為對于自主芯片的征戰(zhàn)序幕。自那時開始的十幾年間，該公司一直致力于設計生產(chǎn)ASIC。

任正非高瞻遠矚，大手一揮，華為要做自己的手機芯片?，F(xiàn)在想想，這真的是個偉大的決定。如今華為所獲得的成功，說有海思一半的功勞也不為過。

華為總裁任正非

正式成立后的海思團隊主要專注三部分業(yè)務：系統(tǒng)設備業(yè)務，手機終端業(yè)務和對外銷售業(yè)務。由于常年與通訊巨頭合作，海思的3G芯片在全球范圍內獲得了巨大的成功，在通訊領域的積累，也為后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(chǎn)品方向）主任是徐直軍，他從戰(zhàn)略層面對海思進行管理。后來的很多年里，他都是海思的Sponsor和幕后老大。

已赴任歐洲片區(qū)總裁的徐文偉還兼任了海思總裁一職，參與戰(zhàn)略決策，并從市場角度提需求。海思的具體工作由何庭波和艾偉負責，何庭波后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(yè)用芯片，用于配套網(wǎng)絡和視頻應用。并沒有進入智能手機市場。

發(fā)展與成熟

當然，芯片的研發(fā)，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，但由于第一款產(chǎn)品在很多方面依然不夠成熟，迫于自身研發(fā)實力和市場原因都以失敗告終。

2012年，華為發(fā)布了K3V2，號稱是全球最小的四核ARM A9架構處理器。集成GC4000的GPU，40nm制程工藝， 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(chǎn)品上面，可謂寄予厚望，要知道當初華為P6是作為旗艦產(chǎn)品定位。

但由于其芯片發(fā)熱過于嚴重且GPU兼容性太差等，使得該芯片被各大網(wǎng)友所詬病。但華為頂著壓力堅持數(shù)款手機采用該芯片，當時華為芯片被眾人恥笑，接下來華為開始了自己的刻苦鉆研。

經(jīng)過兩年的技術沉淀，到了2014年初，海思發(fā)布麒麟910，也從這里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，制程升級到28nm，把GPU換成Mali。麒麟910的推出放在了華為P6升級版P6s首發(fā)。這是海思平臺轉向的歷史性標志，也是日后產(chǎn)品獲得成功的基礎。

2014年6月，隨著榮耀6的發(fā)布，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(jīng)證明。

同年，海思還帶來了小幅度升級的麒麟925與麒麟928，主要在于主頻的提升，開始集成協(xié)處理器。925這款芯片用在華為Mate 7上，創(chuàng)造了華為Mate 7在國產(chǎn)3000價位上高端旗艦的歷史，全球銷量超750萬，此時此刻，麒麟芯片終于趕上了華為手機的發(fā)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(fā)布。當時華為對貿然進入高端市場并沒有太大的信心，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，蘋果是因為好萊塢艷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里去了，因此被質疑有安全隱憂，當然現(xiàn)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個中端6系，發(fā)布麒麟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(xù)用在榮耀4X、榮耀4C等產(chǎn)品上，其中榮耀4X成為華為旗下第一款銷量破千萬的手機。海思在試著向公眾證明，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(fā)布麒麟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(fā)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，借著功耗優(yōu)勢，借著高通810的發(fā)熱翻車，麒麟930系列打了一個漂亮的翻身仗。

同年5月，發(fā)布麒麟620升級版麒麟650 ，全球第一款采用16nm 工藝的中端芯片。海思旗下第一款集成了CDMA的全網(wǎng)通基帶SoC芯片，這款芯片首發(fā)于榮耀5C，在后來，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(fā)布麒麟950首發(fā)于華為Mate8。與之前不同的是，這次海思采用了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(xié)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，憑借著工藝優(yōu)勢，麒麟950的成績優(yōu)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，稍微遺憾的是依然采用的16nm制程工藝。

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，在游戲性能方面，不再是麒麟芯片的大短板。麒麟960在華為Mate9系列首發(fā)，后續(xù)還用在了榮耀V9等產(chǎn)品上。

2017年9月2日，在德國國際消費類電子產(chǎn)品展覽會上，華為發(fā)布人工智能芯片麒麟970，它首次采用臺積電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(shù)據(jù)進行處理。該款芯片的發(fā)布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由于出色的拍照性能，受到外界一致好評。當時P20與P20 Pro，已經(jīng)一躍成為手機拍照界翹楚，長期霸榜專業(yè)相機評測網(wǎng)站DXO。

視角來到現(xiàn)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，這里主要說了一下麒麟9系列的旗艦芯片。新的麒麟710、810大家或許也都有所了解。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(xù)披荊斬棘，向前邁近。

最后來說一下最新消息對于所有關注華為的花粉來說，下半年的重頭戲有兩場，一場是麒麟990首發(fā)，另一場就是緊接著的華為Mate 30系列新旗艦發(fā)布了。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(jù)此前消息，麒麟990將又發(fā)臺積電的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(xù)性能拔高，同時還有望采用自主研發(fā)的達芬奇架構NPU，此前麒麟810已經(jīng)采用。

寫在最后

一路走來，海思手機芯片從零開始，從備受罵聲到現(xiàn)在躋身行業(yè)前列，不惜代價的重金投入搞研發(fā)，有過榮譽也有過挫折，希望會有更多的中國企業(yè)也能像海思麒麟一樣，堅持不懈，厚積薄發(fā)，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么樣的亮點，我們還不得而知，這要等到發(fā)布會才能揭曉。面對未知，我們不妨期待一下。