麒麟 920:初露锋芒,爆款产品是如何诞生的?
捷总是一家创业公司的 ceo。他是从华为手机部门离职出去的,和原先华为的兄弟们仍然保持联系。2014 年 9 月,华为推出一款名为mate 7 的手机。之后,他的亲朋好友不断地给他打电话,请他帮忙买 mate 7。他很奇怪,打电话求助华为的兄弟,没想到对方说:“哎呀,不好意思,现在没货。我们自己都抢不到 mate 7。”电话这头捷总一脸惊愕。 这就是华为爆款手机 mate 7 刚发布后的情景。它搭载的就是脱胎换骨了的麒麟 920。那么麒麟 920 是如何诞生的?在它之前,经历了什么?在它之后,又发生了什么?
2007 年,如上文讲到的,梅里项目结束后,公司决定兵分三路。经过几年艰难探索和尝试,三个方面军陆续都取得了一些突破:3g modem 巴龙芯片经过几代的更迭,陆续突破了欧洲、日本等重要的运营商;ap 处理器经历 k3v1 的小规模出货,到 k3v2,支撑华为 d1、p6、g710、mate、d2,p1、d1 xl 等手机产品以及平板、电视盒子和电子相框等大规模出货,奠定了关键技术基础,摸索和积累了一系列产品研发和量产的方法学,在市场上初步打开局面;4g lte 团队是革命火种,在 3g 向 4g 变迁的大潮来临之前储备力量,艰苦研发与攻关,终于在 4g 来临时打出了一场又一场漂亮的通信胜仗。 2012-2013 年,国内 4g 即将开始大建设;2g/3g modem、4g modem、ap 齐头并进,但分立的 k3v2 和巴龙 710 难以担负起业务发展的使命,要支撑华为手机发展,多模 soc 推出至关重要。
历经昏天黑地的艰难攻关,华为推出了首款手机 soc 麒麟910,支撑 mate 2、p6 s、p7、h30 等手机规模发货,获得了良好的口碑。 麒麟为上古时期灵兽,聪慧、祥瑞,拥有来自东方的神秘力量,赋予芯片非凡的智慧和强大的力量。麒麟 910 开始了华为手机 soc 时代,而最大突破却是来自麒麟 920。
麒麟 920 的一波三折
麒麟 920 和麒麟 910 几乎是并行开发和交付的,这被称为“拧毛巾模式”。但它的诞生却是一波三折。 早在 2012 年 12 月 28 日,大家就在讨论开发一个 k3v2 pro版本,作为 k3v2 的升级版,重点解决一些问题。但后来大家觉得它的竞争力不太强。2013 年 1 月,公司决定:不要再犹豫了,果断停掉 k3v2 pro。 2013 年公司新立项一个产品,名称为k3v3。
当时的想法是做一颗规格领先的独立 ap 芯片(为什么业界总有 k3v3 的传说,原来不是空穴来风),外挂一颗全球首发支持 lte cat. 6 的巴龙720 芯片,采用 ap+modem 的模式,交付终端客户。就在项目按计划进行的时候,芯片研发主管 william 敏锐地发现,这种模式的交付,对客户来说,成本竞争力很不够。有没有办法,在保证规格竞争力的同时,大幅降低整体成本,从而为客户提供有竞争力的解决方案版本? 办法总比困难多,通过整体的系统架构设计、规格分析、成本分析,最终项目团队确定,采用整合ap和modem的soc方式,可以在保证规格竞争力的同时,大幅降低芯片成本。
确定方案可行之后,william 立即就投入了沟通说服工作,得益于海思专家主管一体的高效机制,方案很快就获得了大家的认可并拍板执行。确定投片时间为 2013 年 4月。 无限风光在险峰,虽然优化方案得到了认可和实施,但是留给项目组的开发时间却极其有限。
整体架构需要重构,媒体部分需要重构,手机验证平台需要重构……一个关键模块的显示子系统,本来是一位新加入的海外高端专家负责,两个月前就觉得快搞定了,可是过了两个月一看,发现还是处于“快搞定”的状态。怎么办?推倒重做。这时候,芯片专家 james wang 带头投入,负责关键模块的代码重构和编写开发,两周搞定;验证专家tom 又带人扑上去,三周搞定;手机验证平台对交付影响巨大,没有熟悉的人,怎么办?原本做 modem 验证但从没做过手机芯片验证的专家 martin 牵头,成功地完成了手机验证平台的重构,这个平台在后来历代麒麟芯片验证交付中发挥了巨大作用。
麒麟 920 采用了 arm big.little(大核 cpu 与小核 cpu 相结合的 cpu 架构设计)架构,四个大核 a15,确保强劲的性能;四个小核 a7,确保优秀的能效。这是当时业界最先进的八核架构,性能和功耗完美均衡。实际上此前大家曾经对这个架构还很犹豫,纠结于大小核的升级,最后海思总裁何庭波坚决拍板:用大小八核架构,并在专家james fang 带领下实现业界第一个真八核 hmp(异构多处理器架构)方案,benchmark(跑分)和操作体验全面领先,一举超越多家竞争对手。
在 2013 年初的那个阶段,麒麟910 还在攻关中,甚至巴龙720 也还没有完全稳定下来。但这不影响麒麟 920 紧锣密鼓的研发。2014 年春天,麒麟 910 经历了艰苦的攻关,搭载麒麟 910 的几款手机(尤其是 p7)基本上赢得了消费者不错的口碑,但大家都有点心有余悸。在这种情况下,麒麟 920 的表现尤其值得期待。这时候麒麟 920 的各项测试指标基本出炉,大家有点不太相信自己的眼睛——实在太强悍了。 2014 年 6 月 6 日,麒麟 920 在华为北研所发布。
没人会想到,这样一款强悍的产品是在华为院士艾伟的自黑中开始的。只有很少的专业媒体受邀参加了本次发布,他们已经被这款产品所震撼。随后,2014 年 6 月底发布的荣耀 6,以及 9 月份发布的华为 mate 7,成为爆款手机,进一步提升了麒麟 920 的声誉和影响力,它被誉为“国产最强芯”。文章开头所说的 mate 7 一机难求的故事,就是这个时候发生的。 此后,大家对 soc 手机芯片的开发更加有把握,更加自信,也更加出神入化。
2014 年 12 月,麒麟 620 发布,这是华为首款 64 位的手机soc,其支撑的荣耀 6x 手机成为公司首款出货量超一千万台的手机。可能没人知道,此前公司规划的是麒麟 610,是 32 位的。后来大家果断终止了 610,改为了 64 位的 620。这一做法后来被称为“壮士断腕,绝地重生”。 2015 年 3 月,麒麟 930 发布,它也完成了从 32 位到64 位的转化,采用了性能和功耗更为均衡的 a53 核,巧妙跳过了手机上的“火炉”a57。这一做法后来被称为“四两拨千斤”。
2015 年 11月,麒麟 950 发布,业界率先导入 16nm finfet(鳍式场效应晶体管)顶尖工艺,这是中国半导体厂商第一次站上了半导体工艺的最前沿。其研发历程异常艰险,后文详述。 2016 年 4 月,麒麟 650 发布。这是业界首款在中档位手机soc 上导入 16nm finfet 顶尖工艺的芯片,并且实现了全模,即补齐了自研 cdma2000(码分多址,3g 移动通讯标准之一,下文简称 cdma)通信制式。16nm 顶尖工艺支撑麒麟 650 更长的生命周期,成为海思首款出货超亿套的手机 soc 芯片。这一做法后来被称为“神来一笔”。
组织架构的调整
paul 是无线终端芯片部门主管。在麒麟 910 和 920“拧毛巾”开发的过程中,作为事业部主管,他面临一系列难题——不仅是技术的难题,还有团队融合的难题。他既要融合 4g modem和 2g/3g modem 团队,还要融合 k3 团队。他们原本都各自拥有端到端交付能力,都有芯片、物理层、架构、解决方案、测试等各模块。
这在以前各自独立交付的环境下是有效的,但现在要做soc 的开发,这样的组织架构就有很多问题。为此,在海思领导的支持和帮助下,paul 进行了组织架构的调整,把这种各自端到端的交付组织,改为按模块分别交付的组织——芯片、物理层、架构属于公共部门,服务于麒麟和巴龙解决方案部,最终由麒麟和巴龙解决方案部交付给终端公司。 多年后,回顾此次组织架构的调整,大家开玩笑地做了个比喻:一家食品铺子里有几个组,分别负责制作包子、烧麦、饺子等,每个组都有做馅、做皮、捏在一起等完整的能力。
现在,重新分组,每个组分别负责生火、做馅、做皮等,最终交给另外的组捏在一起,再卖给消费者。每个组把自己所负责的那项能力做精,最终的产品质量大大提升,受到消费者的喜爱。这种组织架构一直沿用到现在。
补齐通信制式:td-s cdma 和 cdma,每次都掉一层皮
麒麟 910 是首款 soc,其不仅要融合 ap 和 modem,即 k3v2和巴龙 710(4g modem)、巴龙2g/3g modem,还必须支持中国移动的 td-s cdma 制式(时分 – 同步码分多址,3g 移动通讯标准之一,下文简称 td-s)。td-s 标准没有国际大厂商投入,只有国内厂商投入,产业链各个环节,仪表、设备、标准的细节、产业化等,都不完备,困难很大。 公司几经讨论,最终决定与中国一家早期研究 td-s 制式的高校合作,从其获得授权。但拿过来之后,发现存有大量问题,诸如代码混乱,时序变化,测试力度不够,商用困难,出问题很难定位,即使定位到,也很难修改。
公司花了很大代价开发和稳定这个版本。td-s 制式的研发负责人 andrew 说:2013-2014 年的冬天,td-s 团队几乎所有的人都去做测试工作了。大家开着自己的私家车,一遍一遍地跑外场,做测试。外面下着大雪,大家一边开车,一边拨打测试电话。现在想想,还真挺危险的。 从 2013 年下半年,一直到2014 年第二季度,中间经历了长达 9 个月的艰难历程。2013年底,paul 临危受命带领大家攻关,jim 是攻关组长,andrew 是解决方案软件组长,几乎每天晚上9点大家都会开例会,分析问题,分工解决问题,通常开完会都十点多了,会后还要继续工作。 2013 年底,一个寒冷的冬夜,paul出差北京开完攻关会议回到酒店,接到一个同事电话,请他参加他们部门的年会,paul 婉拒了。因为他实在太忙了,摆在他面前的难题太多了。
这个身经百战、战果累累、年底这段时间本应拿奖拿到手软的部门主管,此时此刻却几乎要哭出来了。他在想:“我为什么要来负责这块业务?我能做好吗?” 来自内部和外部的压力很大,兄弟们工作很艰苦。很可惜有的人离职了,包括一些骨干。但大部分人仍然在坚持,这些兄弟在这个领域默默坚持了近 10 年,这是他们大好青春的 10 年。paul曾经问过这些兄弟,为什么能一直坚持。他们说,没有为什么,既然定了目标,就一定要做出来。paul 说,有这群兄弟在,心中就有目标,坚持下去,一定能取得突破。
到 2014 年四五月份,td-s 的问题终于解决,搭载的手机陆续量产。麒麟 910 背水一战、九死一生的攻关历程,成为大家刻骨铭心的回忆。 麒麟手机 soc 从 910 开始,到 620、920、930,在通信制式上一直稳定,但还缺一个制式——麒麟芯片一直不支持中国电信的cdma制式。这个问题随着全网通手机的普及显得越来越严重。那时的华为全网通手机,要么采用其他厂商的 soc,要么采用麒麟芯片加外挂其他厂商的 cdma modem。在要不要自研cdma 制式芯片这个问题上,大家有所争论。
有的专家认为,随着 4g 的普及,cdma 可能将逐渐被淘汰,没有必要去开发一款产品来支持将被淘汰的制式。但也有很多专家认为,即使 cdma本身不演进了,但其还会存在一段时间,全网通一定是大势所趋。麒麟如果没有全模芯片,华为手机的竞争力将受到很大影响。最终,大家达成一致:集成 cdma 制式。 然而,在是采用其他厂商的授权的cdma还是自研的问题上,大家又开始了争论。jim 是 cdma 开发主管,鉴于先前td-s 的痛苦经历,他对领导 paul 说:“你不要从外面买 cdma。
我一定能做出来。” 考虑到时间进度,公司还是和其他 cdma 厂商开展了谈判,决定从其获得授权。坊间传说,双方基本谈成,但在最后一刻对方狮子大开口,海思决定不再购买其授权了。于是,开发 cdma的任务责无旁贷地落到 jim 身上,2014 年,他带领团队加紧攻关,终于完成 cdma 制式。cdma 的研发,华为公司坚实的通信功底起到巨大作用。
架构主管 jary 说:由于华为基站早就实现了cdma 制式,所以从网络侧抽调了若干专家,一起攻关 cdma 终端芯片。但这中间也遇到了很多困难,例如,jim 曾经发现 rf 芯片锁死,大约每200 台手机就有一两台出现这种情况,很难定位问题。他和团队以及 rf 的同事,一行一行地检查代码,做压力测试,终于定位到问题并解决。最终 cdma 制式在麒麟 650 上成功交付,也为后面所有的麒麟芯片的全网通制式扫清了障碍。此后,麒麟 950、960、970、980 等在通信规格和性能上一直高歌猛进,并延续到 5g 时代。
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