用ARM公版就能搭出手机芯片SOC吗？ 第1页

好，来解答下这个问题。

一、先解释下一款SoC是怎么研发出来的？

智能手机的CPU绝大多数是基于ARM的指令集设计，而且很多是直接采用了公版内核，例如A15、A53、A57、A72。于是有些人就认为ARM掌握了芯片核心技术，其他厂商只需要买来ARM的公版内核组装一下就行了，反正有台积电这样的代工厂制造。所谓的8核处理器，就是8个ARM内核搭在一起。

可实际上呢？ARM只是给下游厂商开放了CPU核心架构的Verilog代码、标准指令集，跟工艺不相关。如果要把ARM提供的东西做成一个SoC芯片，需要自己根据工艺的不同定制标准单元库（触发器、与非门）和memory，自己做后端Floorplan。简言之，ARM提供的CPU仅仅是一个计算核心，并非手机芯片的全部，其他外围设计都需要自己解决。也就是说，除了CPU以外，还需要自行设计包括GPU、总线、显示加速器、ISP、视频编解码器、音频处理器、Memory控制器、传感器处理单元，以及DDR、Flash、显示接口、Camera接口、射频RF、USB等对外接口。

要在一部只有手掌大小的智能手机上实现满足人类信息化生活的大部分功能，系统级芯片（SoC）设计变得极其复杂。首先，一款手机SOC,集成上百种IP，要按时完成设计，架构设计上既需要避免各个模块互相耦合以降低设计复杂度，同时还需要保证各个模块配合工作时可以发挥出最佳性能，对设计人员是很大的挑战。其次，控制手机的功耗，提升手机续航能力，实现手机的最佳能效比。要做到这两点，除了要准确掌握ARM等厂商的产品开发进度外，还需要自研很多核心器件，同时软硬件协同能力也需要足够强劲。例如全链路QoS技术，保证优化CPU&GPU对Memory访问性能的同时，不出现显示花屏、拍照花屏等情况；再次，封装能力，麒麟高端SOC均采用业内主流的POP（Package On Package）封装技术，实现DRAM和SoC的3D堆叠，既可提高集成度，确保产品的轻薄短小，又可保证高性能的高速存储，是一项非常复杂的封装技术。最后，还不能忽略先进的制造工艺，需要芯片厂商从技术和应用角度跟进。

CPU 只是SoC的一个重要模块。如果将手机芯片比作一辆车的话，那么ARM提供的CPU只是一辆车的发动机原型，无法正常工作。你需要造一辆车出来，还得搭配上其他的底盘零部件、车身零部件、电气零部件等等才行，同时你还需要设计车的外观以及这些零部件在车内的组合结构，以及制造工艺能力。这过程中少一个螺丝或是任何一个环节的纰漏，都是功亏一篑。

二、再来讲讲华为麒麟950有什么核心技术。

1）为什么采用ARM内核？

首先纠正一个错误观点：有些人看到高通和三星采用自研的CPU内核就觉得他们厉害，而麒麟950 采用ARM公版就显得没水平，这其实是一个非常大的误解！试问大家，智能手机的核心需求是什么？其实归纳起来就两个词：好用和耐用，也就是性能和功耗要达到平衡。是采用自研内核还是公版，还是要根据手机本身对能效比的需要制定的，这才是从用户体验角度出发的设计。

麒麟950采用了4个A72和4个A53，主频最高为2.5GHz，可以说是从性能和功耗平衡的角度来综合考虑的结果（骁龙810、820及三星8890均有功耗太大或发热等问题）。A53功耗较低，而A72相比A57有约1.8倍的性能提升，在同样的工作负载下，功耗降低50%左右，大小核搭配可使性能提升，同时功耗更低。A72在2015年2月份发布，按照ARM内核引入后十个月左右的研发流程，麒麟950 SoC正好踩到了时间点上。没有华为芯片强大的SoC设计能力以及对ARM内核开发时间节奏的精准把握是很难办到的。

2）自研设计部分。麒麟950并不是采用完全的公版CPU。ARM的核只是一个标准化的软核，芯片厂商要根据自身的定位，定制标准单元库（触发器、与非门）和Memory，自己做物理实现，才能达到最终能效比。有时候，为了能够达到最佳能效，仅Floorplan就要试验上百次，更不要提版图的绘制次数了。自研部分，从最底层的物理设计到上层软件控制，都需要大量开发工作，整个Soc基础架构包括CPU、互连和Memory系统三个部分，麒麟950的后面两个都是华为自己做的，硬件方面包括ISP和基带等也是自己研发。

3）常感知协处理器。麒麟950 SoC还增加了一颗业界性能最强的智能感知处理器i5，与大小核协同共享资源，由主系统进行智能调度，并能够以极低的功耗，使手机处于Always Sensing（“常感知”）的状态，消耗的电量远远低于主CPU。

4）基带部分。当前手机芯片为了实现低功耗而高度集成，基带也成了SoC的一部分，这其中的关键在于，基带集成到SoC上能够使PCB面积减少，管理更方便且成本更低，同时通信模块和系统之间数据交互效率更高，可靠性也更高。麒麟950 SoC集成了自研的基带，才使得华为Mate 8实现了性能和功耗的高度平衡。基带集成代表着芯片厂商SoC的开发水平。

5）工艺方面。华为麒麟950采用了业界顶尖的TSMC 16nm FinFET plus制造工艺，是业界首款采用TSMC 16nm FinFET plus工艺的手机SoC，表明华为芯片的设计能力站上了业界顶尖的行列。有人可能认为，16nm工艺是TSMC的本事，跟华为麒麟有什么关系呢？但实际上，制造工艺是在SoC设计时就需要考虑的因素；而要采用最先进的制造工艺，设计厂商需提前完成大量的前期研发和IP储备，而这些麒麟950都做到了。这同样是一个复杂的话题，需要另外一篇长文才能说清楚。

6）知识产权方面。麒麟950实现了CPU、总线、显示处理器、Memory控制器、GPU、Video编解码器，Camera ISP 、Audio 处理单元，传感器处理单元、存储接口的高度集成和低功耗设计，拥有完全的知识产权。CPU是采用ARM的公版，后续的设计专利则是华为芯片拥有。我们认为自主创新并不是推倒一切重来：铅笔和橡皮是创造，在铅笔上加橡皮，就是创新。

结语

ARM只是掌握了CPU的核心技术，整个SoC还包括芯片的软硬件开发、系统设计、研发全流程掌控以及芯片制造等。举个例子：音符是大众都知道的，但是要谱出好的乐曲，不是一般人可以完成的。ARM只是写了音符，怎么谱写乐曲还要靠芯片厂商，谱曲很多厂商都会，谱的好听就难了。这是大多数厂商无法自研芯片的关键原因。