昨天,華為又刷屏了,原因就是其千呼萬喚的Arm服務器芯片終于正式與大家見面了。
作為中國大陸半導體界的第一寵兒,華為海思的動向始終是熱度最高的。在過去的一年里,關于Arm服務器芯片的興衰一直是業界的一個熱點話題,而華為也被緊緊地綁定在了這個話題當中,使得熱度翻倍。
之所以如此,是因為業界一直在熱議的海思Hi16xx服務器處理芯片,正是基于Arm架構的,Hi16xx是海思內部的研發代號,而其最終版本是Hi1620,這也正是昨天華為正式發布的產品——鯤鵬920。實際上,華為之前就有過基于Arm架構的服務器芯片,如基于Cortex-A57的32核產品,只不過并沒有大規模推廣,
處理器一個都不能少
海思設計的芯片覆蓋范圍還是很廣泛的,包括無線網絡、固定網絡、數字媒體等領域,但最受關注、熱度高的莫過于處理器芯片了,包括手機處理器SoC、服務器芯片,以及AI芯片。
論技術難度和進入門檻,手機用處理器顯然是最低的,且其市場規模可觀,量大可帶來不菲的經濟效益,這在華為身上有淋漓盡致的體現:該公司2018財年營收超過了1000億美元,其中手機收入就占50%左右,而華為的所有手機中,采用自家麒麟系列處理器的,占比也超過了50%,可見,華為在手機處理器高投入產出比方面,實現了教科書般的操作,當然,這也不是一時之功,而是多年堅持、投入的結果。
顯然,相對于手機SOC而言,做服務器芯片的難度和門檻就高得多了,而且是做非X86架構的芯片,在當今的服務器市場,X86系處理器的市場占比超過90%,要想在這樣穩固的生態當中奪食,談何容易!而國內外一批Arm系的廠商正在試圖改變這一讓很多服務器應用商感到無奈的局面,因為它們在X86系面前幾乎毫無議價能力,有的甚至被任意宰割。
華為在Arm服務器芯片研發方面也是積累了多年,彎路自然是難以避免的,初期推出的一些芯片顯然不盡如人意,比如基于Cortex-A57架構的32核產品。
在經過多年的研發和市場經驗積累后,此次華為終于推出了鯤鵬920。這款芯片有64個內核,主頻2.6GHz,是基于ARMv8指令集研發的高性能服務器處理器,采用臺積電7nm制程工藝,號稱是最強Arm服務器芯片,比業界標準性能高出25%。據悉,鯤鵬920的大部分性能提升來自優化的分支預測算法、增加的OP運算和改進的內存子系統架構。
據華為董事會董事、戰略Marketing總裁徐文偉介紹,在SPECint基準測試中,鯤鵬920得分超過930分,比行業基準高出近25%,同時功耗降低30%。
基于鯤鵬920,華為推出了三款泰山(ThaiShan)系列服務器,包括TaiShan 22080、Thaishan 5280/5290、ThaiShan X6000,分別面向均衡服務器、存儲服務器及高密度服務器市場,主要應用于大數據、分布式存儲、Arm原生應用等場景。
推出鯤鵬920后,華為要做的、也是最為關鍵的,就是生態建設和培育,因為在強大的X86系生態面前,要想拿到客戶訂單,絕對不是只靠一兩款處理器芯片和兩三款服務器產品就可以的,行業組織和平臺的滲透與建設、相關硬件和軟件的協同等等都非常重要,同時也是最難做的。不過Arm系服務器廠商有可以依仗的,那就是市場有這個需求,需要打破壟斷,因為壟斷到了一定程度,就會出現轉機。
可以說,手機處理器和服務器芯片都屬于傳統業務了,當然其技術和架構也在隨著市場需求發展而迭代。與它們相比,人工智能(AI)處理器顯然是新生事物,雖然AI概念本身多年前就已被提出,但真正應用于市場,并做出相應的處理器,也就是最近幾年的事情。
在AI方面,華為也是不甘人后,2018年10月,該公司推出了兩款自研AI芯片:基于達芬奇架構,首批推出7nm的昇騰910(Ascend 910)以及12nm的昇騰310。華為稱昇騰910作為單芯片計算密度最大的AI新品,算力遠高于Google研發的TPU V3、NVIDIA V100顯卡,半精度(FP16)運算能力為256TFLOPS,整數精度(INT8)512TOPS,支持128通道全高清視頻解碼(H.264/265),最大功耗350W。
昇騰310芯片的最大功耗僅為8W,主打極致高效計算低功耗AI芯片。半精度(FP16)運算能力8TFLOPS,整數精度(INT8)16TOPS,支持16通道全高清視頻解碼(H.264/265)。主要適用智能手機、智能設備等低功耗產品上。這可能意味著未來華為麒麟處理器的NPU將會全面轉向自研,不再需要向寒武紀公司購買IP內核集成。據悉,這兩款AI芯片和大規模分布式訓練系統都將在今年第二季度推出。
自主可控真的很難,但必須做
在手機處理器方面,從2009年,海思推出第一款面向公開市場的K3處理器開始,一直到2018年推出麒麟980,華為海思花了10年的時間,僅麒麟980項目研發耗資就超過3億美元,其在2015年立項,包括聯合臺積電進行7nm工藝研究、定制特殊基礎單元和構建高可靠性IP、SoC工程化驗證,最終定型、量產,前后投入36多個月,1000多名半導體設計與工藝專家,5000多塊工程驗證開發板。
另外,在手機處理器研發方面,華為海思與三星、蘋果有所不同,后兩者設計芯片的重點是應用處理器,而海思則更看重核心技術——基帶的研發。因為基帶芯片是聯系電信設備與手機的紐帶,而目前市場上雖然半導體IP很多,但要想買到手機基帶IP事比登天,要買也只能從高通那里買現成的基帶芯片,可見其研發難度之高,蘋果與高通的官司,相爭的核心點就是基帶。而要自己搞研發、創新,就需要大量的投入,特別是基礎性芯片研究。
2014年,華為的研發投入比A股400家企業的總和還多。2017年,華為研發費用高達897億人民幣,大大超過蘋果和高通。過去10年,華為投入的研發費用超過3940億元,位居世界科技公司前列。
2012年,任正非曾有一次內部講話:芯片可能暫時沒有用,但還是要繼續做下去。一旦公司出現戰略性漏洞,我們不是幾百億美金的損失,而是幾千億美金的損失。我們公司積累了這么多財富,這些財富可能就是因為那一個點,讓別人卡住,最后死掉。這是公司的戰略旗幟,不能動搖。
雖然華為自主研發的決心很強,投入很大,而且其在國內屬于頂尖水平,但在很多方面依然很難實現自主可控,特別是在手機處理器和服務器芯片方面。
以2017年引爆市場的麒麟970為例,其狠心的8核CPU、12核GPU還是躲不開Arm這樣的IP大佬,這在國家之間的貿易爭端,以及意識形態和政治力的作用下,對于Arm的依賴使得產業風險難以避免。
而Arm服務器芯片對于Arm的依存度更高,也是一把雙刃劍。
由于手機處理器和服務器屬于傳統產業,生態已經形成,非常牢固,這方面,Arm服務器芯片最為典型:即使被X86占到了90%多的市場份額,要與其爭食的依然是我們不能自主可控的Arm,可見生態優勢是多么的重要。這方面,后來者有先天缺陷,不可避免。
而要想打造自己的生態,主要希望還是在新生的產品和應用上,典型代表就是人工智能,這也正是華為的攻堅重點。其推出的昇騰910和昇騰310,就是采用自主研發的全新架構——達芬奇。對此,當時的華為輪值董事長徐直軍表示,之所以不再基于之前的芯片架構,而是做一個全新的架構,是因為目前市場上沒有任何架構可以實現全場景覆蓋。華為的昇騰系列則可以實現全覆蓋。華為需要覆蓋從云、到邊緣、到端到物聯網端,需要全新的架構,創造力的架構。
據悉,華為還會在AI芯片研發上繼續投入更多精力,在2019年,還會發布昇騰系列三款AI芯片,并且開始提供AI云服務。
結語
綜上,華為的處理器研發邏輯就是:以門檻較低的手機處理器為切入點,不斷積累研發和市場經驗,逐步過渡到服務器領域,以及新興應用(目前是AI),不斷向更高端芯片進軍。
在自主可控方面,在傳統產業,如手機和服務器,在已有生態牢固的情況下,更多地從市場角度考慮,先能夠站住腳,然后徐圖之,爭取逐步加大自主可控比例。而在新興應用領域,則力圖盡早構建屬于自己的架構和生態,在產業發展前期就爭取占領先機,從而在核心競爭力方面,擺脫對外界的依賴。
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