都是购买ARM授权，为何高通华为三星联发科的芯片像4个妈生的？

明天（3月26日）华为P20系列的升级机型P30系列将在巴黎掀开盖头，目前价格、具体卖点配置还未揭晓，但可以肯定的是，P30系列将搭载麒麟980芯片。

按照华为手机芯片的发布节奏，P系列之后，将更新芯片，并在主打商务的mate系列首发，时间跨度上领先骁龙8系列大概半年时间。

靠着这半年的领先优势，华为手机打造出差异化优势，并成功站稳5000元高端手机市场。可以说，华为今天能有向三星手机挑战的实力，背后离不开麒麟芯片的铺垫。

更为重要的是，目前国产手机中只有华为能够自行设计芯片。在把沙子变成芯片的过程中，离不开科技的魔法。

那么，问题来了，麒麟芯片里有多少华为自研的科技魔法？

1、内核授权就是买芯片图纸？

回答这个问题之前，我们先来看看麒麟芯片的内部架构。

以麒麟980为例，芯片集成的主要部件有CPU、GPU（俗称显卡）、ISP（处理拍照数据）、NPU（人工智能引擎）和基带（负责通信）。

根据官方资料，ISP是华为自研，NPU是华为和寒武纪公司合作的成果，但根据寒武纪的官方资料，NPU是寒武纪的成果，华为有人参与，可能是明确需求，并对集成到麒麟芯片内做调整，比如晶体管数量、功耗和芯片内总线连接等。总之，NPU可算作双方合作研发。

至于CPU（Cortex-A76）和GPU（Mali-G76）则是华为向ARM公司购买的授权，包括指令集授权和内核授权。

讲到这里，需要展开说一下内核授权（IP核）。

内核授权有个形象的说法：买芯片图纸。

一般芯片设计公司能从ARM公司买到三种“芯片图纸”：软核、固核和硬核。

为了便于解释说明，我们和再普通不过的盖房子做个粗浅的类比，软核相当于楼房的设计图纸，包括大楼的设计理念，有几个单元，每单元有几户、几部电梯、每户房间大小等，至于具体用什么建筑材料、多少钢筋，这里是不包括的。

感觉靠这还建不起大楼（芯片），想要详细点的？ARM还准备了固核。

2、高通骁龙810为何被称为火龙？

固核相当于大楼的效果渲染图，可以看出房子建成后的样子，户型如何，墙壁是什么颜色，已经能看出房子建成后的大概样子了。但是，从ARM公司买到这样的图纸，依然不能保证你建出合格的楼房（CPU或GPU），因为即使告诉了你户型信息、墙壁是什么颜色，但墙壁要多厚，承重墙怎么用钢筋等，还得靠你自己想办法。

而且芯片设计比建楼房风险大的地方在于，芯片设计出一点问题，几十亿就打了水漂，楼房掉个墙皮，甚至户型缩水，用户最多拉拉横幅，不影响开发商赚钱。房地产开发商是国内最有前途的职业真不是浪得虚名的。

团队实力有限，买到固核也设计不出芯片？体贴的ARM还准备了“硬核”。

硬核是真的硬，它像大楼施工图，详细到房间管线怎么走，楼梯、柱子、墙壁用什么材料，具体的尺寸等，全部画的清清楚楚，只要建筑施工队（台积电）按图纸施工，就一定能造出合格的房子（芯片），是否住着舒服则另说，高通骁龙810因为采用ARM big.LITTLE架构的公版样式，发热太厉害，被称为火龙。

3、ARM三种IP核授权的差别在哪儿？

可以看出，软核、固核和硬核，设计的完成度是由低到高，对芯片设计公司的要求也是从高到低，而发挥的空间也是从高到低：软核发挥的空间最大，硬核发挥的空间最小（毕竟台积电拿着图纸就可以施工，又懒又没实力，可以不用修改）。

买ARM硬核的芯片设计公司，用通俗的话说就是，使用ARM公版架构。这种情况下，芯片设计公司对外宣传必须带上ARM公司的品牌：CPU的品牌是Cortex-AXX（XX代表两位阿拉伯数字，第一个数字表示架构是第几代，第二个表示架构微调），GPU则是Mali-GXX（XX含义同上）。

说完三种IP核授权的差别，接下来判定苹果、高通、华为、三星和联发科的芯片设计处于那个层次。

4、猜一猜，苹果、高通、华为、三星和联发科，谁的设计实力比较强大？

苹果A系列芯片的GPU，苹果以往买的是第三方公司Imagination的核，现在自研（据说已经完成），CPU则是在乔布斯时代就向ARM公司购买指令集授权，还可能购买了软核，然后自行堆料。

高通骁龙芯片的GPU属于自研，设计团队收购自AMD的移动显卡部门（看着智能手机像洪流一样汹涌发展，估计AMD现在肠子都悔青了），CPU有自己的品牌名 “Kryo”，在宣传中高通强调深度定制，并透露采用的是ARM的核：“骁龙855的CPU的大核是基于 Cortex-A76。”这句话就大有深意，“深度定制”+“基于”表明高通是向ARM买的“固核”（大楼效果图），ARM按照高通的要求对固核做了适当修改（深度定制），但固核的主要部分仍是 Cortex-A，这和苹果在ARM的软核上放飞自我、疯狂堆料差别还是很大的。

华为的麒麟980的CPU也是购买ARM的固核，注意官宣用词是“based CPU”，说明对“效果图”（固核）也做了调整，这个调整的幅度应该有限，否则也会像高通宣传自有CPU品牌。

因此，综合来说，芯片设计水平从高到低依次是苹果、高通和华为，三星、联发科大概是购买的ARM的硬核（可直接生产），我猜测改动最少。

有没有既自己设计架构（IP核），又自己生产的芯片公司呢？答案是有的，英特尔、AMD（芯片生产现在已外包给台积电），这些都是上世纪七八十年代的老牌玩家，苹果、高通、三星等是上世纪90年代的芯片设计公司，如果还是英特尔那套设计、生产一手包办，恐怕活不过十年。说到底，这是专业分工的结果，不展开了。

5、再猜一猜，ARM的“芯片图纸”起步价是多少？

从这里可以看出，芯片是一个生态产业，后来者只能在老前辈建立的生态圈里打拼谋生，现在没有谁能完完全全从0开始建立自己的生态，所以苹果有钱，也得向ARM买IP核，高通专利再多，同样也要向ARM定制CPU。因此，华为购买ARM的CPU和GPU的IP授权也算常规操作。

ARM的授权IP核分为三种，相应地授权费也有好几档，最贵的是硬核。想想也可以理解，硬核的设计已经完备到可交付工厂，设计公司要做的是将其和基带、ISP等集成到一起，因此ARM收费高也能理解。

法国芯片创业公司Greenwave 使用ARM架构缴纳的授权费是1500万美元，考虑到初创公司还达不到买软核自行改设计、堆料的水平，因此这1500万美元基本就是固核或硬核的起步价，芯片出厂后，ARM再按一定比例抽取版税。

6、都是购买ARM授权，为何高通、华为、三星、联发科设计出的芯片却像4个妈生的？

说完ARM的IP授权，再来说说麒麟芯片的基带，这就关系到浓眉大眼的高通。

麒麟的基带是全网通，兼容2G、3G、4G网络，未来会兼容5G。高通的CDMA通信技术是3G标准，在4G标准上占有优势，5G标准是占主导地位。因此麒麟基带上的通信技术不可避免要与高通发生交集，这部分的专利授权费也不便宜。

根据高通公布的最新消息，华为和高通谈好，每季度向高通支付1.5亿美元专利授权费，相当于1年缴纳6亿美元“高通税”。

总之，在麒麟芯片中，华为的自研技术在CPU、GPU上比例最低，NPU有一部分，基带有一部分，ISP大概是全部自研。另外，对一家无晶圆芯片设计公司来说，如何将CPU、GPU、基带等芯片集成到一起，并写入代码使之协调高效工作，也是需要做大量工作的，这些工作也是芯片设计公司的核心技术，毕竟ARM公司卖了内核给你，但并没有打保票说集成到SOC中一定能跑起来。这也是为什么高通、华为、三星、联发科都向ARM买IP授权，设计出的SOC芯片却像4个妈生的，好像和ARM没什么血脉联系。

设计实力和经验不足，导致买了内核却流片失败的例子，在芯片业不算新鲜。

小米澎湃S2据说就是因为团队设计经验和实力不足，三次流片失败，流片费高达1500万美元，结果澎湃S2至今出不了片。

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参考资料：

《大话处理器：处理器基础知识读本》，作者：万木杨；

知乎答主Hellc《造手机芯片那么简单，从ARM买图纸，交由台积电代工生产即可……》；

《计算机科学导论》，作者：贝赫鲁兹.佛罗赞。

文章来源: https://www.toutiao.com/group/6672244310852764163/