华为罕见透露如何解决芯片瓶颈:用堆叠换性能,海思独立成一级部门!
作者 | 物联网智库2022-03-31
余承东曾表示,华为最后悔的就是只做芯片设计,没有深耕芯片制造。现在的华为,要在芯片领域的上下游继续拼出一条自己的路。


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3月28日,华为2021年年度报告发布会如期举行,孟晚舟回国后的首次亮相也非常激动人心,她作为华为首席财务官向外界报告了华为去年的财务情况。而除了公布的营收数据外,相比于2020年,华为的业务架构在去年也进行了部分调整。

其中,最受关注的莫过于海思从2012实验室下属的二级部门独立出来,成为与华为云计算、智能汽车解决方案BU并列的一级部门。

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从二级部门独立,海思正式“转正”

成立于2004年10月的海思,全名是华为海思半导体有限公司,前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心,华为多年来能够在众多设备用上自研芯片,离不开海思,其是华为的芯片研发设计部门。

自成立以来,海思创下了多个自主化国产系列芯片产品,覆盖华为各项业务,其中大家所熟知的华为手机芯片麒麟系列就出自海思。此外,华为海思发布的巴龙5000芯片,是全球首款支持5G NSA/SA网络的通信基带,而990 5G是全球首款内置5G基带的芯片,发布上市时间要比高通早半年之久。

除了自研的手机和基带芯片,海思的产品还有鲲鹏系列的服务器芯片、基站芯片、AI芯片、视频芯片等。

在华为公布的2021年度报告中可以看出,海思定位于面向智能终端、显示面板、家电、汽车电子等行业提供感知、联接、计算、显示等端到端的板级芯片和模组解决方案,承担芯片和模组产业的研发、Marketing、生态发展、销售服务等职责,对经营结果、风险、市场竞争力和客户满意度负责。

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不过,华为海思仅研发设计芯片,并不生产制造芯片。余承东也曾表示,之前只注重了设计,没有在制造方面下功夫,在台积电收到禁令不能出货给海思之后,海思的高端芯片代工渠道被一刀切断,其研发设计的很多芯片彻底无法生产制造。

在受到制裁之前,华为海思还一度成为了全球第十大半导体芯片企业。根据 DIGITIMES Research 发布的2018年全球前十大无晶圆厂IC设计公司(Fabless)排名,海思以75亿美元营收排名全球第五。

而在华为受到美国制裁之后,因为消费者业务的大幅下滑,海思的处境也不容乐观。根据市场调研机构 Strategy Analytics 去年公布的报告显示,虽然2021年一季度5G基带的出货量同比增长了三倍,但在主流的第一梯队中,市场份额占比排名靠前的分别为:高通、联发科、三星LSI、英特尔以及紫光展锐,华为海思的麒麟芯片跌出了前五。

在这样的困境和颓势之下,华为却宣布全面进入芯片半导体领域,近年来,华为旗下的哈勃投资已经投资了国内多家半导体企业,而这些芯片企业也正在成为华为的“芯片备胎大军”,目的就是尽快联合国内芯片产业链一起实现突破,从而打破只能设计一流芯片,却不能生产的局面。

关于海思备胎的定位,任正非曾经在2019年接受采访时表示,备胎就是正胎坏了才用,以前以正胎为主,现在以备胎为主。他认为,备胎的意义就是为了保证汽车抛锚的时候还能开。当年,主管华为芯片业务的负责人何庭波也在内部信中表示,“华为曾经打造的备胎,一夜之间全部转正!多年心血,在一夜之间兑现为公司对于客户持续服务的承诺。”

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去年,华为的研发投入再创新高,达到了1427亿元人民币,十年累计投入的研发费用则超过了8450亿元人民币。任正非明确表示,支持海思攀登珠峰,部分华为人将在山下种豆子等,并不断送给登山人。在此情况下,华为将每年20%的营收作为资金支持海思,并承诺华为海思没有盈利要求,不裁员、不重组,为海思招聘更多顶尖芯片人才。自去年底以来,华为海思半导体与器件业务部便开启校园招聘工作,岗位涉及芯片与器件设计工程师、软件开发工程师、硬件技术工程师、AI工程师、算法工程师等。

从华为将海思从二级部门独立出来以及扩大人才储备的动作来看,其不但没有放弃海思,反而是进一步提高了在业务结构中的地位。

除此之外,一直备受关注的华为芯片设计问题也在发布会上得到了正式确认。

摩尔定律放缓,华为选择芯片堆叠

除了设计的高端芯片不能代工生产的问题以外,华为海思也面临着另一个和全球其他厂商相同的问题,即芯片的性能受到摩尔定律的限制,先进制造工艺想要更进一步提升变得十分困难,高端芯片的设计成本也在大幅增加。据IBS数据显示,设计一颗28nm芯片成本约为5000万美元,而7nm芯片则需要3亿美元,3nm的设计成本可能达到15亿美元。

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面对后一个问题,华为轮值董事长郭平在28日的发布会上表示,未来华为可能会采用多核结构的芯片设计方案,以提升芯片性能。同时,华为未来将用堆叠、面积换性能,用“不那么先进”的工艺来提升产品竞争力,这样华为普通、成熟制程的芯片就有望重回舞台。

苹果在春季发布会上推出的1140亿个晶体管的M1 Ultra芯片,采用的正是类似的技术:将两块晶体管数量为570亿的 M1 Max 芯片堆叠到了一起,成功实现了性能的飞跃。

这种类似“胶水”的封装大法,属于Chiplet(小芯粒)的技术范畴,而国内最早尝试Chiplet的正是华为海思。

早在2014 年,海思就与台积电合作过Chiplet技术。去年,网上又流传出一份关于华为海思双芯叠加的专利技术图,阐述了将两颗芯片叠加在一起组合使用的概念,还可能将利用3DMCM进行封装。例如,可以通过特殊的设计,将两颗14nm芯片叠加在一起,在性能上直接翻倍,堪比使用7nm技术。

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在当时,这项专利并没有引起过多的关注,甚至还有部分质疑的声音表示:将两杯50℃的水倒在一起,并不能达到100℃的效果。

但在今年3月2日,英特尔联合10家芯片巨头成立Chiplet标准联盟,正式推出Chiplet的通用标准 “UCle”,用来打通各家芯片链接协议,构建一个开放可互操作的Chiplet生态系统。不过在这个联盟中,既没有华为的名字,也没有任何大陆厂商参与其中,国内的芯片厂商似乎再次被针对。不过,这也从侧面证明了华为的芯片堆叠技术是正确的方向,但在功耗方面可能会提高很多。

令人欣慰的是,有媒体报透露出国内Chiplet标准即将面世的消息,国标Chiplet草案已制订完毕并有望在2022年第一季度公示,今年年底将进行《小芯片接口总线技术要求》初版标准发布,或将成为国产芯片打破制程封锁,实现弯道超车的重要引擎。

写在最后

进入2022年以来,随着全球宏观环境的急剧变化,很多国家和地区都在继续加大对芯片的投入,如美国通过的520亿美元的芯片法案和欧盟推出430欧元的芯片政策等。虽然有些技术是在重复开发,但是在如今的“逆全球化”背景之下,这些投资和研发也变得非常有价值。在现今工艺不可获得,单点技术遇到困难的情况下,华为等企业一直在积极寻找系统的突破。

但是想要实现这一切都需要时间,没有人可以给出准确答案,也许一两年,也许更久,但只要能成功,这些都值得。

参考资料:

1.《华为加码芯片研发:海思升格为一级部门》,C114通信网

2.《华为新动作!海思升为“一级部门”,任正非有言在先》,科技录
3.《国内制定“小芯片”标准,这是为何?中国“芯”将会迎来新机遇么》,百家众神
4.《华为董事长带来“定心丸”!海思芯片有新门路了》,刘哥科技观察
5.《任正非150分钟媒体对话:海思就像“担架队” 华为需要美国芯片》,第一财经



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