查看原文
其他

从跟随到领跑,华为“芯”的自研之旅—写在HDC2020前

蒋佳霖/孙乾 兴业计算机团队 2022-07-03

点击上方“公众号”可订阅哦!


兴业证券计算机小组

蒋佳霖/徐聪/孙乾/吴鸣远/冯欣怡




前言


明天(3月27日),华为开发者大会(HDC)2020将于线上召开!预计本届大会将基于华为自主研发的计算芯片双底座“鲲鹏+昇腾”,发布其计算产业战略。作为国产芯片的巨子,华为公司在芯片自主研发的道路上披荆斩棘30年,到目前形成了手机SoC芯片(麒麟)、高性能计算芯片(鲲鹏&昇腾)、通信芯片(巴龙&天罡)、联接芯片(Boudica&凌霄)、视频芯片(鸿鹄)5大芯片板块,同时华为公司芯片业务的主体华为海思2018年收入已超过500亿元,并有望在2019年持续快速增长。我们此前已在【“鲲鹏+昇腾”投资机会全梳-华为开发者大会前瞻】链接http://suo.im/5MAIJh中,对华为公司的高性能计算芯片“鲲鹏+昇腾“产业链进行了深入研究,本文为续篇,将对华为公司的芯片产业布局进行全面梳理。文章将围绕以下内容依序展开:


1、华为公司三十年芯片自研之旅回溯

2、快速崛起的计算芯片双底座:鲲鹏、昇腾

3、从追赶到领跑的手机SoC芯片:麒麟

4、5G通信设备制霸的核心芯片:巴龙、天罡

5、为物联网而生的联接芯片:Boudica、凌霄

6、始于安防彰于显示的视频芯片:鸿鹄


1





华为公司三十年芯片自研之旅回溯


1991年,华为芯片事业刚起步,由集成电路设计中心负责。当时,华为面临着芯片成本高、产品利润空间小的困境。首款流片成功的芯片为SD502,用于交换机多功能接口控制。1993年,华为依托海外采购的EDA软件,成功开发出支持无阻塞时隙交换的SD509,并用于自主研发的第一台数字程控交换机C&C08,该款交换机后成为全球销量最大的交换机之一。

 

1995年,华为中央研究部成立,下设基础业务部,接手通信系统芯片研发工作。

 

2004年,华为决定成立海思半导体,以数字安防芯片起家。2009年,推出一款GSM低端智能手机的一站式解决方案,芯片名为K3V1,开启了手机芯片的漫漫探索之路。此后,华为2012实验室成立,海思归属实验室管辖,但地位等同于华为一级部门。



经历三十载的辛勤探索,目前,华为共有五大系列芯片。麒麟芯片为手机SoC芯片,集成应用处理器与基带处理器,广泛应用于华为系列手机上。计算芯片中,鲲鹏用于高性能计算,昇腾为商用AI芯片。通信芯片中,巴龙与天罡分别用于基带与基站,正打造5G布局。联接芯片对应万物互联时代,包括Boudica与凌霄两大品牌。视频芯片是华为长期发力的方向,安防芯片、机顶盒芯片占据大量市场份额,芯片出货量也达到千万级。



2





快速崛起的计算芯片双底座:鲲鹏、昇腾


当今数字化时代,万物互联带来数据量的爆发式增长,向IT基础架构的计算能力提出了更高要求。IDC预测,到2023年,全球计算产业投资空间高达1.14万亿美元,中国占比近10%,是全球计算产业发展的重要驱动。

 

为满足新算力需求,华为围绕“鲲鹏+昇腾”双算力引擎,打造了“算、存、传、管、智”五个子系统的芯片族,实现了计算芯片领域的全面自研。华为是唯一同时拥有“CPU、NPU、存储控制、网络互联、智能管理”5大关键芯片的厂商。我们将重点围绕核心芯片“鲲鹏+昇腾“展开分析。



布局一:鲲鹏系列

 

鲲鹏系列包括服务器和PC机处理器。早在十余年前,华为开发的嵌入式CPU Hi1380小有所成,成为鲲鹏处理器的开端。后历经鲲鹏912、916两代产品,最终开发出当下的旗舰产品鲲鹏920与鲲鹏920s,分别用于服务器和PC机。

 

鲲鹏处理器具备“端边云算力同构”的优势。其基于ARM V8架构,处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计。市场上目前存在超过500万基于ARM指令集的安卓应用,与ARM服务器天然兼容,无需移植即可直接运行,且运行过程中无指令翻译环节,性能无损失,相比X86异构最高能够提升3倍性能。



2019年1月,华为宣布推出业界最高性能ARM架构处理器——鲲鹏920,以及基于鲲鹏920的TaiShan服务器和华为云服务。

 

鲲鹏920采用7nm制造工艺。规格方面,支持64内核,主频可达2.6GHz,集成8通道DDR4,支持PCIe4.0及CCIX接口,可提供640Gbps总带宽。鲲鹏920主打低功耗、强性能,在典型主频下,SPECint Benchmark评分超过930,超出业界标杆25%;同时,能效比优于业界标杆30%。之前的记录保持者是富士通的7nm A64X,每个芯片可以达到2.7 teraflops的性能。



布局二:昇腾系列

 

在摩尔定律逐渐失效的情况下,AI芯片有助于解决算力问题。昇腾系列是华为全面AI战略的重要支撑。2018年华为全联接大会上,昇腾310与910同时发布,证实了外界对华为研制AI芯片的猜测。

 

昇腾310面向边缘场景,高效、灵活、可编程。基于典型配置,八位整数精度(INT8)下的性能达到16TOPS,16位浮点数(FP16)下的性能达到8 TFLOPS,而其功耗仅为8W。基于已实现量产的昇腾310,华为发布Atlas 200、Atlas 300、Atlas 500、Atlas 800等产品,广泛应用于安防、金融、医疗、交通、电力、汽车等行业。



昇腾910面向训练场景,具有超高算力,其最大功耗为310W,自研的达芬奇架构大大提升了其能效比。八位整数精度下的性能达到512TOPS,16位浮点数下的性能达到256 TFLOPS。昇腾910的测试表现远超NVIDIATesla V100和Google TPU v3。2019年8月,910正式发布,标志着华为AI战略的执行进入新的阶段。



未来,针对不同场景,华为仍将持续推出更多的AI处理器,提供更充裕、更经济、更适配的AI算力,华为部分在研与规划的AI芯片包括用于自动驾驶开发的昇腾610、310升级而来的320(计划2021年推出)以及910升级而来的920。


3





从追赶到领跑的SoC芯片:麒麟


手机SoC(System-on-a-Chip)芯片由应用处理器(AP)与基带处理器(BP)组成。其中,AP包括CPU(中央处理器)、GPU(图形处理器)、ISP(图像处理器)等,负责操作系统、用户界面和应用程序处理;BP包括基带和射频部分,负责通信信号处理。


近年来,各大芯片厂商开始研发SoC芯片,提供整体解决方案,华为海思也积极布局。从技术上来看,SoC芯片研发的难点在于各个组成部分的集成与协同。


华为起步于一款算不上成功的产品——K3V1。2006年,成立两年的海思受联发科启发,开始研究手机芯片,三年后推出第一款应用处理器,即K3V1,但由于110nm工艺远落后于当时的主流方案,且对应Windows Phone系统,最终未能上市。2012年,K3V2发布,工艺仍相对落后且发热较严重,但性能差距在缩小,搭载于华为D、P和Mate系列上,激励着芯片技术的提升。


转机最终出现于2013年,海思推出第一款手机SoC芯片——麒麟910,是全球首款四核SoC芯片,采用当时主流的28nm工艺,匹配Mali 450MP4 GPU,集成自研巴龙710基带,应用于华为P6s。此次崭露头角为更大的成功奠定了基础。


此后,麒麟920、925、928、930、935、950、960、970、980以及面向中端手机的620、650、710、810等先后发布,制程工艺不断升级,实现了由追赶到并排,再到领跑的转变。


其中,麒麟925应用于华为Mate7上,全球销量超700万部;620先后应用于中端的荣耀4X、4C上,荣耀4X销量破千万;930标志着手机芯片进入64位时代;950、970、980分别在全球率先商用16nm、10nm和7nm工艺;970还首次在SoC芯片中集成人工智能计算平台NPU,开创端侧AI先河,搭载该芯片的Mate 10出货量累计达1000万台。



2019 年 9 月,华为最新一代旗舰芯片麒麟 990 系列推出,包括麒麟 990 和麒麟 990 5G 两款芯片,采用 7nm+工艺  这句改成 其中前者采用7nm工艺,后者采用7nm+工艺。其中,麒麟990 5G是全球首款旗舰5G SoC芯片,首次将5G Modem集成到SoC芯片中,率先支持NSA/SA双架构和TDD/FDD全频段,是业界首个全网通5G SoC。基于巴龙5000的5G联接,麒麟990 5G实现了2.3Gbps的5G峰值下载速率,5G上行峰值速率达1.25Gbps。



4





5G通信设备制霸的核心芯片:巴龙、天罡


布局一:巴龙系列基带芯片

 

基带芯片用来合成即将发射的基带信号,对接收到的基带信号进行解码2007年开始,华为布局基带芯片研发,原因是华为当时的热门产品数据卡的基带芯片依赖于高通,常常断货。2010年,华为推出首款TD-LTE基带芯片——巴龙700,打破高通的垄断。2014年,在麒麟910上,华为第一次将基带芯片和AP集成在一块SoC上。目前,巴龙4G系列套片全球累计发货过亿,有完整的产品组合,能力从Cat 4到Cat 19,对应单连接速率从150Mbps到1.6Gbps不等。



2018年2月,华为发布巴龙5G01基带芯片,是第一款商用的、基于3GPP标准的5G芯片,但体积较大;此前,高通曾发布业界首款5G调制解调器骁龙X50,但并非基于3GPP标准,且仅支持5G网络而不兼容前代网络。


2019年1月,华为发布巴龙5000。其体积小、集成度高,支持5G及前代网络制式。巴龙5000率先实现了业界标杆的5G峰值下载速率,在Sub-6GHz(低频频段,5G的主用频段)频段实现4.6Gbps,在毫米波(高频频段,5G的扩展频段)频段达6.5Gbps,是4G LTE可体验速率的10倍。华为表示,巴龙5000除用于智能手机外,还可以在家庭宽带终端、车载终端等场景下使用。


布局二:天罡系列基站芯片

 

天罡是业界首款5G基站核心芯片,在集成度、算力、频谱带宽等方面取得了突破性进展。天罡首次在极低的天面尺寸规格下, 支持大规模集成有源功放和无源阵子;实现2.5倍运算能力的提升,搭载最新的算法及波束赋形,单芯片可控制高达64路通道;极宽频谱,支持200M运营商频谱带宽。天罡芯片为有源天线处理单元带来了革命性的提升,实现基站尺寸缩小超50%,重量减轻23%,功耗节省达21%,安装时间比标准的4G基站节省一半。


5





为物联网而生的链接芯片:Boudica、凌霄


布局一:Boudica系列NB-IOT芯片


NB-IoT(NarrowBand Internet of Things,窄带物联网)聚焦低功耗、广覆盖物联网(IoT)市场,可在智能停车、智慧农业、远程抄表等垂直行业广泛应用,具有低功耗、连接稳定、成本低、架构优化出色等特点。近年来,工信部以及三大运营商均在不同程度上予以扶持。但受限于技术因素,NB-IoT发展仍较为缓慢,其中终端芯片是核心难点之一。



华为2014年开始进行NB-IoT芯片研发。2015年,推出基于预标准的芯片原型产品。2016年9月,发布业界首款商用NB-IoT芯片Boudica 120。此后,又推出支持3GPPR14的完全成熟的Boudica 150,可实现更低的能耗,并应用于更多的场景。2019年4月,华为披露,Boudica 120出货量突破700万;性能更优越的Boudica 150出货量则突破了1300万。华为预计2020年推出Boudica200,支持3GPPR15及后续标准演进,拥有更优的集成度、安全性与开放性。

 

布局二:凌霄系列WiFi芯片

 

在路由器的现实使用中,掉线、延时、卡顿等问题普遍存在,为了解决这些问题,华为研发了凌霄系列路由芯片,由路由CPU、路由WiFi芯片、电力猫芯片三大产品线组成。2018年12月,凌霄芯片正式亮相,荣耀路由Pro 2搭载了凌霄5651和凌霄1151。其中,凌霄5651为四核1.4GHz CPU,凌霄1151为双频Wi-Fi芯片。



2019年的华为开发者大会(HDC2019)上,华为正式发布凌霄WiFi-loT芯片,服务于华为的全场景智慧生活战略。该芯片于2019年底上市,用于家庭接入类产品。



6




始于安防彰于显示的视频芯片:鸿鹄


布局一:安防芯片

 

安防产品需要四类芯片:ISP(图像信号处理)芯片对前端摄像头采集的信号进行处理,DVR(数字硬盘录像机)SoC芯片用于模拟音视频的数字化、编码压缩与存储,IPC(IP摄像机)SoC芯片支持视频分析,NVR(网络硬盘录像机)SoC芯片用于视频数据存储。

 

海思芯片事业起步于安防领域,首先量产的是安防芯片,并在与德州仪器、博通等巨头的竞争中茁壮成长。不同于德州仪器采用的ARM+DSP架构,海思采用ARM+IVE架构,在功耗、成本和运算效率上具备优势。目前,海思是全球IPC芯片的领头羊,市场份额一度高达70%;在其他三大类芯片中,海思同样具有较高的市场份额。在市场开拓方面,海思同海康威视、大华长期保持紧密合作。

 

布局二:机顶盒芯片

 

在安防芯片领域取得巨大成就的同时,2008年海思也开始积极发力机顶盒芯片,并在与意法半导体和高通等的竞争中崭露头角,基本做到国内第一,全球第二,仅次于博通。智能机顶盒芯片方案分为OTT和IPTV两种,根据格兰研究,2018年,我国IPTV/OTT机顶盒采用的芯片方案以海思和晶晨为主。

 

布局三:鸿鹄系列显示芯片

 

鸿鹄芯片主要用于智慧显示领域。华为已积累多年,海思于2014年就推出首款4K电视芯片。华为2019年透露,鸿鹄视频显示芯片累计发货已超4000万片。

 

2019年7月,华为发布的荣耀智慧屏率先搭载了鸿鹄818芯片。鸿鹄818采用双A73+双A53架构CPU和4*Mali-G51 GPU,解码速度领先。鸿鹄818具备动态画面补偿、高动态范围成像等七重画质技术,集成Histen音质优化技术,能给用户带来出色的音画体验。



目前,华为五大芯片系列正并驾齐驱,在各自的领域均取得了突破性成就,成功走出了一条“逆袭”之路。回望华为芯片事业刚刚起步的1991年,正是当时对芯片独立自主的觉醒,才为如今的辉煌埋下了伏笔;正是在一步一步的试错中,才走出了一条独立设计之路。展望未来,随着我国自主创新力量的不断崛起,以“中国芯”为底座的IT产业必将迎来巨大机会,华为公司作为国产之光,在“开源、开放”的战略下,有望带领产业链相关公司快速崛起。
附件/资料,请联系兴业计算机团队

联系人:

蒋佳霖 18614021551

徐   聪 18018726086

孙   乾 15201966173

吴鸣远 15601668682

冯欣怡 15109111151


自媒体信息披露与重要声明

本信息材料仅为对公开资料的整理信息,不涉及分析师的研究观点及投资建议。

使用本研究报告的风险提示及法律声明

兴业证券股份有限公司经中国证券监督管理委员会批准,已具备证券投资咨询业务资格。

本报告仅供兴业证券股份有限公司(以下简称“本公司”)的客户使用,本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。本报告中的信息、意见等均仅供客户参考,不构成所述证券买卖的出价或征价邀请或要约。该等信息、意见并未考虑到获取本报告人员的具体投资目的、财务状况以及特定需求,在任何时候均不构成对任何人的个人推荐。客户应当对本报告中的信息和意见进行独立评估,并应同时考量各自的投资目的、财务状况和特定需求,必要时就法律、商业、财务、税收等方面咨询专家的意见。对依据或者使用本报告所造成的一切后果,本公司及/或其关联人员均不承担任何法律责任。

本报告所载资料的来源被认为是可靠的,但本公司不保证其准确性或完整性,也不保证所包含的信息和建议不会发生任何变更。本公司并不对使用本报告所包含的材料产生的任何直接或间接损失或与此相关的其他任何损失承担任何责任。

本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断,本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可升可跌,过往表现不应作为日后的表现依据;在不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告;本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态。同时,本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改,投资者应当自行关注相应的更新或修改。

除非另行说明,本报告中所引用的关于业绩的数据代表过往表现。过往的业绩表现亦不应作为日后回报的预示。我们不承诺也不保证,任何所预示的回报会得以实现。分析中所做的回报预测可能是基于相应的假设。任何假设的变化可能会显著地影响所预测的回报。

本公司的销售人员、交易人员以及其他专业人士可能会依据不同假设和标准、采用不同的分析方法而口头或书面发表与本报告意见及建议不一致的市场评论和/或交易观点。本公司没有将此意见及建议向报告所有接收者进行更新的义务。本公司的资产管理部门、自营部门以及其他投资业务部门可能独立做出与本报告中的意见或建议不一致的投资决策。

本报告的版权归本公司所有。本公司对本报告保留一切权利。除非另有书面显示,否则本报告中的所有材料的版权均属本公司。未经本公司事先书面授权,本报告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷贝、复印件或复制品,或再次分发给任何其他人,或以任何侵犯本公司版权的其他方式使用。未经授权的转载,本公司不承担任何转载责任。

在法律许可的情况下,兴业证券股份有限公司可能会持有本报告中提及公司所发行的证券头寸并进行交易,也可能为这些公司提供或争取提供投资银行业务服务。因此,投资者应当考虑到兴业证券股份有限公司及/或其相关人员可能存在影响本报告观点客观性的潜在利益冲突。投资者请勿将本报告视为投资或其他决定的唯一信赖依据。


投资评级说明

报告中投资建议所涉及的评级分为股票评级和行业评级(另有说明的除外)。评级标准为报告发布日后的12个月内公司股价(或行业指数)相对同期相关证券市场代表性指数的涨跌幅,A股市场以上证综指或深圳成指为基准。

行业评级:推荐-相对表现优于同期相关证券市场代表性指数;中性-相对表现与同期相关证券市场代表性指数持平;回避-相对表现弱于同期相关证券市场代表性指数。

股票评级:买入-相对同期相关证券市场代表性指数涨幅大于15%;审慎增持-相对同期相关证券市场代表性指数涨幅在5%~15%之间;中性-相对同期相关证券市场代表性指数涨幅在-5%~5%之间;减持-相对同期相关证券市场代表性指数涨幅小于-5%;无评级-由于我们无法获取必要的资料,或者公司面临无法预见结果的重大不确定性事件,或者其他原因,致使我们无法给出明确的投资评级。


免责声明

市场有风险,投资需谨慎。本平台所载内容和意见仅供参考,不构成对任何人的投资建议(专家、嘉宾或其他兴业证券股份有限公司以外的人士的演讲、交流或会议纪要等仅代表其本人或其所在机构之观点),亦不构成任何保证,接收人不应单纯依靠本资料的信息而取代自身的独立判断,应自主做出投资决策并自行承担风险。根据《证券期货投资者适当性管理办法》,本平台内容仅供兴业证券股份有限公司客户中的专业投资者使用,若您并非专业投资者,为保证服务质量、控制投资风险,请勿订阅或转载本平台中的信息,本资料难以设置访问权限,若给您造成不便,还请见谅。在任何情况下,作者及作者所在团队、兴业证券股份有限公司不对任何人因使用本平台中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。

本平台旨在沟通研究信息,交流研究经验,不是兴业证券股份有限公司研究报告的发布平台,所发布观点不代表兴业证券股份有限公司观点。任何完整的研究观点应以兴业证券股份有限公司正式发布的报告为准。本平台所载内容仅反映作者于发出完整报告当日或发布本平台内容当日的判断,可随时更改且不予通告。

本平台所载内容不构成对具体证券在具体价位、具体时点、具体市场表现的判断或投资建议,不能够等同于指导具体投资的操作性意见。




您可能也对以下帖子感兴趣

文章有问题?点此查看未经处理的缓存