都是購買ARM授權，為何高通華為三星聯發科的晶元像4個媽生的？
明天（3月26日）華為P20系列的升級機型P30系列將在巴黎掀開蓋頭，目前價格、具體賣點配置還未揭曉，但可以肯定的是，P30系列將搭載麒麟980晶元。
按照華為手機晶元的發布節奏，P系列之後，將更新晶元，並在主打商務的mate系列首發，時間跨度上領先驍龍8系列大概半年時間。
靠著這半年的領先優勢，華為手機打造出差異化優勢，並成功站穩5000元高端手機市場。可以說，華為今天能有向三星手機挑戰的實力，背後離不開麒麟晶元的鋪墊。
更為重要的是，目前國產手機中只有華為能夠自行設計晶元。在把沙子變成晶元的過程中，離不開科技的魔法。
那麼，問題來了，麒麟晶元里有多少華為自研的科技魔法？
1、內核授權就是買晶元圖紙？
回答這個問題之前，我們先來看看麒麟晶元的內部架構。
以麒麟980為例，晶元集成的主要部件有CPU、GPU（俗稱顯卡）、ISP（處理拍照數據）、NPU（人工智慧引擎）和基帶（負責通信）。
根據官方資料，ISP是華為自研，NPU是華為和寒武紀公司合作的成果，但根據寒武紀的官方資料，NPU是寒武紀的成果，華為有人參與，可能是明確需求，並對集成到麒麟晶元內做調整，比如晶體管數量、功耗和晶元內匯流排連接等。總之，NPU可算作雙方合作研發。
至於CPU（Cortex-A76）和GPU（Mali-G76）則是華為向ARM公司購買的授權，包括指令集授權和內核授權。
講到這裡，需要展開說一下內核授權（IP核）。
內核授權有個形象的說法：買晶元圖紙。
一般晶元設計公司能從ARM公司買到三種「晶元圖紙」：軟核、固核和硬核。
為了便於解釋說明，我們和再普通不過的蓋房子做個粗淺的類比，軟核相當於樓房的設計圖紙，包括大樓的設計理念，有幾個單元，每單元有幾戶、幾部電梯、每戶房間大小等，至於具體用什麼建築材料、多少鋼筋，這裡是不包括的。
感覺靠這還建不起大樓（晶元），想要詳細點的？ARM還準備了固核。
2、高通驍龍810為何被稱為火龍？
固核相當於大樓的效果渲染圖，可以看出房子建成後的樣子，戶型如何，牆壁是什麼顏色，已經能看出房子建成後的大概樣子了。但是，從ARM公司買到這樣的圖紙，依然不能保證你建出合格的樓房（CPU或GPU），因為即使告訴了你戶型信息、牆壁是什麼顏色，但牆壁要多厚，承重牆怎麼用鋼筋等，還得靠你自己想辦法。
而且晶元設計比建樓房風險大的地方在於，晶元設計出一點問題，幾十億就打了水漂，樓房掉個牆皮，甚至戶型縮水，用戶最多拉拉橫幅，不影響開發商賺錢。房地產開發商是國內最有前途的職業真不是浪得虛名的。
團隊實力有限，買到固核也設計不出晶元？體貼的ARM還準備了「硬核」。
硬核是真的硬，它像大樓施工圖，詳細到房間管線怎麼走，樓梯、柱子、牆壁用什麼材料，具體的尺寸等，全部畫的清清楚楚，只要建築施工隊（台積電）按圖紙施工，就一定能造出合格的房子（晶元），是否住著舒服則另說，高通驍龍810因為採用ARM big.LITTLE架構的公版樣式，發熱太厲害，被稱為火龍。
3、ARM三種IP核授權的差別在哪兒？
可以看出，軟核、固核和硬核，設計的完成度是由低到高，對晶元設計公司的要求也是從高到低，而發揮的空間也是從高到低：軟核發揮的空間最大，硬核發揮的空間最小（畢竟台積電拿著圖紙就可以施工，又懶又沒實力，可以不用修改）。
買ARM硬核的晶元設計公司，用通俗的話說就是，使用ARM公版架構。這種情況下，晶元設計公司對外宣傳必須帶上ARM公司的品牌：CPU的品牌是Cortex-AXX（XX代表兩位阿拉伯數字，第一個數字表示架構是第幾代，第二個表示架構微調），GPU則是Mali-GXX（XX含義同上）。
說完三種IP核授權的差別，接下來判定蘋果、高通、華為、三星和聯發科的晶元設計處於那個層次。
4、猜一猜，蘋果、高通、華為、三星和聯發科，誰的設計實力比較強大？
蘋果A系列晶元的GPU，蘋果以往買的是第三方公司Imagination的核，現在自研（據說已經完成），CPU則是在喬布斯時代就向ARM公司購買指令集授權，還可能購買了軟核，然後自行堆料。
高通驍龍晶元的GPU屬於自研，設計團隊收購自AMD的移動顯卡部門（看著智能手機像洪流一樣洶湧發展，估計AMD現在腸子都悔青了），CPU有自己的品牌名 「Kryo」，在宣傳中高通強調深度定製，並透露採用的是ARM的核：「驍龍855的CPU的大核是基於Cortex-A76。」這句話就大有深意，「深度定製」+「基於」表明高通是向ARM買的「固核」（大樓效果圖），ARM按照高通的要求對固核做了適當修改（深度定製），但固核的主要部分仍是Cortex-A，這和蘋果在ARM的軟核上放飛自我、瘋狂堆料差別還是很大的。
華為的麒麟980的CPU也是購買ARM的固核，注意官宣用詞是「based CPU」，說明對「效果圖」（固核）也做了調整，這個調整的幅度應該有限，否則也會像高通宣傳自有CPU品牌。
因此，綜合來說，晶元設計水平從高到低依次是蘋果、高通和華為，三星、聯發科大概是購買的ARM的硬核（可直接生產），我猜測改動最少。
有沒有既自己設計架構（IP核），又自己生產的晶元公司呢？答案是有的，英特爾、AMD（晶元生產現在已外包給台積電），這些都是上世紀七八十年代的老牌玩家，蘋果、高通、三星等是上世紀90年代的晶元設計公司，如果還是英特爾那套設計、生產一手包辦，恐怕活不過十年。說到底，這是專業分工的結果，不展開了。
5、再猜一猜，ARM的「晶元圖紙」起步價是多少？
從這裡可以看出，晶元是一個生態產業，後來者只能在老前輩建立的生態圈裡打拚謀生，現在沒有誰能完完全全從0開始建立自己的生態，所以蘋果有錢，也得向ARM買IP核，高通專利再多，同樣也要向ARM定製CPU。因此，華為購買ARM的CPU和GPU的IP授權也算常規操作。
ARM的授權IP核分為三種，相應地授權費也有好幾檔，最貴的是硬核。想想也可以理解，硬核的設計已經完備到可交付工廠，設計公司要做的是將其和基帶、ISP等集成到一起，因此ARM收費高也能理解。
法國晶元創業公司Greenwave 使用ARM架構繳納的授權費是1500萬美元，考慮到初創公司還達不到買軟核自行改設計、堆料的水平，因此這1500萬美元基本就是固核或硬核的起步價，晶元出廠後，ARM再按一定比例抽取版稅。
6、都是購買ARM授權，為何高通、華為、三星、聯發科設計出的晶元卻像4個媽生的？
說完ARM的IP授權，再來說說麒麟晶元的基帶，這就關係到濃眉大眼的高通。
麒麟的基帶是全網通，兼容2G、3G、4G網路，未來會兼容5G。高通的CDMA通信技術是3G標準，在4G標準上佔有優勢，5G標準是佔主導地位。因此麒麟基帶上的通信技術不可避免要與高通發生交集，這部分的專利授權費也不便宜。
根據高通公布的最新消息，華為和高通談好，每季度向高通支付1.5億美元專利授權費，相當於1年繳納6億美元「高通稅」。
總之，在麒麟晶元中，華為的自研技術在CPU、GPU上比例最低，NPU有一部分，基帶有一部分，ISP大概是全部自研。另外，對一家無晶圓晶元設計公司來說，如何將CPU、GPU、基帶等晶元集成到一起，並寫入代碼使之協調高效工作，也是需要做大量工作的，這些工作也是晶元設計公司的核心技術，畢竟ARM公司賣了內核給你，但並沒有打保票說集成到SOC中一定能跑起來。這也是為什麼高通、華為、三星、聯發科都向ARM買IP授權，設計出的SOC晶元卻像4個媽生的，好像和ARM沒什麼血脈聯繫。
設計實力和經驗不足，導致買了內核卻流片失敗的例子，在晶元業不算新鮮。
小米澎湃S2據說就是因為團隊設計經驗和實力不足，三次流片失敗，流片費高達1500萬美元，結果澎湃S2至今出不了片。
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參考資料：
《大話處理器：處理器基礎知識讀本》，作者：萬木楊；
知乎答主Hellc《造手機晶元那麼簡單，從ARM買圖紙，交由台積電代工生產即可……》；
《計算機科學導論》，作者：貝赫魯茲.佛羅贊。
