電子發燒友網報道(文/黃山明)這幾天,小米玄戒的不少員工非常開心,因為他們收到了玄戒O1旗艦處理器創始紀念品,而在這款紀念品的鋁板上,不僅刻著新品設計圖,還在中間嵌入一顆玄戒O1芯片。
值得注意的是,紀念品中還附帶了一份小米CEO雷軍寫給玄戒員工的一段話。而在這段話中,雷軍表示,“歷經4年多日夜奮戰,我們已經站在了全球SoC研發的最前列。”
小米玄戒走上自研最前列
今年5月份,小米在15周年戰略發布會上,雷軍手拿一枚芯片,激動的表示,這是中國大陸首款量產的3nm手機SoC芯片,標志著小米在芯片領域從“追趕者”正式成為全球的第一梯隊。
而在此次發放給小米玄戒員工紀念品中,雷軍再次提到,作為小米首款高端旗艦SoC,也是中國大陸首顆3nm先進制程的自研SoC,玄戒O1已經雄辯地宣告,經歷4年多日夜奮戰,小米玄戒已經站在了全球SoC研發的最前列。
作為勉勵,雷軍還表示,玄戒O1的成就已經鐫刻在了中國芯片的發展史上,每一位參與其中的員工都功不可沒。
從芯片制程角度來看,3nm已經是目前半導體技術的巔峰,不僅需要用到EUV光刻機,工藝復雜度也非常高,成本極高,并且還需要采用先進的GAA晶體管架構技術。
從市場角度來看,目前已經量產的3nm芯片,除了小米玄戒O1外,就是高通驍龍8至尊版、聯發科天璣9400/9400+、蘋果M3/M4等,可以認為至少在制程上,玄戒已經追趕上了這些市場中的一線產品。
據小米官方資料,其造芯之路始于2014年9月,彼時小米成立了一家全資子公司松果電子,正式進軍芯片研發領域。到2017年,首款自研SoC澎湃S1問世,搭載在小米5C中。
不過由于澎湃S1采用了28nm制程,而當時同類新品已經用上了14/16nm,加上當時S1的基帶技術源自大唐聯芯的SDR1860平臺,僅支持五模LTE,缺乏5G能力,且信號穩定性差。導致搭載S1的小米5C銷量慘淡,打擊到了小米持續投入的信心。
后來,澎湃S2流片失敗,促使小米放棄手機SoC研發,轉而聚焦影像(澎湃C1)、充電(P1)等外圍芯片,以更低風險的方式積累技術。
而雷軍也在今年7月初的一場直播中表示,“松果是我心中的痛,那算是我們第一次自研芯片,這次算是第二次了。”?
到了2021年,小米正式重啟了SoC的新品研發,因此創立了上海玄戒技術有限公司。據工商信息,玄戒技術注冊資金最初為15億元人民幣,后于2023年5月增至19.2億元人民幣。而在過去四年多時間里,在玄戒O1項目上總共花費了135億元人民幣,今年還將繼續投入60億元用于后續的研發與升級。
而玄戒O1的發布,使小米成為中國大陸首家、全球第四家能夠自主研發設計3nm手機芯片的企業,填補了大陸地區在3nm先進制程芯片研發設計領域的空白。
自研還是組裝?
從玄戒O1的參數來看,其采用第二代3nm制程工藝,晶體管數量達190億,芯片面積109mm2,集成2顆X925超大核(最高主頻3.9GHz),4顆A725性能大核(最高主頻3.4GHz),輔以2顆A725低頻能效大核(最高主頻1.9GHz)和2顆A520超級能效核(最高主頻1.8GHz),10核心4叢集CPU設計,能夠更好兼顧瞬時爆發性能和日用能效。
盡管性能強悍,但玄戒O1的推出還是受到了市場的一些爭議,尤其是針對玄戒O1的自研情況。而上一代的松果就是因為研發時間太短,加上澎湃S1的核心技術(如CPU/GPU架構)直接采購自ARM,ISP等關鍵模塊依賴聯芯授權,缺乏自主優化能力,最終才導致失敗。
那么玄戒O1如何呢?從IP與架構來看,玄戒O1的CPU采用Arm最新Armv9.2架構,通過Arm標準IP授權獲得,GPU則是搭載ArmImmortalis-G92516核圖形處理器,支持動態性能調度技術。值得一提的是,針對市場傳言,小米以及Arm官網回應稱并未采用Arm的CSS打包定制服務,而是完全由小米玄戒團隊自主完成系統級與后端物理設計。
而在其他IP上,玄戒O1集成了自研ISP、NPU及安全架構,部分EDA工具由國產廠商,例如芯原股份提供。并且在架構上,通過自研邊緣供電技術、480種標準單元庫重構,實現0.46V超低電壓運行,GPU功耗較蘋果A18Pro降低35%。
從行業共識來看,只要企業自己完成前端架構規劃、后端實現并獨立投片,即可認定為自研,即使大量IP來自外購。
而在代工上,玄戒O1主要采用臺積電的第二代N3E工藝,不過臺積電3nm工藝成本較4nm翻倍,初期良率僅63%左右。小米初期量產規模控制在200萬-300萬片,2025年Q4計劃提升至500萬片。
而在基帶方案上,目前玄戒O1還未集成5G基帶,還是通過外掛聯發科基帶來降低風險,未來將計劃自研基帶芯片。
顯然,整體來看玄戒O1是小米在Arm架構授權框架下實現高度自主設計的里程碑產品,由臺積電代工,屬于行業通行的Fabless模式。并且小米在系統級設計、后端實現、關鍵自研IP環節參與度極高,當然由于仍然依賴于Arm的公版IP,因此自研深度是要低于行業內其他同類企業的。
不過小米也有計劃在2026年推出采用自研泰山架構的玄戒O2,并研發車規級新品玄戒V1,算力可達到100TOPS,不過這也需要小米持續投入海量研發資金,技術迭代的壓力巨大。
而對于國內產業鏈來說,玄戒O1的出現,填補了國內5nm以內先進制程設計的經驗空白,在研發過程中也帶動了如北方華創、中微公司等上游設備廠商的技術迭代。據行業測算,玄戒O1的量產有望在三年內形成超過200億元的產業集群效應,推動國產半導體技術產業鏈升級。
總結
作為目前全球第四家能夠實現3nm手機SoC量產的企業,雷軍說小米站在了全球SoC研發的最前列,也并不算是大話。與此同時,小米的相關研發團隊規模已經超過了2500人,今年預計研發投入將超過60億元。這種規模及研發投入,在行業內都是排名前三的。就如雷軍在發布玄戒O1時所言,“如果沒有巨大的決心和勇氣,如果沒有足夠的研發投入和技術實力,玄戒走不到今天。”
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