电子发烧友网报道(文/黄山明)这几天,小米玄戒的不少员工非常开心,因为他们收到了玄戒O1旗舰处理器创始纪念品,而在这款纪念品的铝板上,不仅刻着新品设计图,还在中间嵌入一颗玄戒O1芯片。

值得注意的是,纪念品中还附带了一份小米CEO雷军写给玄戒员工的一段话。而在这段话中,雷军表示,“历经4年多日夜奋战,我们已经站在了全球SoC研发的最前列。”

小米玄戒走上自研最前列

今年5月份,小米在15周年战略发布会上,雷军手拿一枚芯片,激动的表示,这是中国大陆首款量产的3nm手机SoC芯片,标志着小米在芯片领域从“追赶者”正式成为全球的第一梯队。

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而在此次发放给小米玄戒员工纪念品中,雷军再次提到,作为小米首款高端旗舰SoC,也是中国大陆首颗3nm先进制程的自研SoC,玄戒O1已经雄辩地宣告经历4年多日夜奋战,小米玄戒已经站在了全球SoC研发的最前列。

作为勉励,雷军还表示,玄戒O1的成就已经镌刻在了中国芯片的发展史上,每一位参与其中的员工都功不可没。

从芯片制程角度来看,3nm已经是目前半导体技术的巅峰,不仅需要用到EUV光刻机,工艺复杂度也非常高,成本极高,并且还需要采用先进的GAA晶体管架构技术。

从市场角度来看,目前已经量产的3nm芯片,除了小米玄戒O1外,就是高通骁龙8至尊版、联发科天玑9400/9400+苹果M3/M4等,可以认为至少在制程上,玄戒已经追赶上了这些市场中的一线产品。

据小米官方资料,其造芯之路始于2014年9月,彼时小米成立了一家全资子公司松果电子,正式进军芯片研发领域。到2017年,首款自研SoC澎湃S1问世,搭载小米5C中。

不过由于澎湃S1采用了28nm制程,而当时同类新品已经用上了14/16nm,加上当时S1的基带技术源自大唐联芯的SDR1860平台,仅支持五模LTE,缺乏5G能力,且信号稳定性差。导致搭载S1的小米5C销量惨淡,打击到了小米持续投入的信心。

后来,澎湃S2流片失败,促使小米放弃手机SoC研发,转而聚焦影像(澎湃C1)、充电(P1)等外围芯片,以更低风险的方式积累技术

而雷军也在今年7月初的一场直播中表示,松果是我心中的痛,那算是我们第一次自研芯片,这次算是第二次了。

到了2021年,小米正式重启了SoC的新品研发,因此创立了上海玄戒技术有限公司。据工商信息,玄戒技术注册资金最初为15亿元人民币,后于2023年5月增至19.2亿元人民币。而在过去四年多时间里,在玄戒O1项目上总共花费了135亿元人民币,今年还将继续投入60亿元用于后续的研发与升级。

玄戒O1的发布,使小米成为中国大陆首家、全球第四家能够自主研发设计3nm手机芯片的企业,填补了大陆地区在3nm先进制程芯片研发设计领域的空白。

自研还是组装?

从玄戒O1的参数来看,其采用第二代3nm制程工艺,晶体管数量达190亿,芯片面积109mm²,集成2颗X925超大核(最高主频3.9GHz),4颗A725性能大核(最高主频3.4GHz),辅以2颗A725低频能效大核(最高主频1.9GHz)和2颗A520超级能效核(最高主频1.8GHz),10核心4丛集CPU设计,能够更好兼顾瞬时爆发性能和日用能效。

尽管性能强悍,但玄戒O1的推出还是受到了市场的一些争议,尤其是针对玄戒O1的自研情况。而上一代的松果就是因为研发时间太短,加上澎湃S1的核心技术(如CPU/GPU架构)直接采购自ARM,ISP等关键模块依赖联芯授权,缺乏自主优化能力,最终才导致失败。

那么玄戒O1如何呢?从IP与架构来看,玄戒O1的CPU采用Arm最新Armv9.2架构通过Arm标准IP授权获得GPU则是搭载ArmImmortalis-G92516核图形处理器,支持动态性能调度技术。值得一提的是,针对市场传言,小米以及Arm官网回应称并未采用Arm的CSS打包定制服务,而是完全由小米玄戒团队自主完成系统级与后端物理设计

而在其他IP上,玄戒O1集成了自研ISP、NPU及安全架构,部分EDA工具由国产厂商,例如芯原股份提供。并且在架构上,通过自研边缘供电技术、480种标准单元库重构,实现0.46V超低电压运行,GPU功耗较苹果A18 Pro降低35%

从行业共识来看,只要企业自己完成前端架构规划、后端实现并独立投片,即可认定为自研,即使大量IP来自外购

而在代工上,玄戒O1主要采用台积电的第二代N3E工艺,不过台积电3nm工艺成本较4nm翻倍,初期良率仅63%左右。小米初期量产规模控制在200万-300万片,2025年Q4计划提升至500万片

而在基带方案上,目前玄戒O1还未集成5G基带,还是通过外挂联发科基带来降低风险,未来将计划自研基带芯片。

显然,整体来看玄戒 O1是小米Arm架构授权框架下实现高度自主设计的里程碑产品,由台积电代工,属于行业通行的Fabless模式。并且小米在系统级设计、后端实现、关键自研IP环节参与度极高,当然由于仍然依赖于Arm的公版IP,因此自研深度是要低于行业内其他同类企业的。

不过小米也有计划在2026年推出采用自研泰山架构的玄戒O2,并研发车规级新品玄戒V1,算力可达到100TOPS,不过这也需要小米持续投入海量研发资金,技术迭代的压力巨大。

而对于国内产业链来说,玄戒O1的出现,填补了国内5nm以内先进制程设计的经验空白,在研发过程中也带动了如北方华创、中微公司等上游设备厂商的技术迭代。据行业测算,玄戒O1的量产有望在三年内形成超过200亿元的产业集群效应,推动国产半导体技术产业链升级。

总结

作为目前全球第四家能够实现3nm手机SoC量产的企业,雷军说小米站在了全球SoC研发的最前列,也并不算是大话。与此同时,小米的相关研发团队规模已经超过了2500人,今年预计研发投入将超过60亿元。这种规模及研发投入,在行业内都是排名前三的。就如雷军在发布玄戒O1时所言,“如果没有巨大的决心和勇气,如果没有足够的研发投入和技术实力,玄戒走不到今天。

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