作者：电子创新网张国斌
最近小米玄戒O1发布引发了大家对IC设计的科普，很多人看到ARM给小米提供的是 CSS（Compute Subsystems，计算子系统）服务就说这芯片是ARM设计的，不是小米自研的，对此，个人觉得大家有必要先搞清楚一些基本概念。
一、 ARM提供的服务有软核核硬核两种
ARM 软核是以寄存器传输级（RTL）源代码的形式提供的 IP 核，通常用硬件描述语言（如 Verilog 或 VHDL）编写。特点是灵活性高，客户可以根据自己的需求对软核进行定制和优化，例如修改架构、调整性能参数等。
软核不依赖于特定的制造工艺，客户可以在不同的工艺节点上进行实现。但由于需要客户自行进行综合、布局布线和验证，开发周期相对较长。另外，客户需要自行承担集成和验证过程中的风险，可能出现设计错误。
ARM 提供的软核数量相对较多，涵盖了从低功耗的 Cortex-M 系列到高性能的 Cortex-A 系列等多个系列。例如，Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-A5、Cortex-A7 等都有软核形式可供授权。
软核适用于各种应用场景，包括嵌入式系统、移动设备、服务器等。例如，Cortex-M 系列软核常用于低功耗的物联网设备和微控制器，而 Cortex-A 系列软核则用于高性能的移动设备和服务器。
打个比喻就是就提供一个菜谱配料清单，客户需要自己摸索油盐酱醋的比例和下锅时间长短，然后让大师傅（就是代工厂）把自己摸索出来的菜炒出来，这个菜跟原来那个有点相似。
ARM 硬核是已经完成布局布线的物理版图，通常以 GDSII 文件或等效文件的形式提供。硬核是经过工艺验证的物理版图，通常与特定的制造工艺绑定。ARM 提供的硬核数量相对软核较少，但也在不断增加。硬核经过 ARM 或其合作伙伴的优化，能够确保在特定工艺下达到最佳性能和功耗表现。但硬核通常与特定的制造工艺绑定，客户无法对其进行修改。
硬核开发周期短，客户可以直接将硬核集成到芯片设计中，无需进行复杂的综合和验证，大大缩短开发周期。硬核经过验证，客户使用时的风险较低。硬核适合对性能和功耗有严格要求的应用，例如高端移动设备、数据中心服务器等。
ARM 的新业务 Compute Subsystems (CSS) 是什么？CSS提供预集成、预验证的计算子系统，包括 CPU、GPU、系统互连、内存管理单元等关键组件。这些组件已经经过 ARM 的优化和验证，客户可以直接使用，减少了从零开始设计和验证的复杂性。显著缩短产品开发周期，加速产品上市时间。例如，有合作伙伴通过使用 CSS，从项目启动到流片仅耗时 9 个月。虽然提供预集成的子系统，但仍支持一定程度的定制化，客户可以根据自身需求调整系统配置。
CSS 是 ARM 在传统 IP 授权模式基础上的创新，通过提供预集成、预验证的计算子系统，帮助客户更快速、更高效地开发定制化芯片，同时降低了开发成本和风险。它特别适合那些需要快速推出产品且希望专注于差异化功能的客户。
打个比喻就是这次ARM提供的是完整的配料的烹调清单，什么油盐酱醋和下锅时间都有了，只要给大师傅这个清单可以炒出来原汁原味的佳肴。
再结合这个新闻大家就明白了吧
所以我认为这次应该是ARM 给小米提供是CSS硬核服务，等于提供了很多关键部分硅硬件的预设计，而且是3nm的，所以这块设计小米可以省下来很多人力物力和时间可以快速搞出芯片，这也符合小米一贯的风格--就是尽量用小钱办大事。
另外这次玄戒O1的基带、Wifi/gps/bt三合一等无线部分也是联发科提供的，另外联发科也是可以提供芯片设计服务的做业务还挺挣钱的，所以小米自研部分应该是整机架构的验证以及NPU、安全模块、ISP、DSP以及接口等（不过这些是否购买IP还不是可以确认）。
那买了IP之后采用公模设计是不是自研？ 这个可以打个比喻，就是我们盖房子，各种IP就相当于有人设计了一个房子里所需要的厨房、沙发，电视、床等，买了IP就相当于我不自己去设计制造这些东西了我自己拿来用，买了IP就相当于直接购买了这些家里的配套家具，但是整体的家庭风格还是需要自己设计的，所以通过购买各种IP ，通过不同的组合设计出的房子算不算是自己设计的呢？当然算了。同理，买了IP 然后通过不同组合实现一个SOC也是需要自己投入设计和付出的，所以这也属于自研的范畴。实际上，几乎所有公司都会购买其他公司IP的，包括苹果这么牛的公司，它的GPU 也是购买了Imagination 公司的GPU IP，苹果几年前曾经挖了Imagination 公司好多牛人打算自己造GPU ，结果搞了几年搞不出来，最后还是认怂选择继续从Imagination 公司授权GPU IP了，这样做不丢人，也不妨碍苹果说他的A16，A17是自研的，好像大家也没去质疑过吧。二、设计一颗SoC要经过哪些步骤？
正如我在上一篇文章《我如何看小米3nm自研芯片？》提到的，一颗完整的SoC芯片并不是通过购买IP像搭积木那样简单完整的，在购买了IP（知识产权）之后，要设计出一个SoC（System on Chip，片上系统）需要经过一系列复杂的工作流程，大致有十个步骤：
1. 需求分析与规划
明确目标：确定SoC的应用场景（如智能手机、物联网设备、汽车电子等），明确性能、功耗、面积、成本等关键指标。
IP选型与集成规划：根据需求选择合适的IP（如处理器IP、存储器IP、接口IP等），并规划它们在SoC中的布局和连接方式。
2. 系统架构设计
架构定义：设计SoC的整体架构，包括处理器、总线、存储器、外设等的连接关系。例如，确定处理器的类型（如ARM Cortex-A系列或RISC-V）、总线架构（如AMBA AXI或AHB）等。
性能分析与优化：通过仿真和建模工具（如SystemC）分析系统性能，优化架构以满足性能要求。
3. IP集成与验证
IP集成：将购买的IP核集成到SoC设计中。这包括硬件接口的适配、时钟和电源管理的配置等。
接口验证：验证IP之间的接口是否正确连接，确保数据传输的完整性和时序的准确性。
功能验证：通过仿真工具（如Vivado、Cadence等）对整个SoC进行功能验证，确保所有模块协同工作，满足设计要求。
4. 硬件设计
逻辑设计：使用硬件描述语言（HDL，如Verilog或VHDL）编写SoC的逻辑代码，包括自定义模块的设计和IP的集成。
综合与优化：使用综合工具（如Synopsys Design Compiler）将HDL代码转换为门级网表，并进行逻辑优化以满足性能和面积要求。
布局与布线：在EDA工具中进行物理设计，包括芯片布局、布线、时钟树设计等，确保信号完整性（SI）和电源完整性（PI）。
5. 软件开发与协同设计
驱动程序开发：为SoC中的硬件模块（包括IP）开发驱动程序，确保软件能够正确控制硬件。
固件与操作系统移植：将操作系统（如Linux、RTOS）移植到SoC上，开发启动代码（Bootloader）和运行时支持。
硬件与软件协同验证：通过硬件在环（HIL）仿真或FPGA原型验证，测试硬件和软件的协同工作情况。
6. 测试与验证
仿真测试：使用仿真工具对SoC进行全面的功能测试、性能测试和边界条件测试。
形式化验证：使用形式化验证工具（如Cadence Formality）检查设计的正确性，确保逻辑等价性。
流片前验证：在流片前，通过FPGA原型验证或仿真验证，尽可能发现并修复问题。
7. 流片与封装
流片：将设计提交给晶圆代工厂（如TSMC等）进行流片，选择合适的工艺节点（如7nm、5nm或者3nm）。这个过程是最烧钱的，随着半导体工艺的升级，芯片设计和流片费用都要呈指数级增长。有芯片大厂算过这么一笔账：
· 14nm工艺芯片，流片一次需要300万美元左右（折合人民币2170万）
·7nm工艺芯片，流片一次需要3000万美元（折合人民币2.17亿）
· 5nm工艺芯片，流片一次更是达到4725万美元（折合人民币3.41亿
如果搞3nm ,一次NRE费用要上亿美元了 ，也就是说如果芯片有BUG ，那个一次流片7个多亿就没了！ 7个多亿啊，据说小米的澎湃S1就流片了几次才成功的，那几次烧钱堪称也是惊心动魄啊。
雷军说目前小米玄戒研发投入已经有135亿，搞芯片确实烧钱！而且他说做 3nm这样级别的大芯片，每代投资大约10亿美元，如果能卖100万台，平摊下来，每台芯片研发成本就高达1000 美元，而小米15S Pro 售价才 5499 元人民币，现在短期内芯片项目是赔钱的。
之后是封装设计：根据应用需求选择封装类型（如BGA、QFN等），并进行封装设计和测试。
8. 后端测试与调试
芯片测试：在封装完成后，进行芯片的功能测试、性能测试和可靠性测试。
调试与优化：根据测试结果，对芯片进行调试，优化硬件和软件以解决发现的问题。
9. 产品化与量产
量产准备：完成量产所需的测试程序开发、生产流程优化等工作。
市场推广：根据SoC的特点和应用场景，进行市场推广和客户支持。
10. 持续维护与升级
软件更新：根据用户反馈和市场需求，持续更新固件和驱动程序。
硬件升级：根据技术发展和市场反馈，对SoC进行升级或改进。
所以，一款芯片最终上市需要投入大量的人力物力的，最终能做出芯片真的不容易不是别人给你提供一些服务就可以完成的。此外，从上面的10个流程也可以看出，造芯需要大量的人员，所以，要衡量一个公司不是是真的造芯就看它的人员规模，世界上有名的手机芯片公司都有大量的研发人员，例如高通有5万人，联发科有1.3万人左右，紫光展锐有5000人规模，而小米已经有2500人以上的芯片团队，从规模上也是属于中国前三梯队的。
综上所述，小米玄戒O1采用了有别于传统芯片的设计模式 ，所以可以快速出芯片，在这颗芯片中，小米自研比例还是有的。有媒体问我，为啥小米不像华为那样自己授权架构完全自己设计？呵呵，这个是需要长期积累，经过很多颗芯片设计以后，掌握了其中的“道”自然会过渡到完全自研架构的，所以还需要时间。
那要如何看待这颗芯片？我想说，小米自研3nm芯片"玄戒O1"仅仅是一个开始，从雷军对它未来的销量预期看，目前也是有试水的感觉，要看小米造芯是否很的成功还需要长期观察，看小米是否能坚持下去？毕竟这百万级的出货也难以弥补目前烧掉的135亿。
在3月中旬的时候我与雷军在北京小米科技园进行过一次深入交流，雷军表示小米造芯有四个原则 1、取长补短，以学习为主 2、长期主义，就是要长期投入，按雷军的说法，小米已经拿出500亿现金用于造芯。3、不设大目标--就是不设立所谓的盈亏目标，前期就是造芯，从手机会延伸到汽车家用领域 服务集团业务，这个模式跟海思很像。4、高端芯片延续火种--按雷军的说法小米号称硬科技公司，造芯是需要要走的一步，同时，造芯也是延续中国高端芯片的火种。
总之，我们没必要因为小米一款自研3nm芯片就将其夸上天，也没必要因为用了一些IP服务就将其踩到地底下，正如一条路不是通过一个脚印踩出来的，造芯成功也不能通过一颗芯片来评判，小米芯片未来一定还有后续系列，时间会给出答案，我希望看到越来越多的中国公司能设计出高端芯片来！这对于国家这对于产业来说都是有益的。
另外我告诉大家一个秘密，谷歌以及微软的一些大芯片都是某国内设计服务公司完整设计的，但是人谷歌微软也说是自研的，还有某欧洲公司的大MPU也是国内公司给设计的，咋没人去喷呢？所以，这么多年来，经过中国工程师996式的冲锋，中国人的芯片设计能力已经有很大提升了，绝对是位列世界前3的水平，这次小米能搞出3nm芯片来，大家也无需大惊小怪。这次可不是国内首款3nm啊，一些媒体不要瞎吹，国内首款3nm芯片是某矿机公司搞的。
延伸阅读《我如何看小米3nm自研芯片？》
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