华为内部硬件开发设计流程（上）

hope123 · 发表于 2020-7-29 10:08

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NO.1 文档，评审，设计
当时刚入职时，三个人做一个电路板。虽然电路复杂一些，还是有一些人力过剩的。所以，我就被安排去写一个PCI转UART的逻辑。

我当时是新员工，也急于表现自己，利用周末的时间，估计用了一周的时间，就写完代码，开始仿真了。我以为我的导师兼主管会表扬一下，结果没有，他说：“你为什么没有召集大家讨论？然后再写方案，评审？然后再动手写代码？”我当时是不理解的，觉得我一个人就搞定的事情，为啥要这样劳师动众？

后来反思过后发现了以下问题：

第一、从主管的角度，不知道新员工的个人能力，你能把做的事情讲清楚了，他才放心。
第二、从公司的角度，有一套流程来保证项目的交付。那么则不再太依赖某个人的个人能力，任何一个人的离职，都不会影响项目的交付。这也是华为最了不起的地方，把复杂的项目拆得非常细碎，这样不需要特别牛的人来交付项目。这是为什么华为的工程师的收入是思科的N分之一。
第三、从效果角度，毕竟一个人的想法是有限的，把想法文档化的过程，就是整理思路的过程；讨论的过程，就是收集你自己没有想到的过程。正式的评审，是大家达成意见的过程。提前讨论，让相关的人都参与到你的设计中，总比你设计完了，被别人指出一个致命的问题要强得多。
就是因为华为把一项工作拆散了，所以沟通，文档，评审，讨论，变得非常重要。这个工作模式的缺点，也是显而易见，沟通成本高，工作效率低。
NO.2 硬件领域的人员构成
在华为内部里面，人员角色非常多。硬件的人是对产品开发阶段，端到端负责的。做单板硬件工程师，可以涉猎最多的领域，同时也是工作内容最杂，接触人最多，扯皮的最多的工种。

但是也因为有人专门负责画PCB、EMC、电源、逻辑，原本硬件工程师应该做的领域。那么硬件工程师就武功尽废，变成“连连线”。

其实不然，正是由于每个人都是一个小的领域，没有人统领，所以一个好的硬件经理的作用非常的重要，是贯穿所有领域和全部流程的关键角色。正如原来华为内部论坛上有一个人比喻的，硬件工程师更像是处理器里面的“Cache”，是所有环节的中转站。大公司把人的分工分的这么细，也是防止某一拨掌握了太多公司的核心技术，出去单搞了。

NO.3 华为的流程
其实华为的流程，很多人都知道IPD流程是从IBM来的，我个人理解：IPD流程已经在华为变种，结合了中国人的特点，华为的企业特点进行了变通和优化。如果华为僵硬的套用IBM的这套流程，也必定不会这么成功。

那么概括一下华为的硬件开发流程：

需求分析→总体设计→专题分析→详细设计→逻辑详设→原理图→PCB→检视→粘合逻辑→投板→生产试制→回板调试→单元测试→专业实验→系统联调→小批量试制→硬件稳定→维护。
流程的根本在于，这个环节做好了，再进入下一个环节。所有的环节其实跟其他公司并没有太大的区别，只不过严格把握了进入下一个环节的考核条件。令硬件工程师最纠结的是“没有个节点跟’投板’对应”。

华为支撑IPD流程的系统是PDM（又名爬的慢）

PDM的中文名称为产品数据管理（Product DataManagement）。PDM是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术。华为所有的器件资料，产品部件，工具，文档，原理图，PCB，逻辑代码等都存在这个系统上。但是系统过于庞杂，其实比较难使用，跟服务器归档、SVN归档、也容易搞混淆。

NO.4 归一化
器件归一化

硬件工程师一般都能够理解，在一个板子上面的，尽可能的选择成本更低的器件，选择更少种类的器件，便于集中采购，同时也便于加工。但是其他公司可能没有对器件归一化的工作做得那么细致和严格。

第一，由于华为整个公司使用的器件种类非常的多，所以如果减小一个器件编码，带来的收益是十万人民币到几百万，而其他公司可能达不到这个高的收益。所以如果能减少一个编码，宁愿选择可能成本更高的器件。但是这个也需要按照每年的器件直接成本收益*器件发货数量，与编码成本+加工成本差异，进行对比的。不过器件归一化之后，器件的价格又可以跟供应商重新谈价格，这个收益是迭代的。所以，有时即使是成本占优，也会倾向去器件归一化的结论。例如，逐步去除了5%精度的电阻，归一化到1%。
第二，器件归一化，都是需要进行专题分析的。因为也有工程师为了归一化，对电路原理没有充分分析，导致的归一化带来“问题引入”。所以，当时我的部门当时有一个表格，“器件归一化分析.xls”的excel表格，把每个器件，原来选型，归一化的选型，更改的原因，都做好记录和原因分析。一是让每个做归一化的员工都充分考虑分析，二是问题都有记录，便于评审，三是出了问题，好打板子。

单板归一化

除了器件归一化，更高一个层次的归一化，就是单板归一化。（单板这个概念，我稍微澄清一下，我刚到华为的时候，也觉得这个词很奇怪。因为通信设备，都是机框，背板，加各个功能模块的电路板，各个功能模块的电路就叫做“单板”，硬件工程师，一般也叫做“单板硬件”）
单板归一化带来的好处，首先是电路的种类少，电路的种类少的好处有三个：

一是生产成本降低；
二是硬件维护成本降低；
三是软件开发和维护的成本降低。
第一、单板归一化的先决条件首先是处理器归一化。其实，华为的有的产品这点做得其实不好，X86、MIPS、ARM、PPC全部都用个遍，所以一个硬件平台，需要配备各种软件人员，操作系统搞N套，VxWorks和Linux，BIOS各种配套。

第二、单板的归一化，要注意产品的衍生。第一个版本的机框上的单板所实现的功能，如果后续的产品可以使用，应该直接可以用，不需要再开发。如果不注意这点，第一个版本的单板，到第二版本时，发现不能相互借用。反过来，再修改第一个版本的电路板，来适应新版本。有时问题更糟糕，就是完全不能兼容，只好重新开发。单板的规划显得非常重要。

第三、单板归一化时，虽然电路部分兼容了，但是结构件不兼容。对于市场人员的配置来说，仍然是两种配置。一样是失败的。

平台归一化

那么如果发现不同的硬件平台的架构雷同，功能类似。那么机框也可以归一化。只需要制作不同的电路功能模块，就可以实现不同的功能需求。

但是不同的硬件形态都是有他存在的意义的，如果强行归一，市场未必会接受这种事情的发生。例如用一个运营商的平台去归一一个企业应用或者家庭应用的产品，可能就未必能够成功。

网络架构归一化

这个说法是我自己想的，早在08年的时候，华为就在讨论“云管端战略”了，当时不是很理解。当我们一个运营商平台部门，跟“服务器”的部门合并的时候，似乎理解了点什么。
当X86处理器足够强大的时候，所有的运算，不管是否性价比最高，都送到云端进行处理，那么所有中间的存储和计算都显得不重要了。那么整个网络的结构，就是终端+管道+云存储和云计算。

既然计算和存储设备都是一样的，那作为运算和存储的设备，也就不需要那么多样化了。这时网络存储设备，和服务器就显得尤为重要。这也是华为成立IT产品线，做重点战略投资的重要原因。所以现在也就不需要那么多网络节点和网络平台了，只需要超强的处理和存储能力和宽广的通道，多样的终端。

NO.5专题分析
我觉得很多硬件工程师有个误区，觉得自己的核心竞争力是在于会使用几个软件（cadence、protel），画画原理图，画画PCB。我早期的一份工作就这样，最大的本事就是照葫芦画瓢，抄Demo板，抄以前成熟的电路，如果碰到了新的电路设计，一般是按照参考电路先画出电路，再通过调试，去尝试，碰到问题，再去解决问题。

那么我现在的观念是，硬件工程师最值钱的地方是在于懂硬件原理，懂得电路分析，模电数电原理，电磁场理论，而不是会使用画图软件。

那么华为是怎样做电路设计的呢？为什么会有专题分析的说法呢？为什么电路设计的时候要做专题分析？

第一、例行的，每个电路一般都会做几个必选的专题：电源、时钟、小系统；把每个管脚怎么用，怎么接，对接的管脚的电平是否满足要求，都需要文档化，分析清楚。在选用新器件的话，对应硬件工程师的工作量还是比较大的。但是如果是其他公司，直接按照推荐电路设计就完事了。电源专题，需要分析电源需求，每种电源的电压范围，电流需求，动态响应，上电时序；时钟专题，针对每个时钟的输入的电平标准，频率，抖动等参数，时钟时序，并按照各种时钟解决方案进行优化；

第二、当电路设计过程中，碰到一些新的问题，之前团队中没有接触过的问题，或者认为是重点，难点的内容，会专门做这个问题点的专题分析：例如我们做过的一些双BIOS启动，摄像头的红外LED的驱动，主备倒换啊，之类的，就会把一个问题点分析透，然后再动手做画原理图。

第三、那么在开发硬件的时候，Demo只是作为参考，每一个依据都是来自于datasheet，除了看芯片的数据手册之外，还要仔细查看数据手册的勘误表errata，核对datasheet与Demo的差一点，如果器件有checklist还得核对checklist。曾经开发AMD的时候，datasheet、Demo、checklist，三个文档对不上的情况。也出现过，一个比较难复现的问题，后来查看了Errata，发现是厂家芯片升级了，修正了bug，而我们还在采购老版本的芯片。

第四、由于项目本身有交付时间要求，那么在有限时间内其实不可能做到每个问题点都做得深入透彻。那么问题来了：

是怎么做到的呢？首先，每个项目都有《问题跟踪表》，而硬件团队由于事情非常的杂，所以把这个表要用的非常好，不然丢东拉西很正常。我曾经把这个表应用到家里装修。这个表的原理很简单，就是记录，问题内容，责任人，完成状态，完成时间。但是只要你坚持用，你会发现，你问题不会跟踪丢，做事情会比较有条理，而且会有成就感。用了这个表以后，发现问题之后，先记录下来，即使现在不解决，那么也会识别他要不要解决，什么时候解决。其次、问题分优先级，任何项目都是带着风险前进的，那么识别出高风险的问题，优先解决高风险的问题，带着低风险的问题继续走。这也是华为电路设计中“0欧姆”电阻用的比较多的有一个原因，识别出风险之后，但是又分析不清楚，或者来不及分析，只好做兼容设计。这里不得不感慨一句，在你的设计过程中，你马虎对待，没有分析清楚的问题，最后一定会暴露出来。

所以，在“菊花厂”做硬件工程师，“专题分析”是设计硬件最核心的工作，而不是画原理图。通过这个方法，用1~2个月做电路分析，而用1~2周时间画原理图，取代了，画图，调试，改版，再调试，在改版的形式。多快好省，是不可能同时实现的，那么硬件工程师有责任做很好的折衷和权衡。

NO.6 专题攻关：器件选型规范一、关于“器件选型规范”：
在我进入华为的时候，当时整个公司都在“规范”运动，什么都写规范，人人都写规范，什么任职、绩效、技术等级都看规范。（大公司用KPI来引导，容易搞成“运动”）。所以当时，按照器件种类，很多人写了各种器件选型规范。当时，原理图评审的时候，听得最多的就是“规范就是这样写的”，这里面有一些问题：

1、写规范的人不一定水平高，或者写得不细致，如果出现错误那就更是害人了。
2、规范有时抑制了开发人的思维，什么都按照规范来，不一定适合实际的设计场景；例如我需要低成本设计，但是规范强调的是高质量，就不一定适用。
3、有了规范之后，也会导致部分开发人员不思考，例如晶振要求在50MHz以上，放pF级的电容进行电源滤波，而低于50MHz的不用。大家都不想为什么，自然也不知道为什么；再例如网口变压器防护，室内室外，按照各种EMC标准的设计要求，直接照着画就可以；但是很少有人想为什么，也不知道测试的结果怎样，等实际碰到困难时就抓瞎了。的确在有的时候提高了工作效率和产品质量，但是工具也发达，人也就越退化，这是必然。
4、有些器件的选型，不适合写规范，因为器件发展太快，有可能等你规范写好，器件都淘汰了。例如：在X86处理器进入通信领域了之后，处理器选型规范就显得多余。
规范确实能带来好处。但是，并不是所有工作都适合用规范来约束。硬件工程师要能跳出“参考电路”、跳出“规范”，从原理思考问题和设计。

当然规范还是非常有用的一个手段，是大量的理论分析+经验积累+实践数据的精华。我觉得当时我看得最多的规范，是《器件选型的降额规范》，这是基于大量试验，实际案例，总结出来的器件选型的时候，需要考虑的内容。

例如：规定选用铝电解电容的时候，需要考虑稳态的工作电压低于额定耐压90%；而钽电容，稳态的降额要求在50%；而陶瓷电容，稳态的降额要求在85%；因为这里考虑了一些器件的实效模式、最恶劣环境（高温、低温、最大功耗），稳态功率和瞬态功率的差异……等等因素。
二、器件选型需要考虑的因素：
在华为的PDM系统上，器件都有一个优选等级“优选”“非优选”“禁选”“终端专用”等几个等级。工程师可以根据这个优选等级来直观的感受到器件是否优选。

那么器件的优选等级，是考虑了哪些因素呢？

1．可供应性：特别是华为这样厂家，有大量发货的产品。慎选生命周期处于衰落的器件，禁止选用停产的器件。我2005年时曾设计过一个电路，设计的时候就是拷贝别人的电路，结果加工的时候发现器件根本买不着，由于器件停产了，只能在电子市场买翻新的器件。对于关键器件，至少有两个品牌的型号可以互相替代，有的还要考虑方案级替代。这点很重要，如果是独家供货的产品，是需要层层汇报，决策，评估风险的。

2．可靠性：

散热：功率器件优先选用RjA热阻小,Tj结温更大的封装型号；处理器选型，在性能满足的情况下，尽量选择功耗更小的器件。但是如果是Intel这样垄断的器件，你也只有忍受，加散热器，加风扇。

ESD：所选元器件抗静电能力至少达到250V。对于特殊的器件如：射频器件，抗ESD能力至少100V，并要求设计做防静电措施。（注：华为是严格要求，禁止裸手拿板的。我本来也不理解，后来我带团队之后，发现兄弟们花大量的时间在维修单板；我们的团队就非常严格要求这一点，看似降低效率，其实还是提高效率的。至少不用总怀疑器件被静电打坏了。）

所选元器件考虑更高的湿敏等级。

安全：使用的材料要求满足抗静电、阻燃、防锈蚀、抗氧化以及安规等要求。
失效率：避免失效率高的器件，例如标贴的拨码开关。尽量不要选择裸Die的器件，容易开裂。不要选择玻璃封装的器件。大封装的陶瓷电容不要选择。
失效模式：需要考虑一些器件的失效模式是，开路还是断路，会造成什么后果，都需要评估。这也是钽电容慎选的一个重要原因。
3．可生产性：不选用封装尺寸小于0402的器件。

尽量选择表贴器件，只做一次回流焊，就完成焊接，不需要进行波峰焊。部分插件器件不可避免选用的话，需要考虑，能否采用通孔回流焊的工艺完成焊接。减少焊接的工序和成本。

4．环保：由于华为大量的产品是发往欧洲的，所以环保的要求也比较严格。由于欧盟提出无铅化要求，曾经整个公司的几乎所有的硬件工程师都在做无铅化的整改。

5.考虑归一化：例如某产品已经选用了这个器件，并且在大量出货的时候，往往有时这个器件的选型并不是很适合，也会选择，因为不但可以通过数量的增多来重新谈成本，还可以放心的选用，因为经过了大批量的验证。这也是为什么倾向于选用成熟期的器件，而慎选导入期和衰落期的原因。

6.行业管理：某一个大类，例如：电源、时钟、处理器、内存、Flash等等都是有专门的人做整个公司的使用的规划和协调，提前进行市场调研，分析，编写规范。他们会参与到新器件的选型上来。

7、器件部门：专门有器件部门的同事，会分析器件的失效原因，可靠性分析，拍摄器件的X光，评估器件寿命等等工作。

8、成本：如果在上述因素都不是致命的情况下——上述的因素都是浮云，紧盯第八条。

dull · 发表于 2020-7-29 10:43

我当时是新员工，也急于表现自己，利用周末的时间，估计用了一周的时间，就写完代码，开始仿真了。我以为我的导师兼主管会表扬一下，结果没有，他说：“你为什么没有召集大家讨论？然后再写方案，评审？然后再动手写代码？”我当时是不理解的，觉得我一个人就搞定的事情，为啥要这样劳师动众？

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