昨天，華為在德國(guó)柏林和北京同時(shí)發(fā)布最新一代旗艦芯片麒麟990系列,，包括麒麟990和麒麟990 5G兩款芯片,。兩款芯片在性能與能效,、AI智慧算力及ISP拍攝能力等方面進(jìn)行全方位升級(jí)。這標(biāo)志著,，華為在5G和端側(cè)AI兩大領(lǐng)域同時(shí)實(shí)現(xiàn)了全球引領(lǐng),。
兩款SoC：麒麟990（4G）和麒麟990 5G
隨著我們進(jìn)入5G時(shí)代，現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了分差，很多區(qū)域還沒有準(zhǔn)備好5G,，因此迫切更換到5G手機(jī)的需求不是特別大,。所以4G手機(jī)將會(huì)和5G手機(jī)共存一段時(shí)間。華為不是為這兩個(gè)市場(chǎng)提供單一解決方案,，而是首次將其戰(zhàn)略與兩種版本的麒麟990分開,。
這些版本將正式稱為麒麟990和麒麟990 5G。兩個(gè)麒麟芯片組和標(biāo)準(zhǔn)基本級(jí)基本相同,。相同的核心配置,，相同的相機(jī)支持，相同的內(nèi)存,，相同的存儲(chǔ),。但是，在調(diào)制解調(diào)器之外的一些關(guān)鍵領(lǐng)域,，存在差異,，例如NPU性能和核心頻率。我們稍后會(huì)討論這些問題,。但值得強(qiáng)調(diào)的是,，麒麟990 5G版本是如何展望未來的。
現(xiàn)在高通,、三星每家公司都宣布了自己的分立式5G調(diào)制解調(diào)器,，這意味著我們有一個(gè)帶有4G的標(biāo)準(zhǔn)處理芯片，然后還需要外掛一片5G支持芯片,。這樣做及增大了成本又增加了線路板的面積,。
因此如果要獲得最佳性能，5G芯片應(yīng)集成在同一硅片上,，在5G模式下實(shí)現(xiàn)更高的效率,，以換取芯片面積和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。
華為是第一家為智能手機(jī)市場(chǎng)做到這一點(diǎn)的公司,。
Kirin 990 5G是一種真正的統(tǒng)一設(shè)計(jì),，支持SA和NSA架構(gòu)上的Sub-6 GHz 5G網(wǎng)絡(luò)。為了控制芯片尺寸,，華為正在使用臺(tái)積電最新的7nm+制造工藝和EUV,，這有助于為芯片進(jìn)入的各種器件實(shí)現(xiàn)更小的芯片尺寸。
到目前為止,，無論是高通還是三星都沒有統(tǒng)一的接近商業(yè)化的旗艦芯片設(shè)計(jì),。（雖然早前聯(lián)發(fā)科近日也推出了集成5G SOC，但是首部搭載該款芯片的手機(jī)要到明年推出）,。
麒麟990系列詳情
這次麒麟 990 5G 挑戰(zhàn)了芯片工藝物理極限,，在一顆指甲大小的芯片上集成了 103 億晶體管，是目前晶體管數(shù)最多、功能最完整,、復(fù)雜度最高的 5G SoC,。與此前的麒麟980相比晶體管增加44億個(gè)。
由于采用了TSMC的7FF+和EUV,，這使得芯片面積并沒有增加太多,。
麒麟980 5G芯片面積僅100平方毫米（4G版本80億晶體管，面積90平方毫米）,，麒麟980（TSMC 7納米，69億晶體管）為74.13平方毫米而麒麟970（TSMC 10納米,，55億晶體管）則達(dá)到了96.72平方毫米,。可見7FF+工藝的帶來的芯片面積減小相當(dāng)?shù)目捎^,。
CPU
兩個(gè)SoC的核心配置相同 - 兩個(gè)高頻A76內(nèi)核,，兩個(gè)中頻A76內(nèi)核和四個(gè)更高效的A55內(nèi)核。它們分為各自的功率和頻率域,，可根據(jù)工作負(fù)載提供更好的靈活性,。然而，基于7和7+過程之間的差異,，990 5G和990 4G的頻率會(huì)略有不同,。
對(duì)于高速緩存，所有四個(gè)A76內(nèi)核都具有512kB L2,，而A55內(nèi)核各為128 kB,。
從技術(shù)上講，華為將A76內(nèi)核稱為“基于A76”,，因?yàn)閷?duì)緩存系統(tǒng)中的內(nèi)核進(jìn)行了一些增強(qiáng),，以改善內(nèi)存延遲。華為不會(huì)說它的“SmartCache”實(shí)現(xiàn)有助于GPU,，也可以幫助CPU和NPU,。我們認(rèn)為這基本上是DynamiQ DSU之上的下一級(jí)緩存，類似于高通和三星的實(shí)施,。
這里有一個(gè)側(cè)面說明：我們?cè)绢A(yù)計(jì)華為將在今年早些時(shí)候宣布推出采用Arm最新A77核心的全新麒麟,。盡管作為Arm合作伙伴的優(yōu)先成員，該公司的技術(shù)團(tuán)隊(duì)向我們解釋了兩件事：首先,，兩年前核心決策是針對(duì)這款芯片做出的,，但除此之外，他們沒有看到臺(tái)積電的A77預(yù)期頻率,。7nm工藝,。
華為表示，雖然A77達(dá)到了更高的峰值性能，但A77和A76在7nm上的功率效率實(shí)際上是相同的,，但是由于A76在7nm上的體驗(yàn)更好,，他們能夠?qū)⒑诵念l率推得更高。據(jù)報(bào)道,，其他擁有A77產(chǎn)品的公司在其他晶圓廠采用類似的工藝技術(shù)時(shí),，只能達(dá)到2.2 GHz。據(jù)說A77很可能會(huì)在未來的產(chǎn)品中出現(xiàn),，最有可能的是當(dāng)5nm變得更加廣泛可用,。
此外關(guān)于LPDDR5支持的話題，華為表示LPDDR5仍然是一項(xiàng)昂貴的技術(shù),，正在考慮未來的產(chǎn)品中使用,。
GPU
提高核心，降低主頻,。麒麟990 采用了16核Mali-G76實(shí)現(xiàn),，高于麒麟980中的10核Mali-G76。
部分原因是芯片尺寸增加：華為認(rèn)為更低的電壓,，更低的頻率但更寬的GPU將提供更好的芯片整體,。
隨著我們從10核750 MHz設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向16核700 MHz設(shè)計(jì)，GPU的性能有所提升,。
NPU
除了實(shí)現(xiàn)了內(nèi)置5G調(diào)制解調(diào)器,，麒麟990最大的變化將是NPU。
在麒麟970和麒麟980 中,，華為直接采用了寒武紀(jì)公司提供的NPU許可,。隨著麒麟810以及最新的990的問世，已經(jīng)完全轉(zhuǎn)向了采用華為自研達(dá)芬奇架構(gòu)的NPU,。
在AI+5G的全新賽道,，麒麟990 5G將再度引領(lǐng)AI潮流。麒麟990 5G是首款采用華為自研達(dá)芬奇架構(gòu)NPU的旗艦級(jí)芯片,，創(chuàng)新設(shè)計(jì)NPU雙大核+NPU微核計(jì)算架構(gòu),，NPU大核展現(xiàn)卓越性能與能效，微核NPU實(shí)現(xiàn)超低功耗,。達(dá)芬奇架構(gòu)是華為在2018年推出的全新自研AI計(jì)算架構(gòu),，基于其靈活可裁剪的特性，華為面向全場(chǎng)景推出昇騰（Ascend）系列芯片,，可用于小到幾十毫瓦,，大到幾百瓦的訓(xùn)練場(chǎng)景，橫跨全場(chǎng)景提供最優(yōu)算力,，而此次麒麟990 5G搭載的正是面向智能手機(jī)場(chǎng)景的Ascend Lite和Ascend Tiny,。
在雙大核NPU（Ascend Lite*2）加持下,，麒麟990 5G實(shí)現(xiàn)業(yè)界最強(qiáng)AI算力，與業(yè)界其他旗艦AI芯片相比,，性能優(yōu)勢(shì)高達(dá)6倍,，能效優(yōu)勢(shì)高達(dá)8倍，持續(xù)刷新端側(cè)AI的算力高點(diǎn),。無論是在業(yè)界典型的中載神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型ResNet50（用于檢測(cè),、分割和識(shí)別），還是在移動(dòng)端更流行的輕載神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型MobilenetV1（用于分類,、檢測(cè),、嵌入和分割）下，麒麟990 5G的FP16和int8性能和能效均達(dá)到業(yè)界最佳水平,。業(yè)界首發(fā)NPU微核（Ascend Tiny）賦能超低功耗應(yīng)用,，在人臉識(shí)別的應(yīng)用場(chǎng)景下，NPU微核比大核能效最高可提升24倍,，讓AI運(yùn)算更省電。
在990 5G和990 4G之間也存在差異,。除了調(diào)制解調(diào)器,，GPU和制造工藝之外，芯片尺寸差異的一個(gè)原因是990 5G的NPU內(nèi)核數(shù)量是其兩倍,。990 5G將擁有兩個(gè)“大”NPU核心,，同時(shí)支持雙ML流程以及Tiny Core NPU。相比之下,，990 4G只有一個(gè)“大”NPU核心,，加上微核NPU。
這意味著我們可能會(huì)看到Kirin 990 4G設(shè)備可能無法實(shí)現(xiàn)的某些功能,。
巴龍調(diào)制解調(diào)器
除了是第一款集成智能手機(jī)5G設(shè)計(jì)外,，最終華為并未提供有關(guān)新5G調(diào)制解調(diào)器或4G設(shè)計(jì)更新的詳細(xì)信息。據(jù)稱,，麒麟990 5G是第一款商用的支持NSA和SA架構(gòu)的全頻調(diào)頻調(diào)制解調(diào)器,。
峰值速度將高達(dá)2.3 Gbps下載和1.25 Gbps上傳，額外的基于ML的波束成形技術(shù)有助于在高速旅行期間支持更快的速度,。對(duì)于弱信號(hào)區(qū)域,，該設(shè)計(jì)還允許同時(shí)連接到5G和4G。我們確認(rèn)該公司仍在使用Tensilica DSP,，技術(shù)團(tuán)隊(duì)表示盡管存在國(guó)際問題,，但Tensilica的許可仍然有效。
麒麟990 (5G)的性能
圖中所示從Kirin 980到Kirin 990 5G的單線程性能增加了9％,，主要是通過更高的主頻來實(shí)現(xiàn),。多線程性能整體上漲10％,。然而，與去年相比,，中端A76核心的電源效率提高了35％,，華為預(yù)計(jì)大多數(shù)非要求性能相關(guān)的工作負(fù)載都要在這些中間核上運(yùn)行。（華為表示高性能內(nèi)核的效率比上一代高出12％,，較小的內(nèi)核的效率提高了15％,。
GPU方面，麒麟芯片始終追求更好的用戶體驗(yàn),。針對(duì)GPU在運(yùn)行重載游戲,、播放高清視頻等高負(fù)載場(chǎng)景下容易出現(xiàn)的發(fā)熱、掉幀,、卡頓等問題,，麒麟990 5G搭載16核Mali-G76 GPU，與業(yè)界主流旗艦芯片相比,，圖形處理性能高6%,，能效優(yōu)20%，實(shí)現(xiàn)業(yè)界領(lǐng)先的性能與能效,。全新系統(tǒng)級(jí)Smart Cache分流,，支持智能分配DDR數(shù)據(jù)，在重載游戲等大帶寬場(chǎng)景下帶寬較上一代最高可節(jié)省15%,，功耗可降低12%,，進(jìn)一步提升GPU能效。
余承東在現(xiàn)場(chǎng)表示,，在雙大核NPU加持下,，麒麟990 5G實(shí)現(xiàn)業(yè)界最強(qiáng)AI算力，與業(yè)界其他旗艦AI芯片相比,，性能優(yōu)勢(shì)高達(dá)6倍,，能效優(yōu)勢(shì)高達(dá)8倍，持續(xù)刷新端側(cè)AI的算力高點(diǎn),。無論是在業(yè)界典型的中載神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型ResNet50（用于檢測(cè),、分割和識(shí)別），還是在移動(dòng)端更流行的輕載神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型MobilenetV1（用于分類,、檢測(cè),、嵌入和分割）下，麒麟990 5G的FP16和int8性能和能效均達(dá)到業(yè)界最佳水平,。業(yè)界首發(fā)NPU微核（Ascend Tiny）賦能超低功耗應(yīng)用,，在人臉識(shí)別的應(yīng)用場(chǎng)景下，NPU微核比大核能效最高可提升24倍,，讓AI運(yùn)算更省電,。