集成69億晶體管的華為麒麟980有多強

近日，麒麟 980正式在國內(nèi)發(fā)布。

正如余承東日前在IFA上介紹的那樣，華為這顆旗艦芯片不但成為全球首顆商用7nm工藝的手機SoC，領跑于全球，在CPU、GPU、Modem和其他多個零組件上面，麒麟 980也都擁有過人之處。再加上在NPU上的新升級，華為的這顆新芯片或?qū)椭A為手機攀上另一個高峰。

按照華為Fellow艾偉先生在麒麟 980發(fā)布會上的說法，這顆集成了69億晶體管的芯片是華為麒麟團隊艱苦奮斗的結(jié)果，在很多方面，也有其獨特之處。

華為Fellow 艾偉先生

耗資超三億美元，麒麟 980創(chuàng)造了六項第一

眾所周知，當制造工藝進入到10nm以下，芯片的研發(fā)難度有了指數(shù)級的增長，而在成本方面同樣有了很大的增加。日前有媒體報道，華為在麒麟 980上面投入的研發(fā)成本高達三億美元。而在昨天的發(fā)布會上，現(xiàn)場也有記者就這個問題向華為Fellow求證。他笑著回應：“華為麒麟 980具體研發(fā)成本，具體花了多少錢我們不會披露具體數(shù)字，但是花費絕對不止三億美金”。

雖然花費了巨資，但在筆者看來，華為的這顆芯片獲得的回報還是物超所值的。

按照艾偉介紹，麒麟 980在全球創(chuàng)造了六項第一，分別是：全球首款商用7nm手機SoC芯片、全球首款Cortex-A76 Based CPU、全球首款雙核NPU、全球首款Mali G76 GPU、全球首款1.4Gbps Cat.21 Modem和全球首款支持 2133Mhz LPDDR4 X的手機SOC。而這些成績則是他們歷經(jīng)多代產(chǎn)品迭代，從立項到發(fā)布36個月耕耘獲得的成績。

華為麒麟過去幾代的產(chǎn)品提升

“我們從2015年就開始投入到7nm工藝的研發(fā)，再經(jīng)過定制特殊基礎單元構(gòu)建高可靠性IP和SoC工程化，然后在今年才真正量產(chǎn)”，艾偉告訴半導體記者。“在整個項目中，我們投入的半導體設計與工藝也專家也超過1000人”，艾偉補充說。

而在多個“全球首款”的銜頭的加持下，華為麒麟 980在性能方面也表現(xiàn)優(yōu)越。首先是CPU方面，因為采用了A76的這個全新架構(gòu)，華為能將麒麟 980的最高主頻調(diào)到2.6GHz，與上一代產(chǎn)品相比，芯片的單核性能提升75%，能效提升58%；GPU方面，麒麟 980與上一代相比性能提升46%，能效更是提了178%；通信方面，通過搭載全新的Modem，率先支持LTE Cat.21，這就使得麒麟 980的峰值下載速率達到1.4Gbps，勇奪業(yè)內(nèi)最高成績；全球最快的LPDDR4X顆粒，主頻最高可達2133MHz，比業(yè)界同期水平快14%；業(yè)內(nèi)首次搭載雙核NPU，實現(xiàn)業(yè)界最高端側(cè)AI算力，將支持更加豐富的AI應用場景，引領手機全面進入智慧時代。

華為AI芯片在性能和能耗上的對比

再加上全新升級的第四代自研ISP，這就使得新SoC的像素吞吐率比上一代提升46%，能夠分區(qū)域調(diào)節(jié)圖像色彩與灰階；與麒麟970相比，支持更多攝像頭，適配多攝像頭帶來全新拍照體驗。推出全新HDR色彩還原，能夠分區(qū)域調(diào)節(jié)圖像色彩，實現(xiàn)照片色彩與細節(jié)的平衡。

另外，偽基站防御方面的升級，Hi1103支持業(yè)界領先的L1+L5雙頻GPS超精準定位、與Balong 5000對5G網(wǎng)絡的支持，也讓華為麒麟 980增色不少。

為了提升芯片的實力，華為還做了些什么？

在這個芯片研發(fā)的過程中，華為需要投入是多方面的。例如面對7nm芯片的設計難度大大增加的現(xiàn)狀。因為7nm相當于70個原子直徑，逼近了硅基半導體工藝的物理極限，麒麟 980想要在針尖上翩翩起舞，還需要克服復雜的半導體技術效應及晶體管本身的三維電阻電容帶來的影響，其挑戰(zhàn)之大超乎想象，這是華為首先需要解決的。其他如將CPU、GPU、ISP、DSP和NPU等產(chǎn)品高效地整合到一起，也是華為必須要完成的任務。

但其實華為為了提升這個芯片的實力，在麒麟 980的設計上，也提出了很多創(chuàng)新性的設計。其中大中小核配置的設計，就是一個值得討論的話題。

幾年前，Arm為了應對移動SoC的功耗問題，為CPU引入了Big Little的架構(gòu)，包括華為在內(nèi)的很多手機SoC設計廠商，也都在這個指導下，做了很多不錯的芯片設計。但是隨著手機應用的增多，應用場景對核心性能的需求有了更細的劃分。為了進一步做到性能調(diào)用的配置和功耗的控制。華為推出了Flex-Scheduling智能調(diào)度機制，創(chuàng)造性地設計了2超大核（基于Cortex-A76開發(fā)）、2大核（基于Cortex-A76開發(fā)）、4小核（Cortex-A55）的三檔能效架構(gòu)。

先進梯度的多核架構(gòu)

按照艾偉的說法，相對于傳統(tǒng)的大小核兩檔位設計，這個三檔能效架構(gòu)設計提供了更為精確的調(diào)度層次，讓CPU在重載、中載、輕載場景下靈活適配，大大降低了CPU在實際綜合業(yè)務場景下的功耗，力求讓用戶獲得更高性能體驗的同時獲取更長的續(xù)航體驗。

“在過往的大小核結(jié)構(gòu)的情況下，不同應用在調(diào)用處理器的時候，只能在大核和小核之間選。但據(jù)我們分析得知，當中某些調(diào)用大核的應用，在對芯片性能的需求方面，并沒有那么高。再加上在處理高性能應用上，不但與CPU有關，還與GPU與LPDDR的速度有關。而我們就是基于這樣的分析設計出了這樣一個架構(gòu)”，艾偉補充說。這樣就可以靈活調(diào)度，高效地使用CPU資源。

靈活調(diào)度，更好地使用處理器資源

在GPU方面，麒麟 980創(chuàng)新性引入AI調(diào)頻調(diào)度技術，能夠?qū)崟r學習幀率、流暢度和觸屏輸入變化，預測手機任務負載，動態(tài)感知手機使用過程中存在的性能瓶頸，及時進行調(diào)頻調(diào)度。尤其在游戲場景下，使用AI調(diào)頻調(diào)度技術預測游戲每幀負載，預測準確性相對于傳統(tǒng)預測方法可以提升30%以上，有效提升了游戲平均幀率，大幅降低游戲抖動率，減少游戲卡頓，為手游用戶帶來操作流暢、不卡頓的卓越游戲體驗。以3D手機游戲NBA2K18為例，麒麟980平均幀率接近60FPS，游戲整體體驗遠超業(yè)界同期水平，讓手機輕松駕馭重載大型游戲，帶來滿幀暢爽游戲體驗。

來到ISP方面，華為針對暗光拍攝場景，在麒麟 980中采用了全新Multi-pass多重降噪技術，精準降低夜景照片中的噪點，細節(jié)保留更加完整，夜拍效果更加通透清晰。運動場景下大幅提升跟蹤準確率，在拍攝運動中的人物時，人臉識別檢測率提升至97.4%，清晰捕捉每一個精彩瞬間。

在面對視頻應用方面麒麟 980采用視頻專用的Pipeline“處理流水線”技術提升視頻清晰度，視頻拍攝時延降低33%，用戶得以脫離沉重的專業(yè)級攝像器材，用手機就能輕松拍出清晰的視頻大片。

面對通信聯(lián)接安全，華為針對新出現(xiàn)的偽基站攻擊方式，進一步在麒麟 980芯片層面增加了安全機制，全面升級了識別2G偽基站的技術，同時業(yè)內(nèi)率先支持識別4G偽基站，提升用戶在移動通信網(wǎng)絡下的安全能力，大大降低了受詐騙的概率，保護用戶的財產(chǎn)和信息安全。

對AI方面的規(guī)劃與展望

在去年的麒麟 970上，華為率先為其引入了NPU，締造了在移動處理器AI方面的領先地位。進入了麒麟 980，華為在這上面所做的一些改變與規(guī)劃。為我們在手機AI應用和開發(fā)方面提供了新的指導。

艾偉表示，麒麟 980在雙核NPU的移動端最強算力加持下，使能人臉識別、物體識別、物體檢測、圖像分割、智能翻譯等AI場景，采用更高精度的深度網(wǎng)絡，具備更佳的實時性，從而引爆極致體驗。

測試數(shù)據(jù)顯示，麒麟 980實現(xiàn)每分鐘圖像識別4500張，識別速度相比上一代提升120%，遠高于業(yè)界同期水平；多人姿態(tài)估計實時幀率高達30 FPS，無論是表演節(jié)奏感極強的舞蹈，還是在鏡頭前快速跑步，麒麟980都能夠?qū)崟r繪制出人體的關節(jié)和線條；強大的物體檢測能力可以準確識別多種物體，并可以做到拍照預覽的實時物體跟蹤。相對于首款人工智能手機芯片麒麟970，麒麟980實現(xiàn)了從圖像識別到物體檢測的跨越。

通過AI算力提升，麒麟980為“手機拍照”帶來更多可能。

去年，麒麟970人工智能技術推動手機拍照逐步向“慧眼”階段演進。時隔一年，麒麟980帶來了“慧眼2.0”?！盎垩?.0”在手機視覺入口提供了一個“感知、測量、認知、計算”的端到端完整解決方案，人工智能技術深度參與視覺處理的各個環(huán)節(jié)，通過后臺基礎算法的極大提升和流程優(yōu)化，讓用戶明顯感知到體驗的大幅增強。

在AI能力上，麒麟980提供高精度人臉識別與肢體檢測識別，結(jié)合自研ISP強大的圖像處理算法，使得在暗光夜晚和白天高動態(tài)場景下，都能準確識別拍攝主體和運動對象，并且保持著每秒30幀實時跟蹤運動主體。此外，精細化的視頻分割、主體摳圖等能力，也極大豐富了小視頻類應用的創(chuàng)作靈感。更為重要的是，華為對第三方APP開放上述能力，加上具備不間斷執(zhí)行各種AI任務的基礎能力，構(gòu)成了“慧眼2.0”的核心。

慧眼2.0

麒麟980還支持Caffe、Tensorflow、Tensorflow Lite等主流框架，具有強大的深度學習框架兼容性，達到業(yè)界領先水平；提供了離線編譯、在線編譯、8bit量化等一系列完整工具鏈，既可以大大降低端側(cè)模型部署的工程難度，還可以利用NPU差異化優(yōu)勢發(fā)揮出最強算力； 支持CPU、GPU、NPU、DSP等的異構(gòu)計算，方便深度學習算法在麒麟980的自動靈活調(diào)度執(zhí)行。

可以看到，麒麟980強大的移動端AI算力、完善的框架支持、豐富的工具鏈，將賦予AI應用更豐富的想象空間，更多新奇、酷炫的AI應用落地將成為可能。

為了更好地落地更多的AI應用，推動AI產(chǎn)業(yè)發(fā)展。華為在日前能推出HiAI生態(tài)2.0，帶來更加強勁的AI運算力，提供更加豐富的接口、算子和簡單易用的開發(fā)工具包，大幅縮短AI應用的開發(fā)周期，提升開發(fā)集成效率。在麒麟980的智慧加持下，廣大開發(fā)者和合作伙伴將在更強大的AI算力環(huán)境下，以更加便捷的方式進行應用開發(fā)，為AI應用開啟無限想象，共同創(chuàng)造更智慧的美好未來。