華為麒麟980橫縱向對比,7nm手機「芯」的世紀之爭即將開幕!
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8月31日,華為在IFA 2018上,正式發布全球首款商用台積電7nm製程工藝SoC——麒麟980。
一時間,7nm成為新聞標題中的關鍵詞,刷爆科技圈。
實際上,早在今年上半年,三星宣布「7nm智慧型手機晶片將於下半年完成量產」,與台積電正式開戰時,7nm製程工藝的競爭就已進入白熱化階段。
此外,蘋果、華為和高通都已對外宣布,其下一代手機晶片均為7nm製程工藝。
那麼,7nm製程工藝是什麼?好在哪?又有哪些手機已經採用,或即將採用該工藝級別的晶片呢?
何為7nm製程工藝?
三星與台積電,手機晶片製程工藝的「賽跑」
在全球半導體行業,一直存在著一場半導體製造的「納米」之爭。
這一點體現在智慧型手機晶片領域,即是台積電和三星兩大晶圓代工企業硝煙四起的「爭奪戰」。
其中,台積電又處於領先地位。
從二者手機晶片製程工藝的演繹可見一二。
2011年,旗艦機晶片的製程工藝尚停留在40nm級別,直到台積電宣布其28nm製程工藝正式量產,手機晶片製程工藝跨越一大步。
台積電手機晶片製程工藝的發展歷程大致如下:
2011年10月,28nm製程工藝正式量產;
2014年1月,20nm製程工藝已大規模量產;
2015年8月,16nm製程工藝實現量產;
2017年下半年,10nm製程工藝實現量產;
2018年8月底,首發7nm製程工藝SoC。
而三星一直在與台積電「賽跑」,其手機晶片製程工藝發展歷程大致如下:
2010年6月,宣布32nm製程工藝的SOC晶片產線已通過驗證;
2011年5月,28nm相關製程工藝驗證也完成;
2015年初,宣布14nm製程工藝開始量產;
2016年10月,10nm製程工藝開始量產;
2017年10月,8nm製程工藝已經通過驗證,準備量產;
截至目前,其7nm製程工藝加持的三星Exynos 9820晶片已投產。
其中,2016年是手機晶片製程工藝發展的關鍵節點,手機「核」戰爭愈演愈烈。
而10nm製程一直是這兩年的主戰場。
在麒麟980未正式發布前,諸如中興新旗艦Axon9Pro、三星S9、魅族16、小米MIX 2S等智慧型手機,均搭載高通驍龍845晶片,即均為三星10nm製程工藝打造。
而華為榮耀Play、華為P20等手機搭載麒麟970晶片;iPhoneX、iPhone8/iPhone8
Plus等手機搭載A11晶片,這兩種晶片均採用台積電10nm製程工藝。
而如今,戰火已燒到7nm製程工藝。
Digitimes日前發表的《DIGITIMES Research智慧型手機AP關鍵報告》報告指出,全球Q3的AP應用晶片出貨量將從Q2的3.787億增長到4.494億,環比增長18.7%。
其中10nm製程工藝的晶片占比從13.2%降至11.2%,而當季7nm製程工藝晶片占比將達到10.5%。
那麼,7nm製程到底是什麼?
概念上來講,所謂10nm、7nm指的均是半導體的「線寬」指標,即集成電路的精細度。
生產工藝越先進、線寬越窄,單位面積的晶片中,就可以整合越多的電晶體,晶片的處理性能也隨之增強,而能耗則隨之降低。
此外,晶片體積也可在原來基礎上進行縮小,以滿足更輕薄化的需求。
就當前的半導體製程工藝而言,「7nm」代表著最先進的一代。
據悉,華為Mate 20系列、華為榮耀Magic2將搭載7nm製程工藝的麒麟980晶片;聯想5G手機、MOTO Z3將搭載7nm製程工藝的高通驍龍855晶片;蘋果新機也將搭載7nm製程工藝的A12晶片;而7nm製程工藝加持的三星Exynos 9820晶片也已投產。
7nm製程晶片的優勢所在
正如上文所述,當前即將發布的旗艦機晶片華為麒麟980、蘋果A12以及高通驍龍855等均基於7nm製程工藝。
無疑,2018年下半年,移動晶片升級換代,將迎來7nm製程工藝。
那麼相較前一代的10nm而言,7nm製程工藝的優勢在哪?
據悉,7nm製程工藝將比10nm省電40%、性能提升20%。
反映在晶片上,正如上文提到過的,即功耗更低發熱量減少、性能更強,以及晶片體積更小可騰出空間容納更大的電池、提升續航能力。
具體而言,結合相關案例、跑分等數據,或可更方便理解。
麒麟980/970/960規格對比
就華為麒麟系列晶片本身來說,麒麟960基於16nm製程工藝、麒麟970基於10nm製程工藝、最新的麒麟980基於7nm製程工藝。
- 麒麟970與麒麟960相比
其中,麒麟970較麒麟960綜合來說,CPU能效提升20%、GPU性能提升20%、功耗降低50%。
具體而言,就此前用戶上傳的Geekbench跑分來看,麒麟970的單核跑分突破2000,多核跑分突破6500;而麒麟960的單核跑分為1941,多核跑分為5996。
可見,麒麟970 CPU跑分的提升幅度並不大,主要應該還是因為其仍然採用與麒麟960相同的CPU架構。
不過得益於10nm製程工藝,麒麟970
CPU能效提升約20%,功耗降低約20%。
GPU方面,麒麟970採用ARMMali-G72 MP12(12個核心)。
相比麒麟960,其性能提升約20%,能耗降低約50%。
此外,麒麟970有NPU加成,在HiAI架構下其AI性能密度大幅優於CPU和GPU,晶片的運算效率被大幅提升,圖像識別與處理的效率提高。
並且,麒麟970採用4.5G LTE技術,支持最高LTE
Cat.18通信規格。
下行峰值速率最高可以達到1.2Gbps,也遠高於麒麟960的600Mbps。
- 麒麟980綜合性能提升明顯
在此基礎上,再看下麒麟980與麒麟970、麒麟960拉開的是怎樣的差距。
目前,麒麟980的完整參數和跑分已曝光。
根據此前流出的安兔兔跑分圖顯示,華為Mate 20跑分高達35萬,相比安兔兔跑分20萬左右的麒麟970,拉開的差距可謂很大。
而從完整參數來看,麒麟980和970之間的差距,又可以說是全方位的。
與上一代麒麟970相比,小編結合參數將麒麟980的進步之處,總結如下:
1.得益於7nm製程工藝,麒麟980在晶片面積與麒麟970相近的前提下,還增加約25%的電晶體(達69億個),電晶體密度也同時增加約55%。
2.首發A76+A55+雙NPU,CPU提升約75%,在能效上提升約58%。
麒麟970使用A73+A53+NPU,2M二級緩存規格;而麒麟980首發A76+A55+雙NPU,128kB二級緩存+4MB三級緩存方案,CPU性能提升明顯。
CPU方面,麒麟980還借鑑聯發科HelioX20/X30三簇集架構的策略,推出智能調度機制。
即採用2超大核(2.6GHz的Cortex-A76)+2大核(1.92GHz的Cortex-A76)+4小核(1.8GHz的Cortex-A55)的全新能效架構。
在能效比方面更加平衡,不會造成性能浪費,又降低功耗。
3.採用Mali-G76GPU,性能提升約46%的,能效大幅提升178%。
麒麟980採用ARM今年6月最新推出的Mali-G76 GPU,Mali-G76 GPU底層架構具備以下優勢:首先,性能密度提高約30%,即在GPU面積不變的前提下,性能提高約30%;或是在性能相同的情況下,可縮小約24%的GPU面積。
其次,得益於架構內功能塊的整合,Mali
G76的微架構效率得以提升約30%。
此外,ARM還特地為Mali G76添加全新的專用8位點積指令,使其機器學習推理性能提高2.7倍。
雖然麒麟980的Mali-G76 MP10的GPU計算核心數量,少於麒麟970的Mali-G72 MP12;且GPU頻率也有所降低(由上一代的746Mhz主頻降為現在的720Mhz主頻),但得益於Mali-G76 GPU在底層架構上的優勢,麒麟980依舊可提升約46%的性能,以及約178%的能效。
4.配備雙NPU單元,AI算力更強。
麒麟970、驍龍845和Exynos 9810都主打AI,但從終端AI性能來看,還是集成獨立NPU單元的麒麟970占優。
而麒麟980的獨立NPU相比麒麟970也有所升級,且搭載雙NPU單元,AI算力顯然更強,將支持更多AI場景,並有更高精度的深度網絡,具備更佳的實時性。
據悉,麒麟980每分鐘圖像識別4500張,識別速度相比上一代提升120%。
5.標配基帶支持准5G(或4.5G),速度達Cat.21(1.4Gbps)。
麒麟980標配的基帶僅支持准5G(或4.5G),速度可達Cat.21(1.4Gbps)。
比麒麟970的1.2Gbps快很多。
另外,5G網絡在國內將於明年開啟試商用(韓國今年12月1日正式開啟5G商用化),華為表示,麒麟980未來可選配(應該是外掛的形式)Balong 5000這款真5G基帶,實現對5G網絡的支持。
6.LPDDR4X-2133內存,有利於進一步提升內存性能。
內存方面,麒麟980和麒麟970一樣,均支持LPDDR4X內存。
不過,麒麟980支持的是目前最高的LPDDR4X-2133高頻內存,帶寬可達34.1GB/s,相比麒麟970其內存性能有所提升。
不過,可惜的是,麒麟980目前未支持UFS3.0快閃記憶體標準。
否則的話,性能和體驗相信將會得到更明顯的提升。
7.配備全新雙ISP,解碼速度提升約46%。
視頻解碼方面,麒麟980配備新的第四代ISP,且是雙單元配置。
相比麒麟970,據說解碼速度提升約46%,同時支持4K60fps視頻解碼、4K30fps視頻編碼(幀數未知)。
綜上可見,與麒麟970相比,麒麟980在製造工藝、電晶體數量、CPU(主頻/緩存)、GPU、基帶版本以及5G網絡支持等方面都有明顯升級。
華為麒麟980/高通驍龍855 /蘋果A12規格對比
上文小編也有提到,華為、高通、蘋果等數十家晶片設計方,都在盯著台積電的7nm製程工藝。
那麼,對比完麒麟980/970/960系列本身後,不妨再來看下,麒麟980和別家晶片的PK吧。
(由於其他7nm製程工藝手機晶片尚未正式發布,因而本文的分析基於已曝光數據及部分預測)
- 麒麟980趕超高通驍龍845
此前,由於發布周期的原因,麒麟970常常和驍龍845對標。
而實際上,麒麟970應該是和驍龍835對標。
因此,麒麟980的發布很大程度上是要趕超驍龍845。
而就當前的數據來看,麒麟980十分有望超越驍龍845。
上文提到,麒麟980被爆出安兔兔跑分約35萬,而驍龍845此前比較好的分數是30萬左右。
就跑分來看,麒麟980勝出。
CPU方面,驍龍845是由Cortex-A75魔改,勝過此前麒麟970採用原生Cortex-A73。
而麒麟980跳過Cortex-A75直接採用Cortex-A76,實現對驍龍845的技術壓制,且具備更為節能省電的優勢。
GPU方面,在麒麟980的發布會上,華為已列出和驍龍845的遊戲性能對比。
以玩NBA 2K遊戲為例,麒麟980的幀率為59,驍龍845的幀率為31。
而在吃雞遊戲中,麒麟980的幀率為60幀,而驍龍845則為48幀。
此外,由麒麟980驅動的智慧型手機還將配備GPU Turbo圖形加速技術。
因而,與Adreno 630 GPU相比,Mali-G76 GPU將更具性能優勢(就遊戲表現來說)。
通信規格方面,麒麟980內置准5G基帶(4.5G),速度可達Cat.21(1.4Gbps),比驍龍845的1.2Gbps要快。
- 麒麟980可能不敵驍龍855
據悉,驍龍855在6月初已開始試產,到今年第四季度將由台積電代工大規模量產,將於年末或明年年初發布。
而近日,Geekbench4上疑似出現「驍龍855」的跑分。
該測試手機被識別為高通msmnile的設備,基於Android9系統、搭載6GB運行內存、八核CPU、小核頻率1.78GHz。
設備跑分單核3697、多核10469。
與驍龍845在Geekbench4中的平均成績(單核2400/雙核8900)相比,增幅分別約54%和20%。
而與華為在IFA上公布的麒麟980在Geekbench4上的跑分(單核3360)相比,高出10%左右。
CPU方面,高通驍龍855的CPU核心還是未知數(或帶來基於Cortex-A76魔改的CPU核心也說不定;此前還有消息稱,驍龍855大核主頻速度為2.8GHz)。
目前僅確定CPU為8核,大核、小核架構及頻率還不確定。
GPU方面,GPU性能一直是麒麟晶片的瓶頸,所以其通常藉助首發ARM最新架構的方式,實現GPU性能的暫時領先。
麒麟980首發ARM最新發布的Mali-G76 GPU亦是如此。
不過,其性能優勢可能最多保持6個月,驍龍855或實現反超。
因麒麟980的GPU本身與驍龍845相比仍舊略弱,在GPU Turbo的加速加持下,才在遊戲性能上得到彌補。
而驍龍855的GPU很可能在驍龍845的基礎上進行升級。
此前有消息稱,驍龍855集成的Adreno 640 GPU性能會比驍龍845高出20%以上。
此外,高通已宣布驍龍855可提供外掛5G基帶,相關技術正在開發中。
驍龍855也將集成NPU神經網絡單元,以支持AI人工智慧加速。
值得一提的是,有消息傳,驍龍855快閃記憶體或將升級到UFS3.0。
如果這是真的,那麼手機的性能將得到明顯提升。
現在的旗艦手機一般都支持UFS2.1,而3.0在速度上要比2.1快一倍,可允許手機更輕鬆地支持4K或8K視頻的拍攝。
- 蘋果A12,不可忽視的存在
從目前的數據來看,驍龍855以及麒麟980爆出的單核跑分,都尚且低於蘋果A11的4000+,而近日被曝光的A12跑分,更是遙遙領先。
據了解,蘋果A12在Geekbench4上的跑分,單核性能4673,多核性能10912。
而其在安兔兔上的跑分也被曝出達到35萬+的高分,相比A11的23萬,整體提升50%左右。
CPU方面,從曝光的細節來看,A12將繼續採用2大核+4小核的設計。
得益於7nm製程工藝的加持,A12的晶片密度較A11將提升1.6倍,晶片的體積尺寸會減小40%。
並且,性能上將比A11提升20%-25%。
GPU方面,單從測試數據來看,A12的GPU性能超過驍龍845近一半,較A11也提升不少。
根據近日曝光的數據,A12在曼哈頓3.0項目中達到130 fps(A11是88 fps);在霸王龍項目中達到254 fps(A11是173 fps)。
另外,A12的多線程相比A11也做出大調整,內置全新的第二代性能控制器,允許2大核和4小核同時工作,可提升多核處理速度,同時也能改善能耗比。
綜合以上信息來看,蘋果A12或許還將是今年最強的晶片。
華為首發7nm製程工藝SoC的「蝴蝶效應」
此次,華為首發7nm製程工藝晶片,對其本身來說,有利於保持半年多的性能優勢,有利於搶占市場份額。
而7nm作為突破10nm效能極限的先進位程工藝,在IFA 2018上得到首發,也意味著2018下半年,智慧型手機進入7nm製程工藝時代。
隨之而來的是各晶片廠商和手機廠商之間的激烈爭奪戰。
對於消費者來說,製程工藝的進步,使得大家將能獲得更加省電、輕薄,性能也更強的手機。
而更具體來說,螢幕解析度、鏡頭像素等提升,也都與手機性能的提升息息相關。
此外,華為作為國產手機廠商率先推出7nm製程工藝的麒麟980,也一定程度上可提升國產晶片的形象。
7nm之後,5nm、3nm還遠麼?
而對於「7nm之後,5nm、3nm甚至更加先進的製程工藝,還會遠麼」的話題,小編認為,科技的進步需要穩紮穩打。
在台積電與三星等大廠的「你追我趕」中,更加先進的製程工藝肯定會到來,但絕非易事。
10nm向7nm的跨步已實屬不易,而隨著摩爾定律接近尾聲,製程工藝進一步的跨越愈加難。
5nm、3nm甚至更加先進的製程工藝的成功商用,將需要更強大的工具、更好的材料(半導體材料的變革)、更多的資本(台積電宣布將投資250億美元研發5nm製程工藝)、更開放的創新等,種種問題需要逐一解決。
例如,台積電CEO魏哲家表示在2019年底或者2020年初,5nm也會投入量產。
不過,並未宣布具體細節,包括預計何時完成研發,何時商用5nm製程工藝等。
小編對此想說,對科技的進步我們懷以敬佩與敬畏之心,任何一步對桎梏的突破都歷經艱辛。
但也真心希望,手機晶片的製程命名是名副其實,而非因一味追求銷量而讓產品性能「被注水」,讓消費者為「不當的言語」買單。
或許,等下個月的Mate20正式發布後,大家心中自有定論。
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