華為麒麟980淺析:「梭哈」自研SoC的勝利,只待Mate20證明自己

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雷鋒網消息,在昨晚的IFA大會上,華為消費者業務CEO余承東面向全球推出了全新處理器麒麟980。

海思半導體一直是華為的關鍵戰略組成部分,它使華為將自己與其他依賴高通等SoC供應商的公司區分開來。

當然這種策略是一把雙刃劍,「梭哈」麒麟SoC意味著晶片的設計必須正確,否則會讓華為手機反陷於不利的競爭地位。

此前的麒麟950是一款令人印象深刻的晶片,它應用了當時最先進的台積電16nm FF+工藝和Cortex A72架構,這一強強聯合賦予了麒麟950強大的競爭力,為華為帶來了豐厚的回報。

而後來的麒麟960和麒麟970則展示了這一策略的風險一面。

麒麟960是一款使用16nm FFC工藝(比16nm FF+工藝差一些)製造的SoC,被同期使用10nm LPE製程的高通驍龍835和三星Exynos 8895占據了主導地位;麒麟970雖然換用了台積電10nm工藝,但卻只使用了Cortex A73架構,而驍龍845則為從Cortex A75優化而來的Kryo 385架構。

此外這兩代麒麟處理器的GPU能效也受制於孱弱的Arm Mali G71/G72架構而缺乏競爭力。

此次在設計麒麟980時,華為又再次處於一個非常有利的位置上,Arm全新的Cortex A76和Mali G76架構在能效方面均有很大飛躍,而台積電也在全力推進其7nm製造工藝。

正如昨天發布會上所見,麒麟980使用了Cortex A76+Cortex A55的DynamIQ CPU集群以及Mali G76 GPU集群。

在以往的設計中,一個集群中的幾個核心都運行在相同的時鐘和電壓上,如果有一個高性能線程需要高性能狀態,其他線程也要跟著提升頻率,能效比被迫被拉低。

而此次海思半導體充分利用了Arm的新DSU集群及異步CPU配置,將麒麟980中Cortex A76架構的高性能CPU集群細分為兩組,各自運行在不同的頻率和電壓上,可有效提升實際使用時的能效比。

兩組Cortex A76 CPU中,高頻率的一組運行在2.6GHz頻率上,比Arm此前公布的3GHz目標要低不少,但高於此前預測的2.5GHz保守頻率。

儘管如此,全新的CPU架構仍然帶來了顯著的性能改進,Cortex A76在2.6GHz頻率下的表現仍然非常出色。

另一組Cortex A76 CPU的運行頻率為1.92GHz,這應該是一個很好的能效比平衡點,兩組核心可根據不同使用場景靈活調用。

緩存方面,所有Cortex A76都帶有推薦的512KB L2緩存配置,而A55則採用128KB緩存。

在雷鋒網此前分析Cortex A76的文章中曾提到過,在最新的DynamIQ群集配置中,L2緩存是每個CPU核心獨占的。

DSU中的L3緩存則為4MB共享式設計,容量為驍龍845的兩倍。

CPU性能提升75%,能耗比提升58%

華為表示麒麟980相比麒麟970可獲得75%的性能提升,能耗比則比麒麟970提高58%。

華為演講中的PPT腳註顯示其能效數據基於Dhrystone,而Dhrystone非常專注於考研CPU核心,相對在內存等其他方面不會給SoC帶來太大的壓力。

麒麟980使用的Big.middle.little三層結構也帶來了調度方面的複雜性,海思半導體表示其採用了一種新的「靈活調度」機制,但遺憾的是目前尚無更多細節。

在真正拿到第一台麒麟980設備之前,關於性能和功耗的數據僅限於數據估算。

經過一些簡單計算後,麒麟980的性能和功耗表現基本與此前Arm發布Cortex A76架構時推測的情況相差無幾。

2.6GHz的Cortex A76性能達到或超過2.7GHz的三星Exynos 9810並無問題,相比驍龍845則可領先30%左右

而7nm工藝下,麒麟980的2.6GHz的Cortex A76核心功耗甚至低於1.8GHz的三星Exynos 9810,能耗比冠絕全場。

10核心Mali G76≥20核心Mali G72

麒麟980也是第一款採用Arm全新Mali G76 GPU的SoC。

雷鋒網在此前分析Mali G76時曾提到,Mali G76與以往的Bifrost架構有很大的不同,它極大地改變了核心的內部結構。

Mali G76為了提高架構的性能和面積效率,將GPU內的基礎計算模塊的規模增加了一倍,單個EU內擁有8組FMA和ADD/SF流水線。

實際上,一個Mali G76核心的運算資源相當於兩個Mali G72核心。

在紙面上,麒麟980的Mali G76 MP10可能乍一看比麒麟970中的Mali G72 MP12要小,但實際上它相當於Mali G72 MP20,也就是運算資源擴充了66%,這還不包括新架構的運算效率改進。

麒麟970的GPU頻率高達747MHz,但此頻率下的能耗比表現不佳,導致在實際使用中往往由於功耗和發熱較大而不得不降低運行頻率。

據海思半導體透露,麒麟980的GPU頻率為720MHz,性能相比麒麟970提升46%,能耗比則大幅提升178%。

若以行業中常用的GFXBench曼哈頓測試為基準,經過一些簡單計算後可得出以下數據:

雖然根據Mali G76規模的不同,以及不同的測試對像素填充率和算術邏輯運算的負載不同,所得出的測試結果也不盡相同,但不得不說,至少在GFXBench曼哈頓測試這個基準下,麒麟980的絕對性能相較於驍龍845的Adreno 630來說仍然有所不及

不過,麒麟980的GPU能耗比確實有了相當的飛躍,華為給出的178%也與在之前分析Mali G76時的推測基本相符。

如果在實際設備上也是這樣的水平,則意味著麒麟980跳脫了此前Mali G71/G72的大坑,可持續功耗水平恢復到了麒麟950的良性水平。

更快的內存控制器

麒麟980使用了LPDDR4X內存控制器,並聲稱在業內第一個支持了2133MHz內存,帶寬增加13%。

麒麟970的缺點之一是內存控制器在較高頻率下非常耗電,希望麒麟980可以解決這一問題,在高頻率下保持較高的效能。

華為在發布會上公布了一些內存延遲和帶寬數據:在GeekBench 4測試中,麒麟980的延遲為138ns,驍龍845則為176ns。

不過這些數據的參考性有待確認,因為麒麟970和驍龍835的延遲也在138ns左右,並且三星Exynos 9810的表現比它們都要好,其延遲只有78ns。

新的ISP及其成像特性

麒麟980使用了全新的ISP,圖像處理吞吐量提升46%,能夠支持更高解析度的攝像頭數據。

新ISP的改進之一是引入用於HDR的10bit圖像處理流水線,這是今年SoC中普遍增加的特性,但由於實際手機產品在色彩管理和螢幕兩方面跟進不足,這一能力實際上很少使用。

新ISP的另一改進是支持「多通道降噪」技術,這聽起來很像今年驍龍845中引入的多幀降噪功能,其降噪基於時間幀而不是空間像素,降噪效果更好且沒有模糊的副作用。

此外新ISP還有一個新的視頻編碼管道,可降低33%的視頻捕獲延遲

不過,麒麟980的視頻編碼能力仍然維持在4K@30fps水平上,這對於一款全新SoC來說是一個競爭劣勢。

全新雙核NPU,吞吐量*2

麒麟980繼續改進其神經網絡推理加速架構,並推出全新雙核NPU。

新的雙核NPU仍然每次只處理一個模型內核,這意味著單個模型推理的速度可以被加倍。

華為表示,麒麟980的全新雙核NPU比麒麟970的NPU快2.2倍,每分鐘可實現4500次推斷。

更快的Cat.21 4G基帶和Balong 5000 5G基帶

麒麟980中的全新Cat.21 4G基帶支持4x4 MIMO、1.4Gbps下載速率和2x2 MIMO、200Mbps的上傳速度,同時支持5CA、256QAM、3x載波聚合,堪稱5G到來之前的最強基帶。

除了4G基帶之外,華為還談到了可與麒麟980配套使用的Balong 5000 5G基帶,這種搭配就如同下一代高通驍龍SoC將配套X50基帶一樣。

不過華為沒有透露關於二者配套的細節,只是稱我們將在明年某個時候看到使用麒麟980+ Balong 5000的設備。

1732Mbps高速WiFi模塊

在以往的SoC中,華為通常會使用博通的WiFi模塊。

博通一直被認為是行業領先的,市場上的大部分旗艦設備中用的都是博通的WiFi解決方案。

不過此次麒麟980齣人意料的使用了全新Hi1103 WiFi模塊,支持802.11ac標準、2x2 MIMO和160MHz頻寬,速度高達1732Mbps。

同時Hi1103還支持L1+L5雙頻GPS定位,L5頻段下定位精度可提升10倍。

萬千光環集於一身

之前的麒麟960和麒麟970由於工藝和架構的劣勢,在市場競爭中受到很大影響。

這次的麒麟980希望能夠解決這些問題,在各方面都有重大改進,使用了台積電最新的7nm工藝、Arm最新的CPU架構Cortex A76和GPU架構Mali G76,再加上內存控制器、ISP、NPU等模塊的改進,使麒麟980看起來確實是一款非常均衡的SoC,在市場上處於極佳的競爭地位。

首部搭載麒麟980處理器的智慧型手機Mate 20將於10月16日推出,應該是一款值得期待的設備。


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