103億電晶體！華為麒麟990來了，全球首款旗艦5G SoC

智東西9月6日報導，剛剛華為消費者業務CEO余承東在德國柏林IFA 2019國際電子消費品展覽會上正式推出了其首款集成5G通信模塊，並採用全新達文西架構NPU的手機晶片——麒麟990 5G以及支持4G版的麒麟990。

今天這場發布會備受關注，麒麟9系列晶片是華為手機的旗艦晶片，也是華為每年手機晶片的重中之重，而今年麒麟990又因為集成了5G模塊而備受關注。

華為麒麟990這款晶片發布的時間也非常微妙，主會場是在德國IFA 2019發布，但在國內華為設置了第二現場同步發布。

就在麒麟990發布兩天前，也就是在9月4號，三星搶先宣布發布其首款內置5G基帶晶片的一體化處理器Exynos 980，採用8nm工藝製造。

值得注意的是，三星的Exynos 980將在今年年底開始批量生產，2020年可落地到5G終端中。

三星這一舉動被認為是截胡華為麒麟990。

而在兩周之後，蘋果新一代旗艦手機晶片也即將發布。

麒麟990打出四個首款旗號：

1、業內首款7nm EUV（極紫外光刻）工藝，集成了103億個電晶體。

2、業內首款旗艦5G NSA &SA 手機SoC。

3、業內首款16核Mali-G76 GPU。

4、業績首款 大-微架構NPU。

此外，麒麟990在CPU、GPU、NPU、工藝製程、通訊基帶、性能、功耗、以及AI模塊都有了大幅度的性能升級。

余承東在現場還明確說到，麒麟990晶片將搭載於13天之後即將在德國發布的華為Mate 30系列上。

接下來，讓我們詳細解讀下，麒麟990晶片的四大重要升級。

7nm EUV工藝，集成103億電晶體！摩爾定律到底死沒死？

去年麒麟980首發了7nm工藝製程，此次麒麟990的4G版依然採用了7nm工藝。

但麒麟990 5G版的工藝製程則升級為7nm EUV，這也是當下最先進的製造工藝。

雖然麒麟990晶片內集成的電晶體數量，從麒麟980的69億躍升為103億，數量增加了上一代的49%。

但由於採用新的工藝製程，板級面積最大降低36%，讓其尺寸依然保持和上一代一樣的14mm*14mm，余承東說比指甲蓋還要小一點。

電晶體數量越多意味著晶片的運算速率越快。

越小的製程能夠帶來越強的性能、越低的功耗和散熱以及更小的晶片尺寸。

因此，製程之間的差異甚至直接影響著兩個晶片之間的性能、功耗等參數。

對比一下：華為麒麟980中集成了69億個電晶體，麒麟970中集成了55億個；蘋果去年推出的A12中集成了69億個電晶體，A11中則集成了43億個電晶體。

高通的驍龍855則沒有透露電晶體數量。

雖然，蘋果在去年年底推出的A12X晶片同樣採用了7nm製程，集成了100億個電晶體，但這款晶片僅搭載於iPad Pro上，沒有用於手機產品上。

麒麟990全新採用的7nm EUV工藝相比於7nm有哪些優勢呢？

EUV（Extreme Ultraviolet Lithography）又稱極紫外光刻，是一種採用13.5nm長的極紫外光作為光源的光刻技術。

相比於現在主流光刻機用的193nm光源（DUV技術），新的EUV光源能給矽片刻下更小的溝道，從而能實現在晶片上集成更多的電晶體，進而提高晶片性能，繼續延續摩爾定律。

隨著半導體工藝的發展，晶片電晶體的面積和密度越來越接近物理極限，DUV技術在製造晶片時會產生嚴重的衍射現象，難以推進著製程工藝的進步，因此EUV技術就成為突破這一瓶頸的關鍵。

首個集成5G基帶的量產的手機SoC

本次發布會最大的亮點之一就是麒麟990集成5G基帶，成為了業內首款發布並量產的手機5G SoC晶片。

余承東說，麒麟990的5G模塊是真正融入到了麒麟990 5G晶片中，而不是簡單地封裝到一起，通信模塊和CPU、GPU共享著麒麟990的內存。

相比於外掛5G基帶方案或者簡單地封裝方案，功耗更低，數據傳輸速率更快。

在5G通信方面，麒麟990 5G的下行峰值速率達到了2.3Gbps，上行峰值速度達到了1.25Gbps。

對於用戶來說，幾秒鐘下載2G內容，頃刻間可以把高清音樂和視頻下載完畢。

今年1月24日，華為正式發布5G基帶晶片巴龍5000，在Sub-6GHz（低頻頻段，5G的主用頻段）頻段實現4.6Gbps，在毫米波（高頻頻段，5G的擴展頻段）頻段達6.5Gbps。

針對於外場通信環境的挑戰，麒麟990 5G採用帶寬分配技術（BWP技術），在輕負載數據下功耗可下降44%，比其他方案功耗優化高了20%。

同時，針對兩個重點場景高速移動和5G信號覆蓋弱的區域，利用AI技術進行了深度優化。

1）針對高速移動場景，麒麟990 5G基於機器學習技術採用了自適應的信號接收機制，加強波形束縛，利用機器學習技術進行信道匹配，讓手機在移動過程中，自動選擇最佳的5G信道。

余承東說，這一技術在實際測試下，在每小時120公里的運動速率下，5G下行速率可以提升19%。

2）針對5G信號較弱的區域，對於上行要求比較高，麒麟990 5G採用了智能上行分流設計。

在接入網NR上行資源受限時，上行速率仍可以提升5.8倍。

達文西架構加持下NPU全新升級，AI性能翻倍

在AI性能上，麒麟990相比於上一代也有了重大升級。

華為將此次發布會定義為「重構」，其中非常重要的一點就是在NPU上。

余承東說，如果將麒麟970的AI能力定義為1的話，麒麟980的AI能力提升了88%，而麒麟990的AI能力則提升了47%。

作出這一解決的數據來源，並非華為自己提供的，而是來自第三方測試機構AI Benchmark。

首先，是在架構上的升級。

麒麟990的NPU架構採用了華為自研的達文西架構。

去年，華為推出達文西架構的雲端AI晶片昇騰Ascend 910和昇騰Ascend 310，今年6月21日，華為首次將達文西架構落地於終端晶片，推出了7nm製程的麒麟810。

此次達文西架構落地於麒麟990，則宣告著華為正式在手機旗艦晶片中使用自研達文西架構。

而此前的兩代產品，麒麟980和麒麟970的NPU則採用的是寒武紀的IP核。

麒麟990增加了一個微核NPU設計。

麒麟990 5G採用了兩個大核NPU+1個微核NPU設計；麒麟990則少了一個大核NPU，採用1大核+1微核的方案。

余承東說，之所以採用這個微核的設計，是因為一些應用對AI算力要求沒有那麼大，微核的功耗更低。

他現場以大車和小車拉貨物做比，用大車拉小貨物就是浪費資源。

那麼微核功耗低到什麼程度呢？大核和微核的功耗相差24倍。

假如只用微核進行工作，同一部手機下，一天的耗電量還不到手機的5%。

其次，麒麟990支持華為HiAI開放架構2.0、支持谷歌Tenorflow、Android NN。

在全新的架構模式下，麒麟990支持300多個算子，比上一代的麒麟980多了近100個。

同時，麒麟990還支持了90%的視覺計算神經網絡，涵蓋了目前所有開源的網絡模型，比如VGG、Resnet、VDSR、Deeplab等。

在AI算力的大幅度提升下，麒麟990在應用上也擁有更強大的能力。

比如，實時視頻多實例分割。

也就是說，在開視頻的情況下，可以實時針對視頻中的人、不同物體進行識別和分割。

現場，余承東進行了Demo演示。

在視頻中，用戶可以實時改變視頻背景，可以將多人中的一個人放到螢幕另一邊，或者隨意進行縮小和放大，而這些都是在實時狀態下實現的。

8核CPU、16核GPU，性能翻倍

除了在5G、AI、晶片製程上的升級，麒麟990在CPU、GPU、ISP、快閃記憶體規格上都有重要升級。

這樣讓搭載麒麟990的設備，可以擁有更優秀的應用體驗。

1、8核CPU架構，主頻升級

在基礎性能方面，CPU對於SoC性能影響至關重要。

手機幾乎所有的運算操作都需要依靠一個強大的處理器來支持完成。

在跑分測試里，處理器性能也是占據了相當大的一部分比例。

影響處理器性能的，一是核心數量，二是核心架構差異。

去年，麒麟980的CPU架構上進行了重大升級，採用2超大核+2大核+4小核共計8核的配置，首發全球首款基於ARM Cortex-A76打造的CPU。

此次麒麟990 5G的CPU此次依然保留了2超大核+2大核+4小核配置，仍基於ARM Cortex-A76和Cortex-A55兩款IP核打造，但在頻率上有所提升。

具體配置如下：2大核(Cortex-A76 [email protected])+2中核(Cortex-A76 [email protected])+4小核([email protected])，能效提升分別提升12%、35%、15%。

2、GPU升級為16核，圖像處理能力強悍

在圖形處理方面，GPU比處理器性能更重要，是直接決定手機能否流暢運行大型遊戲的關鍵因素。

決定GPU表現的參數則跟處理器相似，架構和運算單元數量決定其性能。

麒麟990的GPU架構依然採用和麒麟980一樣的ARM Mali-G76架構，但核心數從10升級為16核。

在核心數大幅度增加下，麒麟990的圖像處理能力也有了大幅度提升，性能提升6%，能效提升20%。

在應用體驗上，麒麟990還為重載遊戲設計了智能緩存技術，面向CPU、GPU和內存之間的通信，可以進一步降低功耗，節省15%帶寬。

配合著華為軟體層面上的Gaming+技術，GPU在遊戲時候圖像處理更加優秀。

3、自研ISP 5.0，兩大降噪殺手鐧

目前手機晶片高度集成，除了傳統的CPU、GPU之外，還集成了ISP（圖像傳感處理器）和DSP（圖像處理器晶片）兩部分。

這兩個部分與攝像頭、傳感器、廠商調教等一起影響著手機成像水平。

在ISP方面，華為也早已具備自研能力，在麒麟990上已經是華為自研的5.0版本。

麒麟990的ISP性能也是非常強大，吞吐率15%，能效15%，照片降噪能力30%，視頻降噪20%。

同時，麒麟990還支持4K 60幀視頻拍攝。

值得一提的是，在麒麟990上，華為首發了兩個降噪技術，一個面向圖像降噪，一個面向視頻降噪。

要知道降噪是圖像/視頻處理領域很基礎、很熱門，但也很難的問題，在實際產品中極少見到降噪技術的應用。

（1）全球首發在手機端的BM3D（三維塊匹配）專業圖像降噪技術

BM3D算法是單眼相機上非常有名的降噪算法。

其工作原理是，先把圖像分成一定大小的塊，根據圖像塊之間的相似性，把具有相似結構的二維圖像塊組合在一起形成三維數組，然後用聯合濾波的方法對這些三維數組進行處理。

最後，通過逆變換，把處理後的結果返回到原圖像中，從而得到去噪後的圖像。

該方法確實有效，擁有較高的信噪比，視覺效果也很好。

業內不少研究者提出了很多基於BM3D的去噪方法，比如基於小波變換的BM3D去噪、基於Anscombe變換域BM3D濾波等等。

（2）雙域聯合視頻降噪技術

視頻畫面中的噪聲主要來自兩個維度：空間域和時域。

空間域噪聲指的是，一幀圖像內的噪聲，即同一幀內在不同位置上分布的噪聲；視頻中的噪聲在空間域上的表現就是同一時刻不同位置上出現的噪聲。

時域噪聲指的是，在幀與幀之間的噪聲，即不同幀之間同一位置上分布的噪聲；視頻中噪聲在時域上的表現就是同一位置噪聲不停的閃爍。

在麒麟990上，華為推出了雙域聯合視頻降噪技術，在空間域的基礎上疊加了頻域（信號是由哪些單一頻率的信號合成的，頻域實際上是時域信號進行傅立葉變換的數學結果），然後再和時域進行結合。

視頻降噪不僅是視頻處理一個非常基本也非常實用的問題，不僅涉及到圖像/視頻處理的基本功底，同時也非常考驗算法優化能力及工程實現能力，只有對算法有深刻理解才知道如何優化算法，當然也只有對OpenGL和工程實現有深刻理解才明白如何進行性能優化。

在這一技術的加持下，在應用方面，搭載麒麟990的手機可以探索全新的ISP+AI應用。

4、5G網絡下，存儲標準升級為UFS 3.0/UFS 2.1

5G到來後，除了對核心CPU處理器的要求提升之外，還對手機存儲速度有了更高的要求。

打個比方，如果在消防員的高壓水槍前面安裝了一個奶茶吸管粗的出水口，出水量肯定不夠大。

5G網絡下的快速網絡上傳和下載能力就像一個猛烈的高壓水槍，而手機的存儲速度就像前面的出水口。

因此，為了更好地適應5G網絡的速度，5G手機必須標配UFS 3.0。

UFS 3.0的雙通道設計可以最高達到23.2 Gbps的傳輸帶寬。

手機從存儲中讀取內容或寫入內容的速度，影響遊戲或應用加載的速度或將視頻文件複製到存儲所需的時間。

麒麟990上支持UFS 3.0和UFS 2.1存儲標準，UFS 3.0是迄今為止最新的存儲標準，於2018年1月30日發布。

UFS的全稱是Universal Flash Storage，是一種設計給予數位相機 、智慧型電話等消費電子產品使用的通用快快閃記憶體儲規範，由固態技術協會JEDEC權威發布。

UFS 快閃記憶體的不同標準，代表著存儲技術的不同等級。

按照公開的測試數據，UFS 3.0 快閃記憶體（512GB 容量）的順序讀取速度可高達 2100 MB/s、寫入速度高達 410 MB/s，隨機讀速 63K IOPS、寫速 68K IOPS，較 UFS 2.1（1TB）分別提升了1.1 倍、0.58 倍、0.09 倍和 0.36 倍。

除了能使信息、資料以更快速度讀取和寫入，UFS 3.0 的功耗也更低。

手機SoC進入5G集成新時代

麒麟990 5G是目前業內實現量產的首款集成5G模塊的手機SoC。

從今天麒麟990的發布來看，麒麟990的各項性能指標重新樹立了行業標杆，同時，定義了未來一年旗艦手機性能風向。

麒麟990的發布也預示著，手機SoC進入5G集成新時代。

接下來，手機晶片行業將進入激烈的你追我趕狀態。

兩周後即將發布的蘋果A13將搭載在新一代iPhone上亮相，從目前釋放的消息來看，A13也許不會集成5G模塊，但其性能提升依然值得期待。

今年年底高通的新一代手機旗艦晶片驍龍系列將推出新品，在5G晶片上，高通擁有驍龍X50和X55兩款產品，X50今年採用外掛形式，已經用在中興、OPPO、vivo、小米等廠商的5G手機上，而年底的驍龍旗艦晶片是否會集成5G模塊，以及會是X50還是X55都備受矚目。

三星方面，雖然此次搶先華為率先宣布其首款內置5G基帶晶片的一體化處理器，但確宣布在今年年底開始批量生產，2020年可落地到5G終端中。

因此，三星Exynos 980正式量產出貨也將成為行業聚焦點。

此外，已經推出5G基帶晶片的聯發科和紫光展銳的動作，也將成為產業焦點。

結語：狂飆突進的麒麟晶片

兩年前，華為的麒麟970可以說是打出了業內「手機AI晶片」的第一槍，也引發了整個AI晶片行業的討論。

去年麒麟980的發布，更是在架構和性能上再次驚艷眾人。

此次，麒麟990帶來了更多驚喜，在性能提升的同時，也實打實地讓我們看到了AI算力加持下，更多強大的應用得以在終端實現。

眾所周知，今年華為遇到了前所未有的坎坷，在晶片研發方面更是遇到了巨大阻礙。

不過，今天麒麟990的發布，讓我們看到華為依然在世界先進手機SoC的賽道上一路狂奔，狂飆猛進。