李泽南原创

华为Fellow艾伟:Mate20的心脏——麒麟980性能全揭秘

8 月 31 日,华为在德国柏林的 IFA 上向人们展示了旗下最新 AI 手机芯片麒麟 980 的强大实力。昨天,华为又在上海举行了一场发布会。这一次,我们与华为芯片和硬件的产品和技术规划负责人,华为 Fellow 艾伟聊了聊,深入了解了麒麟 980 更多的细节,以及华为在新一代芯片背后的研发历程。

今天我们看到的麒麟 980 芯片,是华为三年多努力的成果。「从 2015 年麒麟 950 推出时,我们就与合作伙伴一道开始了对 7 纳米 FinFIT 工艺的探索。」艾伟表示。

三年,对于一款采用新制程的芯片来说并不算长。华为表示,麒麟 980 在验证技术之后只有一次修改机会就面临量产了,这意味着几乎不能出错。在这个过程中研究人员花费了大量时间进行验证,幸运的是,今天我们看到的麒麟 980 已经成为了全球第一款 7 纳米手机芯片。

作为为数不多自研芯片的通信厂商,华为对此感到非常自豪。「芯片集成度的创新是所有创新的基础,因为它必须在面积功耗一定的情况下保持性能的提升,为其他东西腾出空间。芯片是唯一一个『反通货膨胀』的行业。」艾伟表示。直到今天,麒麟芯片的发展仍然遵循摩尔定律

麒麟 980 率先搭载了定制化的 Cortex A76 处理器。但并没有将其设置为 Arm 宣称的最高频率(3GHz)。对此,艾伟表示这是基于对功耗的考虑:「首先,7nm 制程在性能上已有很大的提升。但作为一个多处理器的系统,我们主要面临的是散热问题。运行频率和耗电量成正比,跟电压的平方成正比。频率的提升在手机上可能会导致无法接受的发热。」

现在 CPU 的并行效率还并不是很好,经常会出现 APP 无法有效利用全部 8 个 CPU 核心的情况——GPU 就没这个问题:GPU 理论上就是要堆核,这样可以做到让主频降下来,性能却有提升(这也是麒麟 980 在 GPU 上的改进)。

针对这样的情况,麒麟 980 采用了双频率大核加小核的 2+2+4 设计。两个 Cortex A76 核心为 2.6GHz 的高频率,负责处理高强度负载;另有两个 A76 运行在 1.92GHz 的较低频率上,负责处理其他常用负载。这不是华为第一次尝试为同样的核心设置不同运行频率:在 2015 年,华为已在麒麟 930 中尝试过对 Cortex A53 进行了类似的设计。

华为的 CPU 内核设计与 AI 技术带来了 Flex-Scheduling 智能调度机制,在带来强劲性能的同时,同时也可以实现最优能效。

7 纳米+多频率核心,搭载麒麟 980 的手机功耗表现到底会有多大提升?这个或许还要考虑用户对手机的使用习惯。虽然技术每年都在进步,但人们对于手机的使用习惯也在快速的变化当中。华为希望能够保持住「让重度用户满意」的使用体验,然而短视频等新应用的兴起对于手机功耗表现提出了更严苛的要求。

「去年的 4G 套餐只有几个 G,今年各家运营商推出了『不限量套餐』,可以包月 20G 以上。」艾伟介绍道,「我们在测试中也发现:短视频的需要功耗相比看电视剧要大上很多,这意味着我们需要新的工艺来应对这一挑战。」

或许两年前「重度」的标准是每天使用手机 5 个小时,而今天已经变成 7 个小时了——不知不觉中人们的习惯已经出现了变化。这是一个有趣的话题,或许也是一个让我们换机的理由。

麒麟 980 在游戏性能提升的同时,更大幅降低了能耗。

在麒麟 970 上,华为提出了「吓人的技术」:GPU Turbo,它并不是电路级的改进,而是软件优化,这展现出了目前麒麟架构的发展潜力。华为希望随着 HiAI 移动计算架构的发展,让越来越多的开发者们参与进来,发展出更多、更具创新的技术和应用。

「我们希望在未来『吓人的技术』不会是华为出,而是由应用厂商推出的。」艾伟表示,「最近几年来,随着麒麟开放平台的普及。我们希望应用厂商能够更多地使用我们的技术,这样才能让 AI 芯片的能量才能爆发出来。」

华为的 HiAI 平台还在不断的发展中,它不仅面向应用厂商,也面向个人开发者。预计到今年四季度 Mate20 推出时,这个平台上将有 1000 余家合作伙伴。

在即将推出的 2.0 版本中,HiAI 的算子能力将从现在的 97 个增加到 147 个。目前,HiAI 的发展方向着重于计算机视觉:未来的 APP 或许会需要复杂物体识别与 AR 技术的结合,华为正在提升面向对象的视频处理能力,希望开放更强的能力,为应用创造更多可能性。

这次麒麟 980 的双 NPU 设计为视频的实时处理提供了必要条件:其 AI 运算性能提升了一倍多,已可以做到同时在视频场景下对多个物体进行识别的能力了。

作为手机日常使用的核心功能,麒麟芯片也专注于提升拍照性能。麒麟 980 采用了全新第四代自研 ISP,像素吞吐率比上一代提升了 46%,能够分区域调节图像色彩与灰阶。华为称,与麒麟 970 相比,新的芯片支持更多摄像头,可以带来全新的拍照体验。

搭载麒麟 970 的 P20 Pro 已经做到了「全球第一」,即将推出的 Mate20 还要做得更好。

麒麟 980 达成的几个「第一」中,最重要的或许就是「全球最早商用 7nm 工艺的手机 SoC 芯片」了。众所周知,全球芯片制造商目前在推进制程的道路上正在遇到越来越多的困难。华为已表示,麒麟 980 的成本会有提升,这或许会表现在即将推出的 Mate20 手机上。「新工艺的成本肯定是越来越贵的。开发费用折算下来,也会让成本有所提高,」艾伟表示。「未来先进芯片工艺的赛道上不会有现在这么多玩家了,但我们还是希望能让更多的人用上麒麟芯片。」

艾伟表示,此前网上流传的「麒麟 980 研发成本约为 3 亿美元」是个过于低估的数字:「另外,我们在研发中还有一些基础工艺、IP、网络芯片的开发成本被其他项目分摊了。如果没有分摊的话,麒麟 980 的研发成本还会进一步升高。」

华为在 7nm 制程提升的节点再次抢占了第一的位置,而采用新工艺带来的挑战一直很大。」艾伟表示。「未来的 5nm 工艺肯定是越来越难——这意味着再一次使用新材料。我们希望在下一个制程节点能够守住这个第一。」

最后是 5G 网络的问题。华为在推出麒麟 980 的时候宣称其已经准备好了支持 5G 网络的组件,可在未来通过加入 Balong 5000 基带获得完整的 5G 能力。但目前来看,5G 距离正式商用还有一段距离。

「5G 目前还只存在于标准、学术界层面上。」艾伟介绍道。「从现在开始往后看,还需要标准冻结、运营商兼容性测试、外场测试和友好用户商用等几步。这个过程现在看起来会持续到明年下半年以后。我们今天提供的手机芯片解决方案可以支持运营商做手机的外场测试,测试机型将于明年 6 月推出。在这之后才会有真正的 5G。」

在这一番技术解读之后,我们已「提前了解」了第一款搭载麒麟 980 的手机 Mate20 的部分性能。10 月 16 号华为还将带给我们什么惊喜?敬请期待。

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