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华为麒麟980,恐怖的岂止是性能……

时间:2018-09-07 作者:邵乐峰 阅读:
儒雅、极具绅士风度的华为Fellow艾伟在日前2018麒麟芯片媒体沟通会上,并没有使用“性能非常恐怖”这样的词语来描述麒麟980。但作为华为历史上投入最多、创新力度最大、成本最高、挑战最大的最新一代人工智能手机芯片,麒麟980创下的“六个全球首款”,包括……

“麒麟980的立项时间是2015年,历经36个月+的研究与开发,共有1000多位高级半导体专家参与,进行了超过5000次的工程验证,投入远远超过外界所说的3亿美元”。华为Fellow艾伟日前在2018麒麟芯片媒体沟通会如是说。5L1EETC-电子工程专辑

儒雅、极具绅士风度的艾伟并没有使用“性能非常恐怖”这样的词语来描述麒麟980。但作为华为历史上投入最多、创新力度最大、成本最高、挑战最大的最新一代人工智能手机芯片,麒麟980创下的“六个全球首款”,包括全球首款商用7nm手机SoC芯片;全球首款ARM Cortex-A76架构CPU;全球首款双核NPU;全球首款Mali-G76 GPU;全球首款1.4Gbps Cat.21调制解调器;全球首款支持2133MHz LPDDR4X的手机SoC芯片,是足以让国人感到自豪的。5L1EETC-电子工程专辑

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艾伟称,整个麒麟980研发团队面临的最大挑战来自两方面:一是在三年前就要准确判断出7nm制程能不能在2018年10月这个时间点量产,如果芯片因为7nm的技术问题未能量产,那么就会造成很大的产品事故;二是尽管2015年就开始立项,2016年完成定制特殊基础单元构建高可靠性IP论证,2017年进入SoC工程化验证,但如果去掉早期芯片验证的时间,实际剩下的量产周期仅约半年左右。这意味着华为只能允许一次投片修正,否则就会影响芯片的正常流片、量产和终端适配,造成产品延期上市甚至是项目失败。5L1EETC-电子工程专辑

全球首发7nm工艺手机芯片

先进工艺是性能体验和能效体验的基础。对于手机芯片来说,制程工艺直接影响到性能和功耗表现。与当前业界普遍采用的10nm制程工艺相比,麒麟980采用的TSMC 7nm制造工艺可将性能提升20%,能效提升40%,晶体管密度提升到1.6倍。5L1EETC-电子工程专辑

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在制程工艺升级演进的同时,伴随而来的是对芯片设计的挑战升级。从芯片工艺上看,7nm相当于70个原子直径,逼近了硅基半导体工艺的物理极限,麒麟980想要在针尖上翩翩起舞,还需要克服复杂的半导体技术效应及晶体管本身的三维电阻电容带来的影响,其挑战之大超乎想象。5L1EETC-电子工程专辑

为此,华为芯片团队不但提前3年就启动了7nm新工艺基础研究,还基于CPU、GPU、NPU、ISP、DDR设计了全系统融合优化的异构架构,在不到1平方厘米面积内集成69亿晶体管,放入更强劲的CPU、GPU、DDR、更智慧的NPU、更领先ISP、更快速的Modem,打造卓越能效比,实现性能与能效的全面领先。5L1EETC-电子工程专辑

CPU,“两档”换“三档”

当代人无时无刻不在使用手机,对操作的流畅性和APP响应的及时性也提出新的要求。于是,不断突破性能极限、挑战更快的运行速度,成了手机SoC的重要任务之一。5L1EETC-电子工程专辑

Flex-Scheduling智能调度机制是Kirin 980 CPU子系统的最大亮点之一。麒麟研发团队不但在全球首次实现基于Cortex-A76的开发商用,还创造性地设计了2超大核(基于Cortex-A76开发)、2大核(基于Cortex-A76开发)、4小核(Cortex-A55)的三档能效架构。相对于传统的大小核两档位设计,三档能效架构提供了更为精确的调度层次,让CPU在重载、中载、轻载场景下灵活适配,大大降低了CPU在实际综合业务场景下的功耗,力求让用户获得更高性能体验的同时获取更长的续航体验。5L1EETC-电子工程专辑

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麒麟980还在业内首次商用Mali-G76 GPU,与上一代相比性能提升46%,能效提升178%。并同时引入AI调频调度技术,能够实时学习帧率、流畅度和触屏输入变化,预测手机任务负载,动态感知手机使用过程中存在的性能瓶颈,及时进行调频调度。尤其在游戏场景下,使用AI调频调度技术预测游戏每帧负载,预测准确性相对于传统预测方法可以提升30%以上,有效提升了游戏平均帧率,大幅降低游戏抖动率,减少游戏卡顿,为手游用户带来操作流畅、不卡顿的卓越游戏体验。以3D手机游戏NBA2K18为例,麒麟980平均帧率接近60FPS,游戏整体体验远超业界同期水平,让手机轻松驾驭重载大型游戏,带来满帧畅爽游戏体验。5L1EETC-电子工程专辑

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全新升级第四代自研ISP,用慧眼看到更美的世界

作为手机日常使用的核心功能,拍照能力的提升一直是麒麟芯片关注的重点。为了追求更美、更清晰的成像世界,麒麟980采用全新升级第四代自研ISP,像素吞吐率比上一代提升46%,能够分区域调节图像色彩与灰阶;与麒麟970相比,支持更多摄像头,适配多摄像头带来全新拍照体验。推出全新HDR色彩还原,能够分区域调节图像色彩,实现照片色彩与细节的平衡。5L1EETC-电子工程专辑

针对暗光拍摄场景,麒麟980采用全新Multi-pass多重降噪技术,精准降低夜景照片中的噪点,细节保留更加完整,夜拍效果更加通透清晰。运动场景下大幅提升跟踪准确率,在拍摄运动中的人物时,人脸识别检测率提升至97.4%,清晰捕捉每一个精彩瞬间。5L1EETC-电子工程专辑

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在拍摄出好看的静态照片之后,越来越多用户开始将目光转向手机视频,尤其是随着短视频应用的全民普及,用户对手机拍摄视频的需求也在与日俱增。为了提升用户的视频拍摄体验,麒麟980采用视频专用的Pipeline“处理流水线”技术提升视频清晰度,视频拍摄时延降低33%,用户得以脱离沉重的专业级摄像器材,用手机就能轻松拍出清晰的视频大片。5L1EETC-电子工程专辑

“慧眼2.0”时代

在双核NPU的移动端最强算力加持下,麒麟980能够实现每分钟识别4500张图像,识别速度相比上一代提升120%,多人姿态估计实时帧率高达30FPS。5L1EETC-电子工程专辑

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因此,无论是表演节奏感极强的舞蹈,还是在镜头前快速跑步,麒麟980都能够实时绘制出人体的关节和线条。强大的物体检测能力可以准确识别多种物体,并可以做到拍照预览的实时物体跟踪,实现了从图像识别到物体检测的跨越。5L1EETC-电子工程专辑

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麒麟980的AI算力提升,也为“手机拍照”带来更多可能。继2017年麒麟970人工智能技术将手机拍照逐步向“慧眼”阶段演进后,。时隔一年,麒麟980又带来了“慧眼2.0”。这是一个在手机视觉入口处提供“感知、测量、认知、计算”的端到端完整解决方案,人工智能技术深度参与视觉处理的各个环节,通过后台基础算法的极大提升和流程优化,让用户明显感知到体验的大幅增强。5L1EETC-电子工程专辑

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在AI能力上,麒麟980提供高精度人脸识别与肢体检测识别,结合自研ISP的图像处理算法,使得在暗光夜晚和白天高动态场景下,都能准确识别拍摄主体和运动对象,并且保持着每秒30帧实时跟踪运动主体。此外,精细化的视频分割、主体抠图等能力,也极大丰富了小视频类应用的创作灵感。更为重要的是,华为对第三方APP开放上述能力,加上具备不间断执行各种AI任务的基础能力,构成了“慧眼2.0”的核心。5L1EETC-电子工程专辑

麒麟980支持Caffe、Tensorflow、Tensorflow Lite等主流框架,具有强大的深度学习框架兼容性,达到业界领先水平;提供了离线编译、在线编译、8bit量化等一系列完整工具链,既可以大大降低端侧模型部署的工程难度,还可以利用NPU差异化优势发挥出最强算力; 支持CPU、GPU、NPU、DSP等的异构计算,方便深度学习算法在麒麟980的自动灵活调度执行。5L1EETC-电子工程专辑

为了更好的推进端侧AI发展,继2017年推出HiAI移动开放平台,并面向全球开发者及合作伙伴开放之后,华为此次正式推出HiAI生态2.0,带来更加强劲的AI运算力,提供更加丰富的接口、算子和简单易用的开发工具包,大幅缩短AI应用的开发周期,提升开发集成效率。开发者和合作伙伴将在更强大的AI算力环境下,以更加便捷的方式进行应用开发。5L1EETC-电子工程专辑

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5G手机解决方案呼之欲出

随着手机用户在移动端使用APP的时长不断增加,无论是游戏、视频等娱乐性应用,还是支付、导航、搜索等生活类应用,都越来越依赖于手机,而在此背后,快速、稳定的网络是用户流畅体验的基础。5L1EETC-电子工程专辑

麒麟980此番在全球率先支持LTE Cat.21,支持业界最快的下行1.4Gbps速率,更灵活的应对全球不同运营商的频段组合,为广大消费者提供在不同的运营商网络下的高速体验。5L1EETC-电子工程专辑

实时在线类应用尤其在线大型游戏,对移动通信网络的信号强弱的感知非常敏感,为了给手机用户提供更加稳定、流畅的游戏体验,麒麟芯片团队深度挖掘高铁、地铁、高速公路、密集商业区等全场景下影响游戏体验的通信问题,100多位深度游戏玩家在全球50个重点城市测试30000多小时,找到了移动通信下的游戏体验的问题所在。针对这些问题,麒麟980进行了专项优化,有效降低了游戏时延,减少了游戏卡顿,移动网络下的游戏表现更稳定。手机用户可以在各种复杂通信场景下,拥有更畅快的游戏体验。5L1EETC-电子工程专辑

此外,麒麟980配套使用全球最快的手机WiFi芯片Hi1103,全球率先支持160MHz带宽,理论峰值下载速率可达1.7Gbps,是业界同期水平的1.7倍,带给用户高速的WiFi联接体验,在公共场所及家庭、企业场景下,都能让手机用户享受“快人一步”的WiFi上网体验。5L1EETC-电子工程专辑

同时,Hi1103支持业界领先的L1+L5双频GPS超精准定位,L5频段下定位精度提升10倍,有效改善手机定位精准度,让用户在地形复杂的城市峡谷及高架道路等地区使用地图导航时,能够免受“路痴”困扰,精准到达目标地点。5L1EETC-电子工程专辑

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麒麟980在伪基站防御方面的能力进一步提升。2G伪基站主要通过干扰正常通信,让用户驻留在2G网络,以发送诈骗短信等来实施诈骗。2016年,麒麟960发布了基于通信基带处理器的防伪基站技术,可以在通信底层对基站进行甄别,拒绝与伪基站通信,从源头切断伪基站可能带来的诈骗电话和垃圾短信。5L1EETC-电子工程专辑

当前,伪基站攻击方式出现了新升级,不仅可通过短信嗅探、监听用户的正常通信,还可以充当用户和真实基站之间的“中间人”,将用户信息通过伪终端传递给真实基站,让用户在不知情的情况下,遭受信息安全的威胁,甚至带来财产损失。5L1EETC-电子工程专辑

针对新出现的伪基站攻击方式,麒麟980进一步在芯片层面增加了安全机制,全面升级了识别2G伪基站的技术,同时业内率先支持识别4G伪基站,提升用户在移动通信网络下的安全能力,大大降低了受诈骗的概率,保护用户的财产和信息安全。5L1EETC-电子工程专辑

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此外,华为还宣布麒麟980支持5G。麒麟980与5G芯片Balong 5000相结合提供5G手机解决方案。5L1EETC-电子工程专辑

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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