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“记录,就是用来被打破的”:华为麒麟990堆103亿晶体管重构5G

时间:2019-09-06 作者:邵乐峰 阅读:
2017年,麒麟970,全球首发集成AI NPU单元,成为首个人工智能移动计算平台,开启端侧AI新纪元;2018年,作为华为历史上投入最多、创新力度最大、成本最高、挑战最大的人工智能手机芯片,华为麒麟980横空出世,并创下“六个全球首款”的历史记录。然而,“记录,就是用来被打破的。”
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过去两届IFA上,华为麒麟芯片的每一次首发亮相都会成为全球焦点。fUqEETC-电子工程专辑

2017年,麒麟970,全球首发集成AI NPU单元,成为首个人工智能移动计算平台,开启端侧AI新纪元;2018年,作为华为历史上投入最多、创新力度最大、成本最高、挑战最大的人工智能手机芯片,华为麒麟980横空出世,并创下“六个全球首款”的历史记录。fUqEETC-电子工程专辑

然而,“记录,就是用来被打破的。”fUqEETC-电子工程专辑

一年后的2019年9月6日,华为消费者业务部CEO余承东在IFA2019大展上再次宣布全新麒麟990系列,包括麒麟990和麒麟990 5G两款芯片,并进入大规模量产阶段,即将于9月19日发布的华为年度旗舰Mate 30系列,将成为首款搭载990芯片的智能手机。fUqEETC-电子工程专辑

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全球首颗5G SoC手机芯片

与麒麟980搭配Balong 5000提供5G手机解决方案截然不同,麒麟990首次实现了对5G基带芯片的集成,是全球首款全集成5G SoC芯片,从而能有效避免外挂5G基带所产生的高功耗,更好地保障续航能力。数据显示,麒麟990不但支持5G NSA/SA制式和TDD/FDD全频段,还取得了5G上行速率1.25Gbps/下行速率2.3Gbps的成绩。fUqEETC-电子工程专辑

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麒麟990率先支持5G双卡,一卡5G上网的同时,另一卡可接听VoLTE高清语音通话,实现业界最佳5G双卡体验。此外,麒麟990 5G实现业界最佳5G能效,相比传统的4G SoC+5G Modem的解决方案,功耗表现优20%,带来更长效持久的5G体验。fUqEETC-电子工程专辑

5G商用初期,由于网络覆盖不完善,5G还面临着弱信号场景联接不稳定、功耗较高、高速移动场景联接体验不佳等挑战,影响用户的上网体验。基于在5G领域的技术积累,麒麟990 5G全面升级5G通信实力。在5G信号较弱的场景下,麒麟990 5G推出智能上行分流设计,在视频直播、短视频上传等应用场景同时使用5G和4G网络,上传速率提升5.8倍,优化5G上行体验;为解决5G带来的功耗问题,麒麟990 5G率先支持BWP(Bandwidth Part)技术,在5G大带宽条件下实现带宽资源的灵活切换,与业界主流旗舰芯片相比,5G功耗表现优44%,带来更长效的5G体验;面向高速移动场景,麒麟990 5G支持基于机器学习的自适应接收机,实现更精准的信道测量,下行速率提升19%,实现稳定的5G联接。fUqEETC-电子工程专辑

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除了提供增强的个人移动体验之外,5G还肩负着改变社会的重要使命,驱动移动通信与各行各业相结合,构建万物互联的智能世界。5G时代,组网方式有SA(独立组网)和NSA(非独立组网)两种选择,但NSA只实现了超高带宽,只有SA才能更好地实现低时延和海量连接。而低时延和海量连接,正是整个行业实现数字化、智能化的必然需求。近日,工信部也表示自2020年1月1日起,申请入网的5G终端需要同时支持独立组网和非独立组网(SA和NSA)。综合来看,NSA是5G初期的过渡方案,成熟的5G解决方案必须具备同时支持SA和NSA的能力。fUqEETC-电子工程专辑

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集成103亿颗晶体管是怎样的一种体验?

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。截至目前,华为麒麟已经拥有两枚7nm SoC—麒麟980和麒麟810,成为全球首个同时拥有两款7nm高端芯片的手机品牌。fUqEETC-电子工程专辑

而在7nm工艺基础之上,麒麟990采用了TSMC 7nm+ EUV制造工艺,相比上一代可将性能提升20%,功耗降低20%,板级面积降低36%,晶体管密度提升1.5倍,成为世界上第一款集成超过100亿颗晶体管的移动终端芯片,远超上一代980芯片69亿颗晶体管的集成度规模。fUqEETC-电子工程专辑

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麒麟990芯片此番并没有采用外界传闻的Arm Cortex-A77架构,而是继续沿用了980上所使用的2大核(Cortex-A76@2.86GHz)、2中核(Cortex-A76@2.36GHz)、4小核(Cortex-A55@1.95GHz)三档能效架构设计。相对于传统的大小核两档位设计,采用了智能调度机制(Flex-Scheduling)的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。但990中所使用的A76架构并非简单套用980设计,而是有针对性的进行了深度定制优化,从而使990单核性能提升10%,多核性能提升9%,大核/中核/小核能效分别提升12%、35%和15%。fUqEETC-电子工程专辑

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GPU方面,麒麟990在980采用的10核Mali-G76 GPU基础上进行了升级,采用16核Mali-G76 GPU,使性能提升6%,能效提升20%。同时,全新系统级Smart Cache分流,支持智能分配DDR数据,在重载游戏等大带宽场景下带宽较上一代最高可节省15%,功耗可降低12%,进一步提升GPU能效。fUqEETC-电子工程专辑

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针对游戏场景,麒麟990 5G推出Kirin Gaming+ 2.0,基于性能、能效强大的CPU、GPU与DDR芯片,Kirin Gaming+ 2.0推出高性能、高能效、高画质游戏解决方案,实现业界顶级游戏体验。Kirin Gaming+ 2.0的核心技术是全新升级的AI调频调度技术,在CPU、DDR系统调频调度中全新引入GPU融合调度,并加入游戏关联线程优化技术,动态感知性能瓶颈。不仅如此,Kirin Gaming+通过对100万帧以上的游戏画面大数据进行学习,建立了精准的Kirin Gaming+游戏性能功耗模型,将性能功耗调度细化到游戏每一帧画面中,游戏帧率稳定60帧,每帧负载调频准确性提升30%。同时,麒麟990 5G支持HDR 10特效,游戏画质更高清,游戏体验更加真实沉浸。fUqEETC-电子工程专辑

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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990采用全新升级第五代自研ISP,搭配全球首发手机端BM 3D专业图像降噪技术,像素吞吐率比上一代提升5%,能效提升15%,相片降噪30%。fUqEETC-电子工程专辑

基于ISP的能力升级,麒麟990 5G支持全新炫酷Face AR。通过从摄像头捕获的人脸图像数据和基于NPU运行的神经网络算法,Face AR能够对人脸进行建模、实时跟踪、表情捕获,并且可以进一步分析出人脸信息背后的诸如心率、呼吸率等健康数据,提供围绕人脸的丰富的AR增强现实体验,探索AR应用的更多可能。fUqEETC-电子工程专辑

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990全球首发双域(空域+时域)联合视频降噪技术,辅之以此前的视频专用Pipeline“处理流水线”技术共同提升视频清晰度,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。fUqEETC-电子工程专辑

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地表最强AI

今年6月,华为在8系列手机SoC芯片麒麟810中首次采用自研达芬奇架构NPU,实现业界领先端侧AI算力,在业界公认的苏黎世联邦理工学院推出的AI Benchmark榜单中,搭载麒麟810的手机霸榜TOP3,堪称华为AI芯片的“秘密武器”,达芬奇架构功不可没。fUqEETC-电子工程专辑

达芬奇架构是华为在2018年推出的全新自研AI计算架构,基于其灵活可裁剪的特性,华为面向全场景推出昇腾(Ascend)系列芯片,可用于小到几十毫瓦,大到几百瓦的训练场景,横跨全场景提供最优算力,而此次麒麟990 5G搭载的正是面向智能手机场景的Ascend Lite和Ascend Tiny。fUqEETC-电子工程专辑

在麒麟990芯片中搭载达芬奇架构NPU自然并不令人感到意外。但与之前的不同之处在于,麒麟990 5G首次采用了创新设计的NPU大核+NPU微核架构,NPU大核针对大算力场景实现卓越性能与能效,业界首发NPU微核赋能超低功耗应用,充分发挥全新NPU架构的智慧算力。fUqEETC-电子工程专辑

数据显示,在双大核NPU(Ascend Lite*2)加持下,麒麟990 5G实现业界最强AI算力,与业界其他旗舰AI芯片相比,性能优势高达6倍,能效优势高达8倍,持续刷新端侧AI的算力高点。无论是在业界典型的中载神经网络模型ResNet50(用于检测、分割和识别),还是在移动端更流行的轻载神经网络模型MobilenetV1(用于分类、检测、嵌入和分割)下,麒麟990 5G的FP16和int8性能和能效均达到业界最佳水平。业界首发NPU微核(Ascend Tiny)赋能超低功耗应用,在人脸识别的应用场景下,NPU微核比大核能效最高可提升24倍,让AI运算更省电。fUqEETC-电子工程专辑

基于麒麟990 5G的AI强劲算力,过去很多受限于功耗和算力的应用都将成为可能。麒麟990 5G使能AI多人实时换背景,通过先进的AI多实例分割技术,能够将视频画面中的每一个人物主体单独识别出来,实现多人物视频拍摄替换背景,甚至可以选择画面中需要保留的人物,让视频应用充满更多想象。AI视频超分能够基于麒麟990 5G的AI智慧,还原老旧设备拍摄的视频画质,画面瞬间达到高清质感。fUqEETC-电子工程专辑

随着AI+5G时代的到来,轻量化、免安装、跨平台和更多的交互体验将成为未来应用的发展趋势,这也要求手机芯片具备5G芯端云一体化的AI能力,以及大数据、平台化等更多创新技术集群。基于华为推出的全新达芬奇架构NPU和HiAI Foundation芯片能力开放,麒麟平台将持续为开发者提供更强大的端侧算力,充分激发端侧AI的运算潜能。此次,麒麟990 5G也将为HiAI 2.0开放平台注入新的能量,助力开放能力进一步升级——支持300+算子,业界最多;提供完备的IDE工具,Android Studio插件,支持代码自动生成,提高开发效率;提供达芬奇架构IR开放,支持业界主流框架对接,实现更加完备的兼容性,让算法开发者保持原有的开发习惯,在HiAI平台上自动获取加速能力,为开发者提供更强大的工具链,探索AI+5G应用的无限可能。fUqEETC-电子工程专辑

责编:Yvonne GengfUqEETC-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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