綜合報導:華為麒麟970詳解,人工智慧的手機晶片

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作者: 芯智訊

來源:在麒麟970發布之前,華為就曾多次為其造勢,稱之為「人工智慧處理器」。

確實此次發布的麒麟970也集成了NPU(Neural-Network Processing Unit)即神經網絡處理器。

德國當地時間9月2日下午1點,華為在柏林IFA2017大展上舉辦新品發布會,正式發布了傳聞已久的新一代旗艦級晶片——麒麟970,同時這也是全球首款內置神經元網絡單元(NPU)的人工智慧處理器。

台積電10nm工藝加持,性能大幅提升

根據資料顯示,麒麟970採用了台積電10nm工藝,面積約100平方毫米,其中集成了55億個電晶體,作為對比,此前的驍龍835是31億顆,蘋果A10則是33億顆,足見麒麟970的複雜度更高。

具體參數方面,正如之前外界所傳聞的那樣,麒麟970採用ARM Cortex-A73四核+Cortex-A53四核的架構,大核主頻為2.4GHz,小核主頻為1.8GHz,雖然CPU內核沿用了之前麒麟960的架構,不過得益於10nm工藝的加持,麒麟970的能效相比麒麟960提升了20%。

GPU方面,麒麟970採用的是ARM最新推出的Mali-G72 MP12。

根據此前ARM的資料顯示,基於Bifrost架構的Mali-G72實現了多種創新,相比上一代的Mali-G71,性能提升了40%、能效提升25%、每平方毫米的晶片面積效能提升20%,同時機器學習效率提升17%。

具體到麒麟970的GPU(Mali-G72 MP12)性能上,比麒麟960(Mali-G71 MP8)提升了20%,能效比提升50%。

在視頻編解碼方面,麒麟970開始首次支持HDR10,支持[email protected]視頻解碼以及[email protected]視頻編碼。

集成NPU人工智慧晶片

在麒麟970發布之前,華為就曾多次為其造勢,稱之為「人工智慧處理器」。

確實此次發布的麒麟970也集成了NPU(Neural-Network Processing Unit)即神經網絡處理器。

從技術角度看,深度學習實際上是一類多層大規模人工神經網絡。

它模仿生物神經網絡而構建,由若干人工神經元結點互聯而成。

神經元之間通過突觸兩兩連接,突觸記錄了神經元間聯繫的權值強弱。

每個神經元可抽象為一個激勵函數,該函數的輸入由與其相連的神經元的輸出以及連接神經元的突觸共同決定。

為了表達特定的知識,使用者通常需要(通過某些特定的算法)調整人工神經網絡中突觸的取值、網絡的拓撲結構等。

該過程稱為「學習」。

在學習之後,人工神經網絡可通過習得的知識來解決特定的問題。

由於神經網絡計算的類型和計算量與傳統計算的區別,導致在進行神經網絡計算的時候,傳統CPU、DSP甚至GPU都有算力、性能、能效等方面的不足,所以激發了專為神經網絡計算而設計NPU的需求。

我們的手機晶片目前有CPU、GPU、DSP都可以做運算,但是根據高通是數據顯示,同樣的一個算法在GPU上速度要比CPU快4倍,如果在DSP上則要比CPU快8倍。

在能效方面,GPU運算要比CPU節省8倍,DSP則可節省25倍。

但是,如果集成專用的NPU來做神經網絡運算則能效會更高。

根據此前寒武紀團隊公布的數據來看,其 「寒武紀一號」(代號DianNao,為單核處理器,主頻為0.98GHz,峰值性能達每秒4520億次神經網絡基本運算,65nm工藝下功耗為0.485W,面積3.02平方毫米)平均性能已超過主流CPU核的100倍,但是面積和功耗僅為1/10,效能提升可達三個數量級;與主流GPU相比性能相當,但是面積和功耗僅為其百分之一。

根華為介紹,麒麟970集成的NPU專用硬體處理單元,設計了HiAI移動計算架構,其AI性能密度大幅優於CPU和GPU。

相較於四個Cortex-A73核心,處理相同AI任務,新的異構計算架構擁有約50倍能效,以及25倍性能優勢,面積只有CPU的1/2,運算能力達到了1.92T FP16 OPS,圖像識別速度可達到約2000張/分鐘。

根據華為公布的數據顯示,識別同樣的200張照片,CPU需要120秒,而其NPU只需6秒,速度達到了CPU的20倍。

並且其NPU識別1000張照片僅消耗0.19%電量。

同時華為宣布將把麒麟作為人工智慧移動計算平台開放給更多的開發者和合作夥伴,讓開發者利用麒麟970的強大AI算力,開發出更具想像力和全新體驗的應用。

可以看到,麒麟人工智慧移動計算平台除了支持caff、coffe2,還包含了對Google TensorFlow等神經網絡和模型框架的支持。

基帶突飛猛進:支持1.2Gbps

雖說很多手機CPU都是拿的ARM的內核來做,但是要把它們整合優化好並不是一件容易的事。

而如果要自己來做手機通訊基帶晶片的話,則更是難上加難。

因為這塊的技術壁壘、專利限制和資金投入需求更大。

早在2009年10月,華為推出了業界首款支持TD-LTE的多模終端晶片「Balong 700」。

2012年巴塞隆納MWC大會上,華為發布業界首款支持LTE Cat.4的多模LTE終端晶片Balong 710,下行速率達到150Mbps,並整合在麒麟910系列處理器中。

2014年華為又推出麒麟920,整合基帶Balong 720,全球率先支持Cat.6 300Mbps。

此後的麒麟950也依然沿用的是Balong 720。

2015年,華為展示了Balong 750,全球範圍內第一個支持了LTE Cat.12、Cat.13 UL網絡標準,理論下載速率高達600Mbps,而上傳也達到了150Mbps,與高通的驍龍X12相當。

去年發布的麒麟960搭載的正是這款基帶,同時還告別祖傳的55NM外掛基帶,真正實現了則全網通(開始支持CDMA)。

而此次發布的麒麟970則更是令人意外,其基帶可以支持LET Cat.18(4.5G,Pre 5G),支持3CC CA,4×4 MIMO以及256QAM,能夠將數據的傳輸效率最大化,超過了高通去年推出的千兆級基帶晶片驍龍X16,達到了與高通最新發布的驍龍X20一樣的1.2Gbps的下載速率。

而且還會在高通驍龍X20之前商用。

此外麒麟970還支持雙卡雙4G雙VoLTE,並內建TEE和inSE安全引擎,擁有更高的安全性。

自主雙ISP

手機拍照性能是近兩年華為手機的主打功能。

而要想拍出好的照片,不僅要有好的鏡頭,還需要強大的ISP(圖像信號處理)。

眾所周知,CPU負責處理通用邏輯數據,GPU則負責處理圖像方面的多媒體數據,ISP則是負責處理拍照模組反饋的信息,也是另一顆重要的處理器。

當相機打開快門的瞬間,光線透過鏡頭、光圈之後,折射並傳遞到攝像頭感光元件(CMOS)上,產生光電效應,這個時候CMOS傳感器就會將這些數據傳遞到ISP進行處理,最終將電信號轉化為肉眼可見的數碼相片,顯示在螢幕上。

整個過程中,ISP起到關鍵作用,不僅僅需要準確還原CMOS上得到的數據,還要對部分有瑕疵和損壞的數據(例如噪點、亮度衰減、膚色蒼白)進行算法優化。

麒麟970相比原來的麒麟960的單IPS,升級成了華為自主設計的雙ISP。

雙核ISP架構相比單核ISP也有明顯的優勢。

兩個ISP核心可分工合作,一個用來負責實時預覽,也就是我們看到螢幕的取景畫面,另一個負責拍照。

如果單ISP就需要同時負責預覽和拍照,則反應速度會下降,功耗也會提升。

根據華為公布的數據顯示,新的雙IPS可以帶來更快的響應速度,數據吞吐量提升25%,相應時間提升15%;快速對焦,支持四種混合對焦模式;支持運動檢測,實時識別運動速度並對焦拍攝,同時支持人臉追焦技術;支持增強降噪及低光增強,可以使夜景拍攝效果更自然通透。

小結:

通過前面的關於麒麟970的四大主要提升的介紹,我們不難看出,麒麟970相比上一代的麒麟960確實有很大的提升。

不論是CPU性能、GPU性能還是功耗方面都有了不小的提升。

特別是基帶方面的提升,確實稱得上是突飛猛進,1.2Gbps的下行速率不僅追平了高通最新發布的驍龍X20以及7月底曝光的三星最新的基帶,成為了全球第三款支持1.2Gbps下行速率的晶片,而且麒麟970還將搶先於高通、三星之前率先實現商用。

這也意味著華為首次在基帶技術上追上了高通。

華為宣布10月16日在德國慕尼黑將召開新品發布會,Mate 10、Mate 10 Pro將作為麒麟970的首發機型登場。

更為令人興奮的是,麒麟970還集成了NPU,成為了全球首款人工智慧處理器,當然雖說初期這其中會有些噱頭,但是相信隨著後續更多應用的接入,對於智慧型手機用戶來說,還是會帶來實際體驗的大幅提升。

目前智慧型手機是全球數量最為龐大也是用戶最多的智能終端產品,同時也是人們每天使用最為頻繁的智能設備,強大的感知能力和人工智慧加入將會使得智慧型手機成為人們的得力「助手」。

毫無疑問,在智慧型手機的端上部署人工智慧已是大勢所趨。

這一次,華為走在了前面。

強勁中國芯!華為麒麟 970 正式發布

愛范兒

從 Android 和 iOS 智慧型手機爆發開始,手機的硬體配置也在以迅雷不及掩耳的速度在快速疊代。

伴隨著智慧型手機的軍備大戰,高通驍龍、德州儀器 OMAP、三星 Exynos、英偉達 Tegra、蘋果 A 系列、華為麒麟、聯發科 Helio 等 SoC 品牌也逐漸為普通消費者所知曉。

大浪淘沙,在多年的智慧型手機 SoC 廝殺中,有的品牌已經退出了這個市場,而有的則以自己特有的姿勢在這個市場站穩了起來。

前者的代表是德州儀器,而說起後者的代表,華為麒麟可算一個。

華為作為國產廠商中少有的技術流,其麒麟處理器頗受關注。

但早期,麒麟處理器受到的爭議也同樣不少,主要集中於一些關鍵技術指標,如製程工藝、處理器架構、圖形處理能力等,均非行業頂級。

這一情況在麒麟 950/960 處理器發布後得到了逆轉。

憑藉著不錯的性能表現和 Mate 系列的銷量,麒麟處理器也開始在高端市場逐漸站穩了腳跟。

就在剛才,華為在 IFA 上發布了最新的旗艦 SoC 麒麟 970。

和傳聞的一樣,麒麟 970 採用了四個 Cortex-A73 核心@2.4GHz 和四個 Cortex-A53 核心@1.8GHz 的架構,製程工藝為台積電 10nm,包含 55 億電晶體,作為對比,驍龍 835 是 31 億顆電晶體,蘋果 A10 是 33 億顆電晶體。

不過,根據華為的說法,麒麟 970 的功耗下降 20%,晶片面積小 40%,但性能比前代麒麟 960 強了 20%。

此外,麒麟 970 也支持 LPDDR4X 內存和 UFS 2.1 存儲。

當然,這是理論情況。

麒麟 970 的 GPU 為 Mali-G72MP12。

GPU 核心數達到了駭人聽聞的 12 個。

具體的頻率暫不得而知。

需要注意的是,這是 Mali-G72MP12 GPU 的首次商用。

麒麟 970 還採用了雙 ISP,進步主要在於運動檢測和低光拍攝。

而余承東還在微博上表示,該雙 ISP 還支持人工智慧場景識別、人臉追焦、智能運動場景檢測。

網絡支持上,麒麟 970 採用 4.5G LTE 技術,支持目前全球最高的 LTE Cat.18 通信規格,實現了業界最高的 1.2Gbps 峰值下載速率,能在全球範圍內實現各運營商的最高速率組合。

同時該 SoC 內建 TEE 和 inSE 安全引擎,擁有更高的安全性。

視頻方面,這款處理器支持 HDR10,支持 [email protected] 視頻解碼,[email protected] 視頻編碼。

總的說來,麒麟 970 的 CPU 和 GPU 各項參數比起已經發布的競品互有勝負,但麒麟 970 最大的亮點應該是專門搭載的 NPU。

麒麟 970 是業界首顆帶有獨立 NPU 專用硬體處理單元的手機晶片。

據稱,麒麟 970 的 NPU 運算能力達到了 1.92T FP16 OPS,該單元創新設計了 HiAI 移動計算架構,其 AI 性能密度大幅優於 CPU 和 GPU。

華為終端官方微博稱,相較於四個 Cortex-A73 核心,處理相同 AI 任務,新的異構計算架構擁有約 50 倍能效和 25 倍性能優勢,圖像識別速度可達到約 2000 張/分鐘。

華為表示,用戶需求推動科技進步,應用場景促使 AI 發展。

麒麟 970 作為人工智慧移動計算平台,他們將開放給更多的開發者和業界合作夥伴。

在發布會的最後,余承東正式宣布,首款搭載麒麟 970 的終端產品華為 Mate 10 將會於 10 月 16 日在德國慕尼黑髮布。

有了如此強勁的內在,Mate 10 在與其它頂級旗艦過招時會更遊刃有餘。

這也更讓人期待驍龍 845 以及 Exynos 下一代旗艦 SoC 的表現。


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