華為Mate8的處理器究竟怎樣?麒麟950深度解讀

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【IT168 評測】本月初,華為在京召開媒體溝通會,在30多家媒體的見證下,傳聞已久的麒麟950 SOC晶片正式發布,同時,現場也放置了麒麟950的開發板供到場媒體進行體驗。

而我們IT168手機頻道編輯也到場進行了現場體驗,在之前的文章中,我們也對這次麒麟950的初體驗進行了簡單的總結:1.性能的確很強大。

2.封裝面積進一步減小。

3.真的不熱。

而距離麒麟950發布至今也已經過去10多天,目前網絡上關於麒麟950的真實性能眾說紛紜,有人說這是一次國人的驕傲,也有人說麒麟950會被分分鐘秒成渣渣。

今天,我們IT168手機頻道就結合溝通會上給出的數據和會後的專訪為大家總結一下麒麟950究竟是一款什麼樣的產品。

1性能多方面提升

我們知道,SOC不僅僅包含了我們通常說的CPU,還集成了諸如GPU、Modem、ISP、DSP等等組件。

我們需要承認的是,SOC就是一種實力的象徵,目前業界能夠推出移動SOC晶片的廠商並不多,而華為也是為數不多一直堅持走SOC路線的廠商之一。

在此次溝通會的最後,華為也放出了麒麟950 SOC的架構圖。

如下:

通過架構圖,雖然華為沒有給出圖例,但我們也可以看到架構中藍色的部分是此次麒麟950上全新升級的部分,而灰色部分則是之前麒麟晶片已經使用的架構。

此次全新升級的部分包括:CPU、協處理器、GPU、ISP、DSP、內存控制器。

其中CPU、GPU的升級基本遵循了ARM的公版設計,而例如ISP的設計則更多的是華為自主研發的結果。

看到這張圖片想必關注華為的朋友和筆者有一個共同的疑問——Modem為何沒能升級?之前在麒麟920上,華為採用了首款商用CAT 6 Modem,而為何在時隔一年半之後,沒有像高通、三星一樣為我們帶來下行CAT12/上行CAT13的全新Modem呢?關於這一疑問,華為相關人員也給出了答案,我們文章後面詳細說明。

2A72更加適合手機使用?

時下已經商用的稱得上是旗艦手機SOC晶片的基本上只有三款:高通驍龍810、三星Exynos7422和蘋果A9/A9X。

其中前兩款均採用了A57+A53的big.LITTLE架構。

而很多業內人士也之處,ARM推出A57的初衷並不在於將其應用在智慧型手機上,而是旨在利用A57架構打造高性能低功耗伺服器級處理器。

而在去年年初的時候,ARM也推出了基於28nm製程工藝的代號「西雅圖」的A57架構伺服器處理器。

而大家也都知道智慧型手機行業目前還處於一個「硬體為王」的時代。

加之三星在14nm FinFET工藝上的成功,A57架構的手機處理器也「趕鴨子上架」般的閃亮登場,之後就是高通迅速推出基於20nm製程工藝的驍龍810與之對抗。

但A57真的適合智慧型手機使用麼?關於這一問題大家眾說紛紜,在上半年的麒麟935溝通會上,華為也對此發表了自己的看法。

經測試,在28nm製程工藝下,A57架構核心相比於A53架構核心性能提升56%,而功耗則是後者的256%。

在20nm傳統工藝下,性能和功耗不等比的情況也沒有得到很好的改變,由此華為得出的結論為:當時傳統工藝下A57不適合對續航發熱愈發敏感的消費者。

正值當時ARM發布了新的A72架構,並且樣片基於全新的16nm FinFET工藝,在熱效率方面十分優秀。

故華為最終跳過A57架構轉而直接研發A72架構SOC。

(事實上海思早已獲得A57架構授權,並已於去年9月份就已經和台積電聯合開發出基於16nm FinFET工藝的網絡處理器晶片。

)

此次海思推出基於A72架構的麒麟950也是目前業界第一批A72架構智慧型手機SOC(之前高通推出了驍龍620/618,日前高通展示了基於驍龍618的網絡攝像頭)。

相信大家對於A72架構SOC的特性、性能還有些陌生。

筆者在這裡簡單為大家介紹一下:

對於性能方面,ARM官方宣稱A72架構核心性能達到A15架構的3.5倍(數據基於16nm FinFET工藝A72對28nm傳統工藝A15),之前A57相比A15架構性能提升1.9倍(數據基於20nm傳統工藝A57對28nm傳統工藝A15),所以大致可以看出同頻率同工藝的A72核心性能相比A57架構性能應該有大致25%到35%左右的提升。

順便提一句之前ARM官方宣稱A72架構核心處理器已經能夠達到PC級CPU性能,想必大家也不會真的用手機處理器去對比酷睿i7吧。

但能夠接近早期酷睿處理器的性能還是妥妥的。

工藝製程方面,此次麒麟950採用了台積電16nm FinFET+工藝製程。

作為台積電16nm FinFET工藝的首個用戶,華為海思參與了台積電16nm FinFET從研發到流片再到能夠達到量產要求的整個過程。

官方宣稱首次與TSMC在最新工藝的PDK建模、EDA、Lib/IP設計、SoC集成與驗證全流程同步,也就是說基本上麒麟950是伴隨著台積電16nm工藝優化和誕生的。

官方宣稱15年8月麒麟950就已經穩定量產。

所以即將推出的華為Mate 8基本不會因為SoC供貨不足而導致斷貨。

FinFET工藝誕生於上世紀90年代,當時美國政府認為有必要進行25nm以下工藝製程的研究。

因當進入25nm以下會出現傳統工藝柵欄無法有效控制漏電率的問題,此時美籍華人胡正明提出了FinFET技術和FD-SOI技術來解決漏電率的問題。

其中FinFET工藝則是通過改造刪欄形態來控制漏電。

其實晶片的總功耗P=Pswitch(電路聯通時功耗)+Pshort(刪開關的功耗)+Pleak(漏電功耗)。

之所以高通驍龍810會出現運行過程中降頻甚至關閉核心的問題,很大程度上就是因為漏電功耗居高不下,導致整體功耗過高。

甚至整機功耗超過4W也是時有發生的事。

所以有很多人認為驍龍810降頻是為了降溫,其實根本的問題是20nm傳統工藝無法已經無法控制A57架構漏電所帶來的超高功耗。

所以在新一代的SOC晶片中,高通也採用了FinFET工藝。

想要了解更多關於FinFET的故事,大家可以點擊上方麒麟團隊為胡正明教授拍攝的宣傳片。

(PS.胡正明教授也在很長一段時間內任職台積電CTO)。

總體而言,ARM官方宣稱基於16nm FinFET工藝的A72核心相比28nm A15下降75%,相比20nm A57也有50%的下降。

並且採用big.LITTLE大小核架構會更加省電。

這一切的功勞很大程度上都得益於FinFET工藝的成熟。

A72架構除了CPU性能提升、功耗下降之外,還有兩大其他特性。

其中就有CoreLink CCI-500的加入。

CoreLink CCI-500最大的變化就是增加了一個「探聽過濾器」(Snoop Filter),從而使探聽控制不再局限於單個簇內部的CPU之間,可以擴展到整個處理器的所有核心。

之前這一特性僅在高通驍龍805及其後續旗艦SoC晶片中有所體現(高通不採用ARM公版的CCI,而採用自主研發CCI)。

總體而言,CCI-500的加入能夠提升30%的內存性能,讓很多需要大內存吞吐的場景例如4K視頻等場景體驗更好,也能夠進一步解放多核心性能。

但是,通過前面麒麟950的架構圖我們可以看到Cache Coherent Interconnect為灰色。

也就是說麒麟950仍然採用了上一代CCI-400規格。

沒能搭載CCI-500也讓麒麟950 SoC稍顯遺憾。

我們應該明白,華為麒麟走的公版設計道路就意味著處理器性能優勢更多的依靠生產周期,當更多的A72公版設計晶片推出後,麒麟950的優勢也就不復存在了。

相比之下,高通之前一直採用公版+修改的模式效果顯著,在驍龍810上採用公版設計收效甚微後,又在驍龍820上再次回歸Kryo架構,甚至連一直公版擁躉的三星Exynos也在全新的Exynos 8890上採用了自主架構模式。

看來微電子半導體領域的差異化競爭也是十分激烈的。

雖然可預見到在未來的3到6個月內,麒麟950的處理器性能優勢將會逐漸消失,但總體而言,單從CPU性能、熱效率方面,麒麟950都是目前智慧型手機SoC中的翹楚。

這一點毋容置疑。

3沒有火力全開的GPU?

前面我們說到伴隨A72架構的誕生,ARM還帶來了兩大全新特性,其一就是麒麟950沒能用上的CCI-500,而其二則是全新的Mali-T880 GPU顯示核心。

在此次溝通會上,華為毫不避諱的稱之前自家產品在GPU性能方面並不出色,能夠這樣務實的看待自家產品值得很多常常把秒天秒地秒宇宙掛在嘴邊的業界廠商學習。

其實Mali-T880是去年底ARM推出的Mali-T800系列GPU的最新產品,也是ARM目前最高端的GPU顯示核心。

ARM官方給出的數據稱Mali-T880能夠達到1700Mtri/S和13.6Gpix/S的像素填充速度。

這兩項數據均為之前ARM最高端GPU核心T760的1.3倍。

但值得注意的是,這項數據是基於16核心、主頻850MHz的Mali-T880 MP16測試的。

是的,你沒有看錯,Mali-T880能夠做到MP16。

而此次麒麟950上並沒有採用ARM官方近乎瘋狂的Mali-T880 MP16,而是追求高頻少核的策略,採用了主頻900MHz的Mali-T880 MP4四核心GPU顯示模塊。

主要出於減少電晶體數量、降低SoC封裝面積、降低功耗的考慮。

相比之下三星全新的Exynos 8890則採用了Mali-T880 MP12的設計。

麒麟950的溝通會上也給出了幾個測試數據,結合目前現有的旗艦SoC,我們也繪製了表格,來看看Mali-T880 [email protected]的實力如何?

通過表格,我們可以看到,在華為海思官方給出的幾項測試結果中來看,麒麟950的顯示性能相比於之前的麒麟935有著長足的進步,同樣也在聯發科旗艦SoC性能之上。

但相比於驍龍810和三星Exynos7420來看,性能處於持平狀態。

如果高通、三星官方給出的數據沒有太大出入的話,麒麟950的顯示性能應該不敵驍龍820的Adreno530和Exynos8890的Mali-T880 MP12。

不過考慮到後兩者近期不可能有量產機型上市銷售,GPU也面臨著和CPU同樣的境況——優勢僅能夠維持3到6個月左右。

在顯示性能這部分,筆者想說簡單的通過測試軟體分數將麒麟950、高通820、三星Exynos8890進行對比是比較片面的。

GPU性能並不是一個突發事件,而是和CPU運算同樣為持續事件。

如何能夠保證GPU長時間處於高主頻運轉才能夠最終提升遊戲、應用體驗。

在這點上高頻少核的策略優勢就比較明顯,GPU能夠在更長的時間內處於功耗閥值內,從而運行在更高主頻上的時間更多。

以上均為筆者基於理論進行推測的結果,最終是否屬實,還需要拿到真機後進行專項測試。

同時,溝通會上還提及了華為針對GPU在應用層面上的優化。

加入了智能Boost、最優能耗比調度、Android Framework的定製化改進、性能敏感場景的預處理、Xsync、SKIA算法硬化和ART優化編譯等特性,統稱為啟發式智能調度算法。

簡單來說就是提升應用啟動速度、提高日常操作流暢性等。

不知道大家是否注意到兩年前安卓還不是十分流暢時,搭載同樣硬體的Windows Phone 7手機就能夠在流暢性方面超越安卓,這其中就有智能預處理的功勞。

華為也給出了相關數據:在128個常用軟體中,平均啟動速度麒麟950要超越iPhone6s使用的A9處理器。

4自主研發的圖像ISP

其實華為手機在圖像算法方面業界處於領先水平,之前的超級微距、雙攝像頭、流光快門等功能也讓用戶實實在在體驗到了不同於其他家的拍照體驗。

但畫質方面,華為產品在時下旗艦智慧型手機中也的確排不上號。

這其中有諸多原因,例如片面的追求超薄導致壓縮鏡頭厚度從而使得畫質和對焦速度的降低等,這些屬於市場導向方面的偏差。

而華為海思能做的就是自主研發集成ISP。

此次麒麟950上也搭載了新款華為自主研發的集成圖像ISP核心。

其實圖像ISP集成還是外掛這一話題已經持續了好幾年了。

隨著集成ISP性能更加強大、功耗更低,也就漸漸取代了外置ISP。

目前高通在集成圖像ISP領域應該屬於業界領先,不僅在像素吞吐能力方面,還在顯示特性、虛擬現實、增強現實領域有著深入的研究。

而此次麒麟950搭載的圖像ISP華為官方也給出了相關數據:雙核14bit+960MP/s的像素渲染速度。

大家可能對這組數據並不是那麼敏感,筆者簡單解釋一下,14bit指色彩深度,即能夠顯示色彩的細微變化,目前單眼相機也採用14bit的色彩深度。

而960MP/s則指像素渲染速度,以4K 60FPS為例,需要ISP在一秒鐘處理至少3840*2160*60像素。

我們通過和現有高通驍龍810的ISP進行對比可以看到基本上麒麟950和810處於同一水平上,可以說麒麟950的集成ISP起點還是很高的。

溝通會上華為海思也介紹了麒麟950的ISP團隊。

當然,目前麒麟950的圖像ISP更多的是來提升畫質、提升4K視頻錄製播放能力,在例如虛擬現實、增強現實的圖像處理領域還並沒有過多的涉足。

5性能爆表的i5協處理器

時下更多的廠商和消費者都在關注智慧型手機性能的上線,而簡單的能量守恆定律也告訴我們,高性能必然導致高發熱和高能耗。

也就是說當廠商突破功耗這道底線後,高性能基本上通過堆料就可以達到。

而相反,如何能利用更少的電量做更多的事情,才是真正考驗一家半導體公司、智慧型手機廠商實力的事情。

在麒麟950溝通會上,華為海思也提到了在950上,更多的考慮1%電量能做什麼事情,與之而來的就是全新的i5協處理器的加入。

麒麟950上搭載的i5協處理器基於Cortex-M7架構,相比於之前麒麟935上的i3協處理器的Cortex-M3架構性能提升4倍,具備FPU和Cache,最重要的一點能夠將待機功耗從之前的90mA下降至6.5mA。

舉個簡單的例子,一塊1080P螢幕最低亮度待機時功耗基本在90mA左右。

而6.5mA的待機功耗可供3500mAh電池運行500小時。

同時高性能的Cortex-M7也充當了Sensor Hub的功能,能夠實時的處理各個傳感器的信息,再舉個例子:6.5mA功耗能將你一天的路線圖在不知不覺當中記錄下來,能夠監測你步行的速度等等,為智能健康提供了更多更精準的數據。

可以說在協處理器性能功耗方面,麒麟950目前業界領先。

6Modem傳統優勢不再?

前面我們提到,Modem一直是華為的核心競爭力。

而之前麒麟920也是首款商用CAT 6 LTE的智慧型手機晶片,在麒麟950上,業界普遍認為華為海思將集成更強大的Modem模塊使之達到目前業界領先的下行CAT12/上行CAT13規格。

而出人意料的是,此次麒麟950上並沒有對Modem進行革新,有人說華為傳統的網絡優勢已經被超越,事實究竟是否如此呢?體驗會上海思也對此做了解讀。

首先,基本在和麒麟950同期召開的2015全球移動寬頻論壇上,華為展示了最新一代終端晶片解決方案Balong 750.Balong 750是業界首款支持CAT12(DL)/CAT13(UL)通訊晶片,支持2CC載波聚合和4*4 MU-MIMO技術,或者支持4CCA技術。

也就是說Balong 750是目前唯一一款支持4CCA的基帶晶片。

所以說網絡優勢方面麒麟仍舊領跑業界。

但同時華為海思也注意到在很長一段時間內CAT6將會成為運營商的主流規格,並且對於載波聚合來說,動輒20個左右頻段的兩兩組合或四四組合都需要單獨測試,占用更多的手機空間。

加入CAT12規格在今後很長一段時間內僅僅是成本的提升和給手機設計增加難度。

故麒麟950仍然延續了之前的Modem模塊。

(PS.Balong750的封裝面積也是業界領先的。

7總結

從麒麟950發布至今,短短的10天時間,網上關於麒麟950真實性能的討論就從未終止。

而關於其運算性能方面,我們前面也有所總結:麒麟950走的公版設計道路就意味著處理器性能優勢更多的依靠生產周期,雖然可預見的未來3到6個月時間內,麒麟950的運算性能很有可能將被超越,但有那個半導體廠商的產品性能優勢能夠維持6個月以上呢?無論麒麟950是否採用了公版設計,是否會被其他廠商短期內複製,毋庸置疑的是這次麒麟950的運算性能登上登上了2015年的巔峰。

相比於其運算性能,筆者要說的是其在ISP、GPU、Modem方面雖然也有提升,也可以從中看出華為一貫的中庸嚴謹風格,但不可否認的是,在這幾方面,麒麟950提升顯然沒有CPU運算性能提升的那麼猛烈。

例如ISP方面,雖然業界能夠採用獨立ISP的廠商鳳毛菱角,但對於圖像ISP自主研發仍然需要理解與積澱,顯然一口吃不成大胖子,所以筆者也想藉此機會給一些認為麒麟950秒天秒地秒宇宙的機油們潑潑冷水,麒麟950亮點頗多,但也不是沒有短板。

而隱藏在SOC背後的東西華為並沒有多說,例如高通、三星目前主打的VR等,這些小特性的深入研究也能給產品帶來不一樣的差異化競爭力。

如何能夠利用現有的性能優勢打造出更多的引領業界的創新是華為目前亟待解決的問題。

華為海思也說到:微創新始終成為不了一個技術驅動型廠商的核心競爭力,如何能夠將自身優勢最大化,創造出引領業界的創新才是海思下一步要思考的問題。

我們在期待麒麟950最終產品問世的同時,也更加期待後續產品能夠帶來一些不一樣的東西。

8麒麟950的另外小特性

LPDDR3/4 Combo:麒麟950是目前為數不多的支持LPDDR3/4 Combo內存控制器的SOC晶片。

這也意味著麒麟950也會更多的應用在小內存1080P解析度螢幕的中端機型上。

未來不僅有4000元檔位的Mate 8,也會出現2000元甚至1500元檔位的性能小鋼炮產品。

全面進入VoLTE時代,並帶來「悅音」體驗:眾所周知,三大運營商目前正在逐步測試、試商用VoLTE技術。

VoLTE顧名思義就是語音業務也可以在4G網絡上承載。

和之前的CSFB不同,不會出現語音網絡回落找網的尷尬,而相比於SGLTE也擁有更低功耗的優勢。

華為已經成為首批中移動Volte認證廠商。

而華為也在自己的設備上加入「悅音」技術。

將傳統的GSM傳統語音音域頻譜擴展100%,採樣率提升100%。

也就是說通話聲音更加連續同時聲音層次感也更加豐富。

該技術主要依託於4G更寬的頻譜,未來也很有可能推廣到更多的廠商當中。

9體驗會精彩Q&A回顧

同時,此次麒麟950體驗會後的專訪環節也是爆料頗豐,華為Fellow艾偉、華為終端有限公司手機產品線副總裁李小龍和台積電業務開發出資深處長尉濟時博士也回答了現場媒體的多個敏感問題,在文章的最後筆者就為大家總結一下此次溝通會上精彩的Q&A。

Q:華為是否還會延續公版設計,例如高通、三星目前採用的優化公版架構的方式華為是否會考慮?

A:智慧型手機SOC還會堅持公版設計,但也會對優化公版架構進行布局。

Q:麒麟晶片後續有何布局?

A:所謂的麒麟960已經在研發當中,麒麟970已經開始立項研究。

(後續命名未必是麒麟960/970。

)

Q:台積電16nm FinFET+工藝是否成熟,是否會出現產能不足的情況?

A:目前台積電16nm FinFET+工藝生產線已經有超過30個客戶,在16年底會突破100個客戶。

良率方面早已滿足量產需求。

並且16nm FinFET+工藝在很多方面和28nm、20nm傳統工藝上擁有相同性,台積電在這兩代工藝上擁有相當多的經驗和產能,所以16nm FinFET+工藝不會拖產品整體產能的後腿。

Q:相比於三星14nm FinFET工藝,台積電16nm FinFET+有何優勢?目前蘋果A9/A9X處理器同時採用了這兩家作為代工廠商,三星代工產品在性能續航方面相較台積電有所差距原因在哪?

A:並不能評價競爭對手的工藝,但也要強調的是,台積電在16nm FinFET+工藝的研發過程中發現設計規則由28nm的10000條左右整張至40000條左右,並且也需要克服由於例子污染帶來的矽純度不穩定和金屬互聯的不確定威脅。

這也是台積電為何對自己16nm工藝有信心的原因。

Q:有傳聞稱高通將在驍龍820上採用三星14nm FinFET工藝,台積電對於這個傳統客戶的選擇有何看法?

A:無法評價高通選擇誰作為代工廠商,但需要強調的是,高通仍然是台積電的重要客戶,並且高通越來越注重中低端SOC的市場份額,而這些晶片也在使用28nm台積電工藝。

Q:對於即將發布的華為Mate 8,有何能夠分享的?

A:關於Mate 8的相關信息,都不能在這裡分享,但提醒大家,將於本月26日上海舉行新品發布會,屆時也希望大家關注。


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