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不吹不黑 解读华为麒麟950实力究竟几何

  【IT168 评测】本月初,华为在京召开媒体沟通会,在30多家媒体的见证下,传闻已久的麒麟950 SOC芯片正式发布,同时,现场也放置了麒麟950的开发板供到场媒体进行体验。而我们IT168手机频道编辑也到场进行了现场体验,在之前的文章中,我们也对这次麒麟950的初体验进行了简单的总结:1.性能的确很强大。2.封装面积进一步减小。3.真的不热。而距离麒麟950发布至今也已经过去10多天,目前网络上关于麒麟950的真实性能众说纷纭,有人说这是一次国人的骄傲,也有人说麒麟950会被分分钟秒成渣渣。今天,我们IT168手机频道就结合沟通会上给出的数据和会后的专访为大家总结一下麒麟950究竟是一款什么样的产品。

1性能多方面提升

  我们知道,SOC不仅仅包含了我们通常说的CPU,还集成了诸如GPU、Modem、ISP、DSP等等组件。我们需要承认的是,SOC就是一种实力的象征,目前业界能够推出移动SOC芯片的厂商并不多,而华为也是为数不多一直坚持走SOC路线的厂商之一。在此次沟通会的最后,华为也放出了麒麟950 SOC的架构图。如下:

不吹不黑 解读华为麒麟950实力究竟几何

  通过架构图,虽然华为没有给出图例,但我们也可以看到架构中蓝色的部分是此次麒麟950上全新升级的部分,而灰色部分则是之前麒麟芯片已经使用的架构。此次全新升级的部分包括:CPU、协处理器、GPU、ISP、DSP、内存控制器。其中CPU、GPU的升级基本遵循了ARM的公版设计,而例如ISP的设计则更多的是华为自主研发的结果。看到这张图片想必关注华为的朋友和笔者有一个共同的疑问——Modem为何没能升级?之前在麒麟920上,华为采用了首款商用CAT 6 Modem,而为何在时隔一年半之后,没有像高通、三星一样为我们带来下行CAT12/上行CAT13的全新Modem呢?关于这一疑问,华为相关人员也给出了答案,我们文章后面详细说明。

2A72更加适合手机使用?

  时下已经商用的称得上是旗舰手机SOC芯片的基本上只有三款:高通骁龙810、三星Exynos7422和苹果A9/A9X。其中前两款均采用了A57+A53的big.LITTLE架构。而很多业内人士也之处,ARM推出A57的初衷并不在于将其应用在智能手机上,而是旨在利用A57架构打造高性能低功耗服务器级处理器。而在去年年初的时候,ARM也推出了基于28nm制程工艺的代号“西雅图”的A57架构服务器处理器。而大家也都知道智能手机行业目前还处于一个“硬件为王”的时代。加之三星在14nm FinFET工艺上的成功,A57架构的手机处理器也“赶鸭子上架”般的闪亮登场,之后就是高通迅速推出基于20nm制程工艺的骁龙810与之对抗。但A57真的适合智能手机使用么?关于这一问题大家众说纷纭,在上半年的麒麟935沟通会上,华为也对此发表了自己的看法。

  经测试,在28nm制程工艺下,A57架构核心相比于A53架构核心性能提升56%,而功耗则是后者的256%。在20nm传统工艺下,性能和功耗不等比的情况也没有得到很好的改变,由此华为得出的结论为:当时传统工艺下A57不适合对续航发热愈发敏感的消费者。正值当时ARM发布了新的A72架构,并且样片基于全新的16nm FinFET工艺,在热效率方面十分优秀。故华为最终跳过A57架构转而直接研发A72架构SOC。(事实上海思早已获得A57架构授权,并已于去年9月份就已经和台积电联合开发出基于16nm FinFET工艺的网络处理器芯片。)

  此次海思推出基于A72架构的麒麟950也是目前业界第一批A72架构智能手机SOC(之前高通推出了骁龙620/618,日前高通展示了基于骁龙618的网络摄像头)。相信大家对于A72架构SOC的特性、性能还有些陌生。笔者在这里简单为大家介绍一下:

  对于性能方面,ARM官方宣称A72架构核心性能达到A15架构的3.5倍(数据基于16nm FinFET工艺A72对28nm传统工艺A15),之前A57相比A15架构性能提升1.9倍(数据基于20nm传统工艺A57对28nm传统工艺A15),所以大致可以看出同频率同工艺的A72核心性能相比A57架构性能应该有大致25%到35%左右的提升。顺便提一句之前ARM官方宣称A72架构核心处理器已经能够达到PC级CPU性能,想必大家也不会真的用手机处理器去对比酷睿i7吧。但能够接近早期酷睿处理器的性能还是妥妥的。

  工艺制程方面,此次麒麟950采用了台积电16nm FinFET+工艺制程。作为台积电16nm FinFET工艺的首个用户,华为海思参与了台积电16nm FinFET从研发到流片再到能够达到量产要求的整个过程。官方宣称首次与TSMC在最新工艺的PDK建模、EDA、Lib/IP设计、SoC集成与验证全流程同步,也就是说基本上麒麟950是伴随着台积电16nm工艺优化和诞生的。官方宣称15年8月麒麟950就已经稳定量产。所以即将推出的华为Mate 8基本不会因为SoC供货不足而导致断货。

  FinFET工艺诞生于上世纪90年代,当时美国政府认为有必要进行25nm以下工艺制程的研究。因当进入25nm以下会出现传统工艺栅栏无法有效控制漏电率的问题,此时美籍华人胡正明提出了FinFET技术和FD-SOI技术来解决漏电率的问题。其中FinFET工艺则是通过改造删栏形态来控制漏电。其实芯片的总功耗P=Pswitch(电路联通时功耗)+Pshort(删开关的功耗)+Pleak(漏电功耗)。之所以高通骁龙810会出现运行过程中降频甚至关闭核心的问题,很大程度上就是因为漏电功耗居高不下,导致整体功耗过高。甚至整机功耗超过4W也是时有发生的事。所以有很多人认为骁龙810降频是为了降温,其实根本的问题是20nm传统工艺无法已经无法控制A57架构漏电所带来的超高功耗。所以在新一代的SOC芯片中,高通也采用了FinFET工艺。想要了解更多关于FinFET的故事,大家可以点击上方麒麟团队为胡正明教授拍摄的宣传片。(PS.胡正明教授也在很长一段时间内任职台积电CTO)。总体而言,ARM官方宣称基于16nm FinFET工艺的A72核心相比28nm A15下降75%,相比20nm A57也有50%的下降。并且采用big.LITTLE大小核架构会更加省电。这一切的功劳很大程度上都得益于FinFET工艺的成熟。

不吹不黑 解读华为麒麟950实力究竟几何

  A72架构除了CPU性能提升、功耗下降之外,还有两大其他特性。其中就有CoreLink CCI-500的加入。CoreLink CCI-500最大的变化就是增加了一个“探听过滤器”(Snoop Filter),从而使探听控制不再局限于单个簇内部的CPU之间,可以扩展到整个处理器的所有核心。之前这一特性仅在高通骁龙805及其后续旗舰SoC芯片中有所体现(高通不采用ARM公版的CCI,而采用自主研发CCI)。总体而言,CCI-500的加入能够提升30%的内存性能,让很多需要大内存吞吐的场景例如4K视频等场景体验更好,也能够进一步解放多核心性能。但是,通过前面麒麟950的架构图我们可以看到Cache Coherent Interconnect为灰色。也就是说麒麟950仍然采用了上一代CCI-400规格。没能搭载CCI-500也让麒麟950 SoC稍显遗憾。

  我们应该明白,华为麒麟走的公版设计道路就意味着处理器性能优势更多的依靠生产周期,当更多的A72公版设计芯片推出后,麒麟950的优势也就不复存在了。相比之下,高通之前一直采用公版+修改的模式效果显著,在骁龙810上采用公版设计收效甚微后,又在骁龙820上再次回归Kryo架构,甚至连一直公版拥趸的三星Exynos也在全新的Exynos 8890上采用了自主架构模式。看来微电子半导体领域的差异化竞争也是十分激烈的。虽然可预见到在未来的3到6个月内,麒麟950的处理器性能优势将会逐渐消失,但总体而言,单从CPU性能、热效率方面,麒麟950都是目前智能手机SoC中的翘楚。这一点毋容置疑。

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