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机情观察室:麒麟980性能深度解析

2018-10-30 07:45    it168网站 原创  作者: 石雨 编辑: 石雨

  【IT168 评测】在中国庞大的手机市场中,能造手机的品牌很多,但能做处理器的确凤毛麟角,在高端市场,更是只有华为海思的麒麟处理器一家。华为作为国产唯一自研的海思麒麟处理器,一直以来备受关注,经过几年的积累,已经在高端移动处理器市场站稳脚跟。

  与苹果一样,华为的麒麟芯片目前也只应用在自家的产品中,这对于打造华为自家移动终端的差异化、与终端紧密结合的优势,更方便华为手机能够针对用户实际的需求灵活的改进。当然,这样的产品策略也使得华为对于每一代麒麟芯片必须谨慎,因为如果麒麟芯片与最初设想不符,则会导致一整年的旗舰产品受到巨大的影响。因此,每年的麒麟旗舰芯片,都是我们关注的焦点。今天我们就来看看华为最新的麒麟980,究竟如何?

  全新的Cortex-A76

  麒麟980在规格上最大的亮点就是采用7nm工艺,集成了69亿个晶体管。据TSMC的官方统计,相比上一代旗舰——10nm工艺制程的麒麟970,980性能提升约20%,能效提升约40%,逻辑电路密度提升60%,即原来的1.6倍。众所周知,传统芯片遵循摩尔定律,以提升单位面积内晶体管的数量,来提升芯片的性能。我们已经知道,决定一款处理器性能最核心的因素主要是工艺、架构等方面。而工艺越先进,则意味这处理器的精细度越高,可以集成更多的晶体管。更重要的是,更精细的制造工艺,还能够尽可能的缩小元器件之间的距离,减小功耗。尤其是对于现在智能手机的架构,越来越“暴力”的架构对工艺更加依赖。而目前芯片制造工艺普遍停留在10nm,7nm工艺则一度被称为”最逼近硅基半导体工艺的物理极限”,因此,这次麒麟980首发的7nm工艺则体现了麒麟在工艺上的进步。

  有趣的是,我们都知道,ARM主要有三个产品设计团队:欧洲的设计团队、德克萨斯奥斯丁团队以及剑桥团队。从产品线来看,Cortex-A57、A72架构出自于ARM在美国德州的奥斯汀团队,而A53、A73则是ARM在欧洲的团队所设计,而A55这样的小核则是来自英国剑桥大本营。这也可以看出不同的设计团队的不同风格,比如德州人天性粗犷的性格、欧洲人的文艺气息、以及英国人慢条斯理的绅士风。而A76则是来自德州的奥斯汀团队。由此也可以看出A76的基本性格:还是朝着A57、A72这样偏重性能的方向。

  在CPU方面,麒麟980基于ARM Cortex-A76 CPU架构。在移动SoC领域,目前诸如骁龙845、苹果A12 Fusion这样的旗舰芯片都已经采用自研微架构,而麒麟则一直沿用ARM公版架构。华为表示术业有专攻,自研架构对于麒麟目前并非是最好的结果,更何况决定CPU的指令集与架构都是ARM发明的,因此如果没有大幅度的提升,自研与采用公版架构并没有太大区别。相比于竞品,麒麟更追求在综合性能的提升。

  性能方面,根据ARM官方的说法,Cortex A76在最新7nm工艺下,运行频率能将达到3GHz,相比上一代麒麟970所用的A73,整数性能提升了90%,浮点性能提升了150%,综合性能提升80%。尽管这样的对比并非在同工艺同频的状态下对比,并不能完全体现新架构的性能。因此我们还要看应用到芯片当中的实际数据。在麒麟980的发布会上,华为官方给出的数据则称,相比于上代麒麟970提升75%,而能耗上则提升58%。这也是考虑到麒麟980的最高主频为2.6GHz,所带来功耗与发热之间的平衡。对比ARM官方的参考数据,倒也比较靠谱。

  这套全新设计的A76 CPU架构,由2个超大核、2个大核和4个小核的三档能效架构组成,采用DynamIQ调度技术。相比于Big.little,DyanmIQ重新定义了多核微架构,而DynamIQ最大的特点就在于DynamIQ 丛集的一个丛集中Cortex-A CPU数量可以从单核到8核不等,并且还支持异构CPU之间的混搭。因此,此次麒麟980在调度方面,针对于不同的使用场景,能够把不同核心之间进行灵活调度,执行效率更高。

  另外,在架构方面,A76相比于自家团队所做的上一代的A72,从顺序三发射增加为乱序四发射,而且在流水线方面A72的15级核心流水线精简至13级流水线。带来更高的执行效率。我们知道,一般来说,乱序发射需要更多的寄存器,流水线一般也更深,因此功耗也会更大。但得益于工艺的进步,使得功耗的下降能够让设计者带来更大规模的架构。

  低调的Cortex-A55

  在能效核心方面,麒麟980选择了A55。提到A55,就不得不提它的前辈A53,这个12年发布的大名鼎鼎的架构直到现在还在统治着中低端处理器。出色的能耗比以及强大的扩展性,使得A53几乎被应用在绝大多数的中低端处理器上。而A55,则是A53的提升版。

  Cortex-A55采用最新的ARMv8.2架构,根据ARM官方给出的数据,在相同的频率与工艺条件下,内存性能最高可达Cortex-A53的两倍,而在相同的频率与工艺条件下,效能比Cortex-A53高15%。值得一提的是,ARM为A55设计了一个二级高速缓存,对于每一个核心都是专用内存,与 Cortex-A53 相比,二级高速缓存的存取时间缩短了 50% 以上。而且二级高速缓存的工作频率设计成与 CPU 相同的频率。通过降低延迟大幅提升 CPU 在各类基准测试工具中的性能。

  另外,ARM对A55还推出了三级高速缓存,可供集群内的所有 Cortex-A55 CPU 共享。尤其是对于DynamIQ集群之下的核心,能够得益于 CPU 附近增多的内存容量,从而提升性能、降低系统功率。相比A53,在同等性能的情况下,Cortex-A55能够节省的功耗比A53提升了30%。这对于中低端处理器是非常重要的。

  全新的G76,能带领麒麟翻身吗

  麒麟980采用Mali-G76 MP10,主频为720MHz,相比于上一代,Mali-G76的提高单位功耗性能和单位面积性能,性能密度相较于前代Mali-G72提高了30%,架构效率提升了30%,机器学习处理能力提高了2.7倍。事实上,相比于高通的Adreno的面前,Mali在单核心性能上一直都是弟弟。因此Mali系列在推出时,你经常可以看到什么MP20、MP32之类“很吓人”的数字。但问题是作为一个体积基本固定的手机,是不可能无限堆叠核心,因此Mali在Adreno面前一直都略显孱弱。

  观其历史,通过参数对比我们可以看到,采用Mali的两家,三星采用的策略是低频多核心的方案,例如Exynos 9810,堆了18颗核心,但主频只有546MHz,而麒麟则是高频低核的策略,之前的麒麟970 MP12主频为746MHz。因此在G76中,ARM将Mali最大的可采用核心降到20个,以提升能量密度。这也是比较符合目前整个移动SoC的大趋势。

  Mali G76采用最新基于Bifrost的架构,与之前midgrad架构相比,Bifrost最大的创新在于使用指令组着色器(ClausedShader),另外Bifrost架构还采用Quad based vectorization技术,相比于之前SIMD矢量化技术一次只能执行单一线程,Quad矢量化技术最高支持四线程执行,共享控制逻辑,使用率接近100%。相比于G72,G76性能密度提升了30%、能效提高20%。

  在功耗方面,我们引用anandtech采用GFXBench Manhattan 3.1离屏的能效数据,可以看到,在7nm工艺下,G76 MP12的平均功率表现不错,只有4.08W,甚至比S9+的5.01W还低一些,而相比于上一代的麒麟970的6.33W有了很大的提升。而在效率上,更是进步非常明显(注意,这里指的是能耗,而非绝对性能)。因此,能耗的进步将使麒麟980成为麒麟950之后的又一代经典。

  跑分测试:

  首先是Geekbench,经过我们的三次测试(取平均数),单核成绩为3308分,多核成绩9752分。主要得益于A76架构和7nm工艺的提升,麒麟980对比骁龙845也有比较明显的提升;

  而在考验CPU计算能力与稳定性的圆周率的测试中,麒麟980也给了我们一个意外的惊喜,表现非常不错。平均每项测试都比845略微领先。

  GFXBench测试,麒麟980的Mali-G76在Adreno面前确实还是有差距,尽管相比前代差距已经在缩小。但确实,在GPU方面,Adreno还是领先于Mali。

  而在3DMark的测试中,OpenGL ES 3.1为3524,Vulkan为4018。在Vulkan下,可以看到Mali的性能明显比OpenGL ES 3.1的更高,甚至几乎追平了GPU方面的差距。这也得益于麒麟近几年在Vulkan的优化。目前比较流行的《王者荣耀》等游戏已经逐渐在从OpenGL向Vulkan转换,而Vulkan就是安卓大型游戏的未来。

  其它方面:

  在ISP方面,麒麟980采用第四代自研ISP,像素吞吐率比上一代提升46%,能效提升23%,而且能够分区域调节图像色彩与灰阶,支持更多摄像头,还具备HDR色彩还原能力,能够分区域调节图像色彩,实现照片色彩与细节的平衡。

  这也带来Mate 20系列强大的夜拍功能。麒麟980针对暗光场景,芯片采用全新Multi-pass多重降噪技术,可精准降低夜景照片中的噪点,保留更加完整的细节,夜拍效果更佳通透清晰。配合麒麟980的双核NPU,可实现每分钟识别4500张影像,识别速度相比上一代提升120%。而在官方视频中,麒麟980还能实时绘制出人体的关节和线条,可以准确识别多种物体,实现了从图像识别到物体检测的跨越。

  而在最重要的基带方面,麒麟980在全球率先支持LTE Cat.21,支持业界最快的下行1.4Gbps速率,更灵活应对全球不同运营商的频段组合。并且值得一提的是,华为已经为麒麟准备好Balong 5000 Modem,为5G Solution Ready。

  总结:

  自麒麟950以来,麒麟处理器逐渐站在了高端处理器的行列。尽管并非完美,但可以明显的感受到,这几年麒麟一步一个脚印的在进步,不断改进。直到在这一代,麒麟980无论是一些关键的核心指标,还是其它的散发型功能,麒麟980已经没有明显的短板,并且在均衡的基础上,能够发挥自己与终端紧密结合的优势,针对用户实际的需求进一步改进,应用在移动终端。这才是对于华为,对于麒麟最重要的战略意义。

关键字: 华为

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