集成69亿晶体管的华为麒麟980有多强

近日，麒麟 980正式在国内发布。

正如余承东日前在IFA上介绍的那样，华为这颗旗舰芯片不但成为全球首颗商用7nm工艺的手机SoC，领跑于全球，在CPU、GPU、Modem和其他多个零组件上面，麒麟 980也都拥有过人之处。再加上在NPU上的新升级，华为的这颗新芯片或将会帮助华为手机攀上另一个高峰。

按照华为Fellow艾伟先生在麒麟 980发布会上的说法，这颗集成了69亿晶体管的芯片是华为麒麟团队艰苦奋斗的结果，在很多方面，也有其独特之处。

华为Fellow 艾伟先生

耗资超三亿美元，麒麟 980创造了六项第一

众所周知，当制造工艺进入到10nm以下，芯片的研发难度有了指数级的增长，而在成本方面同样有了很大的增加。日前有媒体报道，华为在麒麟 980上面投入的研发成本高达三亿美元。而在昨天的发布会上，现场也有记者就这个问题向华为Fellow求证。他笑着回应：“华为麒麟 980具体研发成本，具体花了多少钱我们不会披露具体数字，但是花费绝对不止三亿美金”。

虽然花费了巨资，但在笔者看来，华为的这颗芯片获得的回报还是物超所值的。

按照艾伟介绍，麒麟 980在全球创造了六项第一，分别是：全球首款商用7nm手机SoC芯片、全球首款Cortex-A76 Based CPU、全球首款双核NPU、全球首款Mali G76 GPU、全球首款1.4Gbps Cat.21 Modem和全球首款支持 2133Mhz LPDDR4 X的手机SOC。而这些成绩则是他们历经多代产品迭代，从立项到发布36个月耕耘获得的成绩。

华为麒麟过去几代的产品提升

“我们从2015年就开始投入到7nm工艺的研发，再经过定制特殊基础单元构建高可靠性IP和SoC工程化，然后在今年才真正量产”，艾伟告诉半导体记者。“在整个项目中，我们投入的半导体设计与工艺也专家也超过1000人”，艾伟补充说。

而在多个“全球首款”的衔头的加持下，华为麒麟 980在性能方面也表现优越。首先是CPU方面，因为采用了A76的这个全新架构，华为能将麒麟 980的最高主频调到2.6GHz，与上一代产品相比，芯片的单核性能提升75%，能效提升58%；GPU方面，麒麟 980与上一代相比性能提升46%，能效更是提了178%；通信方面，通过搭载全新的Modem，率先支持LTE Cat.21，这就使得麒麟 980的峰值下载速率达到1.4Gbps，勇夺业内最高成绩；全球最快的LPDDR4X颗粒，主频最高可达2133MHz，比业界同期水平快14%；业内首次搭载双核NPU，实现业界最高端侧AI算力，将支持更加丰富的AI应用场景，引领手机全面进入智慧时代。

华为AI芯片在性能和能耗上的对比

再加上全新升级的第四代自研ISP，这就使得新SoC的像素吞吐率比上一代提升46%，能够分区域调节图像色彩与灰阶；与麒麟970相比，支持更多摄像头，适配多摄像头带来全新拍照体验。推出全新HDR色彩还原，能够分区域调节图像色彩，实现照片色彩与细节的平衡。

另外，伪基站防御方面的升级，Hi1103支持业界领先的L1+L5双频GPS超精准定位、与Balong 5000对5G网络的支持，也让华为麒麟 980增色不少。

为了提升芯片的实力，华为还做了些什么？

在这个芯片研发的过程中，华为需要投入是多方面的。例如面对7nm芯片的设计难度大大增加的现状。因为7nm相当于70个原子直径，逼近了硅基半导体工艺的物理极限，麒麟 980想要在针尖上翩翩起舞，还需要克服复杂的半导体技术效应及晶体管本身的三维电阻电容带来的影响，其挑战之大超乎想象，这是华为首先需要解决的。其他如将CPU、GPU、ISP、DSP和NPU等产品高效地整合到一起，也是华为必须要完成的任务。

但其实华为为了提升这个芯片的实力，在麒麟 980的设计上，也提出了很多创新性的设计。其中大中小核配置的设计，就是一个值得讨论的话题。

几年前，Arm为了应对移动SoC的功耗问题，为CPU引入了Big Little的架构，包括华为在内的很多手机SoC设计厂商，也都在这个指导下，做了很多不错的芯片设计。但是随着手机应用的增多，应用场景对核心性能的需求有了更细的划分。为了进一步做到性能调用的配置和功耗的控制。华为推出了Flex-Scheduling智能调度机制，创造性地设计了2超大核（基于Cortex-A76开发）、2大核（基于Cortex-A76开发）、4小核（Cortex-A55）的三档能效架构。

先进梯度的多核架构

按照艾伟的说法，相对于传统的大小核两档位设计，这个三档能效架构设计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。

“在过往的大小核结构的情况下，不同应用在调用处理器的时候，只能在大核和小核之间选。但据我们分析得知，当中某些调用大核的应用，在对芯片性能的需求方面，并没有那么高。再加上在处理高性能应用上，不但与CPU有关，还与GPU与LPDDR的速度有关。而我们就是基于这样的分析设计出了这样一个架构”，艾伟补充说。这样就可以灵活调度，高效地使用CPU资源。

灵活调度，更好地使用处理器资源

在GPU方面，麒麟 980创新性引入AI调频调度技术，能够实时学习帧率、流畅度和触屏输入变化，预测手机任务负载，动态感知手机使用过程中存在的性能瓶颈，及时进行调频调度。尤其在游戏场景下，使用AI调频调度技术预测游戏每帧负载，预测准确性相对于传统预测方法可以提升30%以上，有效提升了游戏平均帧率，大幅降低游戏抖动率，减少游戏卡顿，为手游用户带来操作流畅、不卡顿的卓越游戏体验。以3D手机游戏NBA2K18为例，麒麟980平均帧率接近60FPS，游戏整体体验远超业界同期水平，让手机轻松驾驭重载大型游戏，带来满帧畅爽游戏体验。

来到ISP方面，华为针对暗光拍摄场景，在麒麟 980中采用了全新Multi-pass多重降噪技术，精准降低夜景照片中的噪点，细节保留更加完整，夜拍效果更加通透清晰。运动场景下大幅提升跟踪准确率，在拍摄运动中的人物时，人脸识别检测率提升至97.4%，清晰捕捉每一个精彩瞬间。

在面对视频应用方面麒麟 980采用视频专用的Pipeline“处理流水线”技术提升视频清晰度，视频拍摄时延降低33%，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。

面对通信联接安全，华为针对新出现的伪基站攻击方式，进一步在麒麟 980芯片层面增加了安全机制，全面升级了识别2G伪基站的技术，同时业内率先支持识别4G伪基站，提升用户在移动通信网络下的安全能力，大大降低了受诈骗的概率，保护用户的财产和信息安全。

对AI方面的规划与展望

在去年的麒麟 970上，华为率先为其引入了NPU，缔造了在移动处理器AI方面的领先地位。进入了麒麟 980，华为在这上面所做的一些改变与规划。为我们在手机AI应用和开发方面提供了新的指导。

艾伟表示，麒麟 980在双核NPU的移动端最强算力加持下，使能人脸识别、物体识别、物体检测、图像分割、智能翻译等AI场景，采用更高精度的深度网络，具备更佳的实时性，从而引爆极致体验。

测试数据显示，麒麟 980实现每分钟图像识别4500张，识别速度相比上一代提升120%，远高于业界同期水平；多人姿态估计实时帧率高达30 FPS，无论是表演节奏感极强的舞蹈，还是在镜头前快速跑步，麒麟980都能够实时绘制出人体的关节和线条；强大的物体检测能力可以准确识别多种物体，并可以做到拍照预览的实时物体跟踪。相对于首款人工智能手机芯片麒麟970，麒麟980实现了从图像识别到物体检测的跨越。

通过AI算力提升，麒麟980为“手机拍照”带来更多可能。

去年，麒麟970人工智能技术推动手机拍照逐步向“慧眼”阶段演进。时隔一年，麒麟980带来了“慧眼2.0”。“慧眼2.0”在手机视觉入口提供了一个“感知、测量、认知、计算”的端到端完整解决方案，人工智能技术深度参与视觉处理的各个环节，通过后台基础算法的极大提升和流程优化，让用户明显感知到体验的大幅增强。

在AI能力上，麒麟980提供高精度人脸识别与肢体检测识别，结合自研ISP强大的图像处理算法，使得在暗光夜晚和白天高动态场景下，都能准确识别拍摄主体和运动对象，并且保持着每秒30帧实时跟踪运动主体。此外，精细化的视频分割、主体抠图等能力，也极大丰富了小视频类应用的创作灵感。更为重要的是，华为对第三方APP开放上述能力，加上具备不间断执行各种AI任务的基础能力，构成了“慧眼2.0”的核心。

慧眼2.0

麒麟980还支持Caffe、Tensorflow、Tensorflow Lite等主流框架，具有强大的深度学习框架兼容性，达到业界领先水平；提供了离线编译、在线编译、8bit量化等一系列完整工具链，既可以大大降低端侧模型部署的工程难度，还可以利用NPU差异化优势发挥出最强算力； 支持CPU、GPU、NPU、DSP等的异构计算，方便深度学习算法在麒麟980的自动灵活调度执行。

可以看到，麒麟980强大的移动端AI算力、完善的框架支持、丰富的工具链，将赋予AI应用更丰富的想象空间，更多新奇、酷炫的AI应用落地将成为可能。

为了更好地落地更多的AI应用，推动AI产业发展。华为在日前能推出HiAI生态2.0，带来更加强劲的AI运算力，提供更加丰富的接口、算子和简单易用的开发工具包，大幅缩短AI应用的开发周期，提升开发集成效率。在麒麟980的智慧加持下，广大开发者和合作伙伴将在更强大的AI算力环境下，以更加便捷的方式进行应用开发，为AI应用开启无限想象，共同创造更智慧的美好未来。