世界首款5G SoC芯片、7nm制程采用达芬奇架构NPU、华为麒麟990硬核登场 !

Lynn 2周前 (09-06)

走出PPT,集成5G基带芯片,麒麟990 5G不仅比想象中的小,还更强劲和务实。

三星截胡的华为依旧带来了惊喜。

刚刚,在2019德国柏林IFA展会上,华为消费者业务CEO余承东带来了这款不到指甲盖大小的麒麟990系列——麒麟990 5G和麒麟990。无疑麒麟990 5G是最大亮点,怼了三星之余,余承东称990 5G集成了103亿个晶体管,号称目前最强5G SoC。

世界首款5G SoC芯片、7nm制程采用达芬奇架构NPU、华为麒麟990硬核登场 !

在磨炼和冷嘲热讽中成长出来的麒麟处理器,自970之后,就没有让人失望过。麒麟990系列也是如此。

不同于三星的“PPT 5G基带芯片”,最新的处理器亮点颇多:

· 采用台积电7nm+EUV工艺,晶体管密度提升18%,让板级面积减少36%

· CPU由2颗ARM Cortex-A76大核(主频2.86GHz)+2颗ARM Cortex-A76中核(主频2.36GHz)+4颗高效能的Cortex A55小核(主频2.2GHz)核组成;16核GPU为Mali G76-MP16和双大核NPU+微核NPU

· 双卡双待,4G和5G(NSA或SA)随意切换

· 5G下行峰值速率2.3Gbps,上行峰值速率1.25Gbps

· 功耗降低15%

· 支持SA独立和NSA非独立双组网

用一句话来点评华为最新一代麒麟芯片的特点:魔改架构——双大核+双中核+四小核,高度融合AI算法——通过照片就可以识别出心率和呼吸率,和动态功耗——根据应用负载,能效至少优化20%以上。

世界首款5G SoC芯片、7nm制程采用达芬奇架构NPU、华为麒麟990硬核登场 !

为未来设计,新一代麒麟处理器的技术亮点

这一次,麒麟990的最大亮点是工艺和架构的双重升级,集成了基带芯片不说,还将硬件架构设计和AI算法高度融合,目的就是让这款芯片更加适合未来的商用需求。

· 集成5G基带芯片,支持双组网

自麒麟980开始,支持NSA和SA两种组网是华为独有的优势,这一次,在集成了5G基带的设计上,华为依然坚持这一优势。

相较于华为来说,目前高通只有骁龙X50基带方案,其只支持NSA组网方式(巴龙5000支持5G SA独立及NSA非独立组网),对于不少运营商来说,5G商用前期会采用这种组网方式,但是后期还是以SA作为最终组网方式。虽说SA和NSA都是5G网络的一种,但后者的问题是,无法支持低延时等5G新特性(优点是4G、5G共用核心网,节省网络投资)。

有意思的是,巧妙利用双卡双待方式,麒麟990在组网的支持上更为灵活,4G、5G随意切换。

· 重构硬件架构,灵活匹配应用需求降低功耗

余承东开场提到,移动端用户对AI应用的调用需求已经越来越频繁。据华为监测,两年内用户调用AI应用1.6万亿次,为此华为重新设计硬件架构。

麒麟990首次创新采用了双大核+双中核+四小核架构设计,同时搭载了基于达芬奇AI架构的NPU。华为通过软件框架(采用自研的达芬奇架构)来协调SoC中已有的CPU、GPU、DSP硬件进行AI运算,换句话来说,各个模块相互之间的有效调用可以减轻单个模块的负担,尤其是在处理AI数据时。

运用达芬奇架构NPU芯片,结合大核和微核CPU,麒麟990可以适配不同的AI应用场景需求,分别根据轻载和重载需求来自动匹配算力和能耗。

·第五代图像处理器,通过图像测心率

这一次,华为在图像上做了硬件升级。它采用ISP 5.0,吞吐率提升15%,能效提升15%;手机端BM3D单反级图像降噪技术和双域联合视频降噪技术。

现场,通过自拍演示,余承东表示其支持实时多实例分割,在人脸检测场景下,微核能效提升40%,但是配合达芬奇架构和优化的ISP+AI算法,麒麟990已经可以支持通过图像检测出呼吸率和心率,为未来的生物识别应用开发提供基础。

据悉,麒麟990能够支持多平台AI,支持现有的3倍以上算子,且支持TensorFlow等主流框架。

特别,BP+AP,“二合一”意义重大

这一次,用一颗芯片“封装”了AP(应用处理器)和BP(基带处理器)两大模块是最大的亮点,而这也意味着华为率先实现了SoC设计和制造水平质的升级。

集成5G基带芯片之所以如此难,关键点也在于相较于4G,最新一代移动通信网络增加了频段,尤其是毫米波频段,而这一频段以前用在军事领域。

为了把新增的射频段信号接收和处理集成到手机电路板中,高通最初采用了外挂5G基带芯片(多模基带)的解决方案,即4G以下的制式是一颗多模芯片,5G是一颗单模芯片。

受设计难度、工艺等因素的限制,这一方案也在短期内成为业内认可的公认解决方案,但是从成本来看,外挂5G基带芯片是一个成本高、浪费资源的选择,其实完全有悖于摩尔定律,也不符合市场的价格走势。

按照摩尔定律所预测,集成度越高,芯片的性能会随之提升,而单位面积的价格和功耗都将相应降低。因此外挂5G基带模块的成本其实并不适合商用。

但是一直以来,高度集成的做法都不适用于射频部分,因为其信号频率过高,想要集成它必须克服材料、外形尺寸、工业设计、散热和辐射功率的监管要求等终端工程方方面面的挑战。因此对于设计者来说,高度集成意味着要从最基本的工艺和材料入手,同时要考虑射频前端(功放、环形器、移相器等)、系统,实现非常复杂的SoC设计。

对于大厂而言,虽说跑遍全球各种运营商来测试各种基站环境不算一件非常难的事情,但是完成高度复杂的设计就是不得不要啃下的硬骨头。此前高通与TDK联合建立RF360、联发科收购络达、紫光展锐拿下RDA,都是为此。

不得不说,单片集成电路具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加功率高等一系列优点,并可缩小的电子设备体积、重量减轻、价格也降低不少,这对军用电子装备和民用电子产品都十分重要。

而现在显然,华为已经啃下了它。

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5G基带芯片商用格局再生变

在基带芯片上,高通、三星一直是领先者,2017年10月,高通正式拿出全球首款5G基带芯片X50;随后2018年8月15日,三星也发布了5G基带Exynos Modem 5100,采用自家10nm工艺制程。后在2018年12月,联发科官宣Helio M70,也跻身到了5G基带的第一梯队。

今年年初,意料之外,华为和紫光分别带来了自己的5G基带芯片:巴龙5000和春藤510,也成功抢到了基带芯片市场的蛋糕。

紫光和联发科的目标很明确,它们只做中低端市场,因此在高端市场里,自Intel退出去后,只有高通、华为、三星三家在竞争。

随着各家纷纷推出外挂基带芯片的处理器,集成5G基带成为又一个技术发展上的关键节点。联发科在今年5月份发布了全球首款集成5G基带芯片的SoC;9月4日,三星采用了内部集成5G基带的技术,发布了处理器Exynos 980,截胡华为。但商用才是王道,今天华为称麒麟990已经量产,将直接用在Mate 30。

不得不说,对一直顺风顺水的高通来说,形势并不有利,它的压力无疑会增加。

目前国内高端市场,随着三星的“退出”,华为与高通在5G基带芯片技术上的明面竞争已经成为公认的事情,战火也愈演愈烈。华为的首款5G基带芯片是Balong 5000,在今年1月份发布之时,它称其是首款商用多模(5G/4G/3G/2G)芯片。但是在华为做出这样的市场宣传后,高通方面给出反击,认为“业界首个”说法言过其实,这款芯片并不适用于移动终端设备。

公开“怼”华为,高通有自己的理由:因巴龙5000基带芯片过大,华为对片上SoC的处理其实很“勉强”——选择外挂“臃肿”的基带芯片并且为处理器和基带芯片分别配备缓存。

有什么问题呢?后来在拆机后,分析师指出,虽然华为将5G与4G/3G/2G功能整合到一块基带芯片上是创新之举,但因为基带芯片的不成熟,华为在手机电路板上采用的SoC方案存在明显的缺陷:与高通相比,其基带芯片占用更多PCB面积,且多配备缓存会增加成本和功耗,采用巴龙 5000会导致手机体积更大、更贵且更耗电。

因此当时,IHS分析指出,纵观整个射频模块的设计,高通有望成为真正支持5G毫米波的唯一供应商。

时隔不到8个月,华为再发布全新的5G基带芯片,这一次它不仅改进了集成工艺,还更加考虑应用需求,麒麟990无疑更加务实。

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Other things

麒麟990之外,华为还发布了FreeBuds第三代无线耳机、Wifi Q2 PRO路由器和全新P30 Pro。

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其中,FreeBuds是华为推出的首款同时支持无线耳机和智能手表设备、且同时获得蓝牙5.1和蓝牙低功率5.1标准认证的可穿戴自研芯片,实现了超高速蓝牙数据传输。拥有高效稳定的连接性能和出色的抗干扰能力、强劲的音频处理能力、支持智慧自然的人机交互。

华为路由 Q2 Pro创新性采用了“一母多子”的插配形态,子路由哪里信号不好插哪里,有效解决了家庭Wi-Fi难以全覆盖的问题,最大支持1拖15,多个路由共用一个Wi-Fi名称和密码。

最后,华为还为P30 Pro配了两种全新配色:墨玉蓝、嫣紫色。

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