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揭秘华为麒麟990 5G:提前3年布局,百亿晶体管把7nm用到了极致

“AI+5G是长期未来智能手机发展目标,看谁跑得更快了。”

本文经AI新媒体量子位(公众号 ID: QbitAI)授权转载,转载请联系出处

华为再次成为关注焦点。

在德国柏林IFA上,华为推出新一代手机芯片:麒麟990 5G

无论是全球首款旗舰5G SoC,还是同类产品中AI算力最强,都引起了关注与讨论。

目前,市场上的5G手机中,采取的方案都是4G SoC+5G Modem模式,而麒麟990 5G则是首次将5G Modem集成到SoC芯片中,性能更强,能耗更少,体验也更好。

在向5G时代的过渡中,麒麟990 5G是华为最重要的芯片,进一步彰显了这家公司的创新性和创造性。

而为了这款芯片,华为已经准备了很久。

集成5G:提前三年布局

从2016年开始, 华为就已经开始着手布局990芯片了。历时三年,华为交出了答卷:麒麟990 5G。

它不仅是业界首款商用的5G SoC,也是目前晶体管数最多、功能最完整、复杂度最高的5G SoC。

但想要做到这一点,并不容易。华为Fellow艾伟在接受采访时透露了背后的故事,麒麟990 5G并不是简简单单地将麒麟990芯片与巴龙5000结合在一起。

“怎么能在不影响它的集成度和功耗的情况下做出来”是最核心的挑战,需要把架构放一起做联合优化。

在性能提升的基础上集成5G,最直接的体现就是晶体管数量的大幅度增加:从麒麟980的69亿到了103亿。

怎么在7nm的芯片上做到这一点?最简单直接的方式,就是把晶体管越做越小,管体管之间的连线越来越细。

这也是华为在这次麒麟990 5G上选择EUV工艺的原因所在,传统的工艺已经难以支撑在7nm的芯片上放下如此多的晶体管。用艾伟的话说,就是“芯片会撑爆的”。

但是EUV是半导体领域最先进的工艺,用起来并不容易。华为方面表示,麒麟芯片早在2014年就开始EUV技术的储备了。在推进EUV技术成熟方面,麒麟也有一份“功劳”。

在技术、工艺上领先,也需要大量的投入。

艾伟透露,华为投入了数千名工程师去研发麒麟990 5G芯片。

当然,麒麟990 5G并不仅仅只有5G,其8核CPU以及16核GPU,也是业界领先的存在。

尤其是AI上,更是凸显出了华为的实力,也呈现出了华为面向全场景推出解决方案的“野心”。

AI算力:与昇腾910一脉相承

麒麟990 5G,是首个采用达芬奇架构NPU的旗舰芯片,也是华为昇腾系列芯片在端侧的应用。

华为表示,这是业界AI算力最强的SoC,而且能效也最高。怎么实现的?背后在于更成熟的设计方案:2个大核+微核。

其中,业内最强的手机AI算力来自于2个大核,采用的是昇腾系列的Lite——与业内最强的AI芯片昇腾910一脉相承。

最直接的体现是跑分:76206,这一跑分来自苏黎世理工大学提出的AI Benchmark。与华为首款AI芯片麒麟970相比,提升12倍,也是友商的3倍。

在测试中执行的任务主要有图像分类、人脸识别、图像去模糊、图像超分辨率、图像语义分割、图像增强、内存极限测试等等,已成为业内评估手机AI能力的重要基准。

之所以能够达到这么大的提升,艾伟也给出了解释:用上了华为自研的达芬奇架构。

不过,根据AI Benchmark官方的介绍,跑分也与CPU以及GPU的性能有很大的关系,这次麒麟990 5G在CPU和GPU方面的升级,也有很大助益。

微核主要用于超低功耗应用,采用的是昇腾Tiny。在人脸识别的应用场景下,NPU微核比大核能效最高可提升24倍,而且也更省电。

余承东也在发布会上解释了相应的原理:

原来只有大核的时候,无论货多货少都需要用“大车”运送,肯定会浪费运力。现在有了微核设计,低功耗的任务,也就是货少的时候,采用小车运送,保证了“运力”的有效运用。

算力强,能效高,最直接的体现就是AI能力更强,能够执行的AI任务也更复杂。

比如发布会上呈现的AI多实例分割技术,能够实时在视频中P多个人。


这些算力不仅仅只体现在执行AI任务上,也能够为芯片的其他特性提供动力。

比如对AR技术的支持,基于NPU的能力,华为能够通过相机来测心率。


比如在5G信号比较弱的场景中,基于机器学习的自适应接收器,能根据5G信号强弱自动选择最优网络,实现稳定的5G联接,这样下行速率提升19%。

这些只是华为本身提供的用例,麒麟990 5G也能够支持90%以上的计算机视觉网络,算子数300+,基于华为HiAI2.0开发平台加持,未来的可能性也会更多。

而且,5G+AI,也是余承东所说的移动AI 2.0的基础,也是实现端云一体化的必要条件。

图像处理:单反级降噪算法

此外,麒麟990 5G还有一个升级并没有引起太多媒体关注,但它对于整个移动设备的体验都有极大的改观。

它就是ISP 5.0,主要优化的就是视频处理能力。

与前一代相比,数据上有大提升:ISP吞吐率提升15%,能效提升15%,照片降噪30%,视频降噪20%。

正是基于此,用相机来测心率的功能才能够实现,也正是基于此华为在图像和视频上的降噪技术才能够发挥作用。

在图像降噪方面,华为在麒麟990 5G上用到了BM3D。是的,你没有看错,之前只用在单反设备上的降噪算法。

而想要把它用到手机上,也同样不容易。艾伟说,这与整个通道数上的处理能力提升相关。

并不仅仅只是算法放进去就行,手机天生比单反的芯片感光面积小,仅仅只加一个算法是不够的,还需要叠加降噪更多的算法,而且也要注意能耗和成像时间。

华为麒麟能够实现这一点,的确耗费了不少功夫。

在视频降噪上,麒麟990 5G全球首发了双域联合视频降噪技术。

通常情况下,视频中都会有一些图像不清楚,对其进行处理就是空域降噪,本身并没有什么难度,所有厂商都能做。近年来,又有一种时域降噪的技术出现,处理帧与帧之间的噪点。

而华为在这些基础上,又做了频域降噪,先把空域的数据拿过来做傅里叶变换,去掉一些噪声还原更好的细节,然后再叠加回去。

华为表示,做频域处理之后再跟时域结合起来,最终视频质量会更好。

而且,这些也正是硬件级别上的降噪技术,结合华为Mate 30系列的摄像头,图像和视频的成像技术上也会有更多的想象力。

评价麒麟990 5G

如此芯片,到底该如何评价?

国内的多数网友,都惊叹于这款芯片的性能升级,也对Mate 30系列产品的发布充满期待。

虽然大多数外媒都只是报道了新闻事实,也有外媒给出了评价。

比如美国科技媒体VentureBeat直言,如果华为果真按计划交付,将在与高通的5G手机竞争中占得先机。

对于这款芯片,华为在发布会上也给出了定性:这是融合5G和AI的革命性飞跃。

那么,华为麒麟芯片未来将要往何处去?在接受采访时,华为Fellow艾伟表示:

AI+5G是长期未来智能手机发展目标,看谁跑得更快了。

最新消息,华为在手机5G上的主要对手高通,刚刚也宣布,将会和OPPO合作集成5G芯片。

竞争还在继续。

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