抢跑5G时代，解析华为麒麟990和 三星Exynos 980

进入到2019年下半年，5G手机上粗俗竞争变得非常激烈起来。除了各大手机厂商争相发布5G手机之外，5G芯片厂商也没闲着，方才发布的华为麒麟990 5G芯片和三星Exynos980 5G芯片就非常吸引眼球。华为麒麟990定位旗舰，三星Exynos980面向中端，但都集成5G基带，下面就让我们一路认识一下两款5G芯片实际带来的提拔与手艺更新。

相对于曩昔的SoC，麒麟990 5G版芯片最大的亮点就是集成5G基带，而不是简洁地封装到一路，通信模块和CPU、GPU共享着内存，功耗更低，数据传输速度更快。在5G通信方面，麒麟990 5G版芯片采用NSA/SA双组网体式，向下支撑TDD/FDD全频段，充裕应对分歧收集、分歧组网体式下敌手机芯片的硬件需求，不只适用于现阶段4G到5G过渡时期，还适用于之后的单5G时期。下行峰值速度达到了2.3Gbps，上行峰值速度达到了1.25Gbps，能够实现无缝加载视频、数秒下载1GB巨细文件、酣畅收集云游戏等功能。针对外场通信情况的挑战，麒麟990 5G采用带宽分派手艺（BWP手艺），在轻负载数据下功耗可下降44%，比其他方案功耗优化高了20%。

▲集成5G基带，下行峰值速度达到了2.3Gbps，上行峰值速度达到了1.25Gbps。

同时，针对两个重点场景——高速移动和5G旌旗笼盖弱的区域，麒麟990 5G版芯片行使AI手艺进行了深度优化。针对高速移动的使用场景，它基于机械进修手艺采用自适应的旌旗领受机制，增强波形束缚，行使机械进修手艺进行信道成家，让手机在移动过程中，主动选择最佳的5G信道。

余承东透露，这一手艺在实际测试（每小时120公里的活动速度）中，5G下行速度能够提拔19%。针对5G旌旗分布较弱的区域，对于上行速度要求对照高，麒麟990 5G版芯片采用了智能上行分流设计。在接入网NR上行资源受限时，上行速度仍能够提拔5.8倍。

为了掌握芯片尺寸，集成5G基带的麒麟990 5G版芯片使用台积电7nm+EUV制程工艺，是业内今朝晶体管数最多、功能最完整、复杂度最高的5G SOC芯片。EUV（Extreme Ultraviolet Lithography）又称极紫外光刻，是一种采用13.5nm长的极紫外光作为光源的光刻手艺。比拟于如今主流光刻机用的193nm光源（DUV手艺），新的EUV光源能给硅少焉下更小的沟道，从而能实如今芯片上集成更多的晶体管，进而提高芯片机能。

跟着半导体工艺的成长，芯片晶体管的面积和密度越来越接近物理极限，DUV手艺在制造芯片时会发生严重的衍射现象，难以推进制程工艺的提高，是以EUV手艺就成为冲破这一瓶颈的要害。

资料显露，麒麟990 5G版芯片的面积跨越100mm²，高于麒麟980（台积电7nm）的74.13mm²和麒麟970（台积电10nm）的96.72mm²，或者成为华为迄今为止面积最大的手机处理器。相较于单一采用7nm工艺，晶体管密度提拔了18%，能效提拔10%，晶体管数量也达到了103亿之多，与此前的麒麟980比拟晶体管增加44亿个，可见新工艺带来的芯单方面积减小相当可观。拥有极小“身体”的麒麟990 5G版芯片相较于外挂基带方案，能够在设计上为其他部件腾出更多的位置，提拔能效之余，也能为增添更多的手机功能埋下伏笔。

▲基于7nm+EUV制程工艺，晶体管密度更高，数量达到了103亿之多。

机能方面，麒麟990 5G版芯片依然保留依然保留麒麟980上的2大核+2中核+4小核设置，个中2颗大核为2.86GHz Cortex-A76，较上一代麒麟980提拔了12%；2颗中核为2.36GHz Cortox-A76，较麒麟980提拔了35%；4颗小核为1.95GHz Cortex-A55，较麒麟980提拔了15%。所有四个A76内核都具有512KB L2缓存，而A55内核各为128KB。从手艺上讲，麒麟990 5G版芯片采用的A76内核针对缓存系统进行一系列增加，改善内存延迟，是“基于A76”的强化版。

▲采用2大核+2中核+4小核设置，机能跨越升级。

▲麒麟990系列SoC架构和首要手艺

5G到来后，除了对焦点CPU处理器的要求提拔之外，还敌手机存储速度有了更高的要求。于2018年1月30日发布的超高速闪存UFS 3.0是迄今为止最新的存储尺度，采用双通道设计，能够最高达到23.2Gbps的传输带宽，可以更好地适应5G收集的速度。

从公开的测试数据来看，UFS 3.0 闪存（512GB容量）的顺序读取速度可高达2100MB/s、写入速度高达410MB/s，随机读速63K IOPS、写速68K IOPS，较UFS 2.1（1TB）离别提拔了1.1 倍、0.58 倍、0.09 倍和 0.36 倍。除了能使信息、资料以更快速度读取和写入，UFS 3.0 的功耗也更低。麒麟990支撑UFS 3.0和UFS 2.1存储尺度，也就是说将来搭载该款芯片的旗舰级手机将会优先支撑UFS 3.0闪存，平时无论是安装软件照样读取文件相较于曩昔的UFS 2.1都邑变得加倍快速。

进入2019年，ARM公司发布了最新的A77架构，较A76架构的机能提拔非常可观。为什么本年发布的麒麟990 5G版芯片没有采用新的架构？华为透露固然A77达到了更高的峰值机能，但A77和A76在7nm上的功率效率实际上平起平坐。实际上，A76在7nm工艺上的手艺更成熟，焦点频率能够达到更高，而A77有待制程工艺的进一步提拔，才能削减因机能提拔而带来的能耗。

在图形处理方面，GPU比处理器机能更主要，是直接决意手机可否流通运行大型游戏的要害身分。决意GPU示意的参数则跟处理器相似，架构和运算单元数量决意其机能。麒麟990 5G芯片采用和麒麟980一般的ARM Mali-G76架构，但焦点数从10升级为16核。在焦点数大幅度增加下，麒麟990的图像处理能力也有了大幅度提拔，机能提拔6%，能效提拔20%。

为了加倍有效提拔GPU能效，麒麟990 5G版芯片采用了Smart Cache分流手艺，显著提拔GPU资源设置，带宽需求降低15%，DDR（Double Data Rate，双倍速度）内存功耗降低12%。同时，麒麟990 5G版芯片对换节资源设置做了优化，升级了全新的AI调频调剂手艺，从动态出发感知机能瓶颈，而且对本来的Kirin Gaming+做了大幅的升级优化，竖立更为科学的机能功耗模型，促进游戏帧率更为不乱，每一帧调频正确率提拔30%。

▲采用了Smart Cache分流手艺，显著提拔GPU资源设置。

华为在发布会上展示了《和平精英》游戏过程中的结果视频，能够看到在游戏过程中的机能功耗较对照机型更低，帧率根基连结在59~60fps之间，波动率并不大。

在AI机能上，麒麟990 5G版芯片比拟于上一代也有了重大升级。华为将此次发布会界说为“重构”，个中非常主要的一点就是在NPU上。麒麟990 5G版芯片的NPU架构采用了华为自研的达芬奇架构，内部细分为诸多单元，包罗焦点的3D Cube、Vector向量较量单元、Scalar标量较量单元等，它们各自尊责分歧的运算义务实现并行化较量模型，配合保障AI较量的高效处理。

达芬奇架构以3D Cube的矩阵运算为根蒂，引入Vector向量较量单元作天真的调整，针对矩阵运算进行加快，能够大幅提高单元单子面积下的AI算力。麒麟990 5G版芯片的3D Cube的立体阵列达到16×16×16，与今朝主流的具备NPU架构的芯片比拟较，能效最高多达8倍，机能最高多达6倍。和麒麟980和麒麟970的寒武纪NPU分歧，麒麟990 5G版芯片采用了两个大核NPU+1个微核NPU设计，微核能在大多数场景下充任替代大核的脚色，削减因算力提拔导致的功耗大幅增加的问题。

▲达芬奇架构具有16×16×16的3D Cube立体阵列

此外，麒麟990 5G版芯片支撑华为HiAI开放架构2.0、支撑谷歌Tenorflow、Android NN。在全新的架构模式下，麒麟990 5G版芯片支撑300多个算子，比上一代的麒麟980多了近100个。支撑90%的视觉较量神经收集，涵盖了今朝所有开源的收集模型，好比VGG、Resnet、VDSR、Deeplab等。

在AI算力的大幅度提拔下，麒麟990 5G版芯片不光对识别场景、AI算法、资源设置大有裨益，在实时视频场景下也能施展大用处。在开视频的情形下，能够实时针对视频中的人、分歧物体进行识别和朋分。发布会上的Demo显露，用户能够实时改变视频配景，能够将多人中的一小我放到屏幕另一边，或许随意进行缩小和放大，而这些都是在实时状况下实现的。

除了CPU、GPU之外，SoC芯片往往还集成了ISP（图像传感处理器）和DSP（图像处理器芯片）。麒麟990 5G版芯片搭载了海思最新研究出来的ISP（Image Signal Processing，意为图像旌旗处理）5.0手艺，吞吐率提拔15%，能效提拔15%。到场单反级BM3D图像降噪手艺和双域结合视频降噪手艺，照片降噪能力也提拔了30%，视频降噪能力提拔了20%。

单反级BM3D图像降噪手艺先把图像分成必然巨细的块，凭据图像块之间的相似性，把具有相似构造的二维图像块组合在一路形成三维数组，然后用结合滤波的方式对这些三维数组进行处理。最后，经由逆变换，把处理后的究竟返回到原图像中，从而获得去噪后的图像。经由发布会展示的样张对比来看，拍摄统一场景下，放大统一个蓝色毛线球能够清楚地看到麒麟990 5G版芯片在图像细节处理上要比麒麟980好上不少，环绕着的毛线条条可见。

▲单反级BM3D图像降噪手艺在图像降噪上的示意相较于上一代麒麟980芯片更为超卓

在视频拍摄方面，画面中的噪声首要来自两个维度：空间域和时域。视频中的噪声在空间域上的示意就是统一时刻分歧位置上显现的噪声，在时域上的示意就是统一位置噪声一直闪烁。麒麟990 5G版芯片在空间域的根蒂上叠加了频域，然后再和时域进行连系，对视频内的降噪处理也有超卓示意。

▲双域结合视频降噪手艺有效去除视频画面上的杂色

放大样张来看，麒麟990 5G版芯片在去除杂色方面十分到位，反观对比样张，原本一色不染的河沾染上了斑斑红迹，由此可见在视频拍摄处理上麒麟990 5G版芯片更胜一筹。麒麟990 5G版芯片的ISP合营AI算力，甚至能够仅经由实时动态面部图像来读取用户的心率。

在架构和制程工艺上，三星Exynos 980没有过多的亮点，最大的卖点是集成5G基带，兼容NSA和SA两种5G组网体式，将5G通信调制解调器与高机能移动AP(Application Processor)合二为一，实现了超高速数据通信。

▲三星Exynos 980手艺规格一览

凭据官方数据，三星Exynos 980支撑在5G通信情况下即6GHz以下频段，实现最高2.55Gbps的数据通信；在4G通信情况下，支撑LTE Cat.16下行（5载波1Gbps）和LTE Cat.18上行（双载波200Mbps），最高可实现1.6Gbps的速度。4G-5G双保持（E-UTRA-NR Dual Connectivity）状况下，下载速度每秒最高可达3.55Gb，同时支撑Wi-Fi 6，让消费者更敏捷、更不乱地享受高清影像等大流量的流媒体办事。

与此同时，三星Exynos 980的人工智能较量机能也获得优化。它内置高机能NPU，人工智能较量机能比上代提高约2.7倍。较量机能提拔后，Exynos 980可凭据用户的设置为数据主动分流，实现内容过滤功能，还能快速处理保持虚拟与实际的夹杂实际（Mixed Reality）、智能相机等大容量数据，可适用于多种分歧的情况。和依靠和云盘办事交流数据来实现的现有的人工智能较量分歧，三星Exynos 980实现可自立较量的终端侧人工智能(On-Device AI)，如许一来便具备了珍爱用户小我信息的优势。

在手机拍摄方面，三星Exynos 980内置高机能ISP，最高支撑1.08亿像素自力摄像头或双2000万像素镜头，最多可保持5个图像传感器，并支撑3个传感器同时驱动，适配移动设备多摄像头的成长趋势。内置多款式编解码器（MFC），支撑每秒120帧的4K超高清视频编码息争码，支撑HDR10动态映射。综合ISP和NPU的强悍机能，三星Exynos 980可识别拍摄物体的形态、四周情况等，主动调节至最佳值。

除了方才发布的华为麒麟990和三星Exynos 980，联发科也公布起头送样旗下首款集成5G基带的SoC M70，采用7nm工艺，CPU大核同样是Cortex A77，GPU为Mali G77，5G下行最快速度可达到4.7Gbps。曩昔，各大厂商经由采用处理器搭配5G基带芯片外挂的设计，争先进入5G商用阶段，但这种体式在成本和结果上依旧存在毛病。

集成5G基带芯片的显现，对5G商用历程来说无疑是一大主要冲破。华为、高通、三星、联发科这四家厂商的5G SoC量产商用将会集中在本年岁尾至来岁第一季度中，届时外挂5G基带的手机将会完成本身的汗青使命，逐渐退出5G手机市场。

▲三星和vivo公布杀青合作，vivo搭载三星Exynos 980处理器的手机将于本年年内上市。

在集成度更高的SoC芯片上，为了掌握芯片尺寸，需要使用更进步的制程工艺。今朝，7nm制程代表芯片市场的旗舰水准，5nm制程工艺将会是各家企业全力进军的下一个岑岭。三星已在4月公布完成5nm芯片研发，并称将于来岁量产；代工巨头台积电也透露将于来岁量产5nm芯片。

凭据台积电资料显露，和7nm制程工艺比拟，采用5nm制程工艺的芯片可以供应1.8倍的逻辑密度，机能提拔15%，芯单方面积缩小15%。这个中，EUV极紫外光刻手艺是5nm制程要害手艺。今朝，台积电的5nm EUV工艺已起头风险性试产，量产则有望在2020年第二季度起头，正好知足集成5G基带的SoC芯片。

▲EUV光刻机成了制约5G成长的主要身分，进步制程工艺的芯片生产难度更高。

5G收集的直接优势是网速更快，网速提拔带来的是硬件需求提高，LPDDR5 RAM和UFS 3.0 ROM将会成为5G旗舰智能机将要占领的手艺制高点。具体来说，LPDDR5的速度将达到6400Mbps，比LPDDR4翻番，比LPDDR4X（4266Mbps）提拔50%。按照IC厂商Synopsys透露的，LPDDR5将引入WCK差分时钟，雷同于GDDR5，从而在不增加引脚的情形下提拔频率。

此外，LPDDR5还将引入Link ECC，具备从传输错误中恢复数据的能力。考虑到手机的续航能力，LPDD5在降低功耗方面也做了更仔细的工作，固然电压相较于LPDDR4X未变，然则闲置状况下的电流将削减40%。另一方面，全新UFS 3.0将庖代如今的UFS 2.1接口，为闪存供应翻倍的读写机能（2000MB/s）。

▲三星电子起头量产最新的12Gb（单颗容量为1.5GB）的LPDDR5内存颗粒，针对5G与AI进行优化，速度达到5500MB/s。

UFS3.0闪存的尺度电压为2.5V，比现代UFS尺度的2.7~3.6V更低，这将带来更低的功耗和更长的电池续航时间。跟着存储机能在手机上的主要性逐渐凸显，三星、东芝、西部数据、SK海力士、美光等均加速结构下一代存储手艺UFS3.0和LPDDR5。

▲JEDEC(固态手艺协会)推出UFS 3.0尺度，比UFS 2.1机能翻番，理论的接口带宽最高23.2Gbps，达到了2.9GB/s。

▲麒麟990系列支撑UFS 3.0

3G时代，我们首要依靠图片进行交流；4G时代，我们首要依靠视频进行交流；那么到了5G时代，社交会不会以加倍真切的体式进行？在这傍边，手机拍摄的手艺变得非常主要。手机摄像头数量逐渐在增加，COMS的解析力也从800万、1200万、2400万递增到4800万、6400万像素。

▲Redmi Note8 Pro首发三星6400万像素GW1传感器，支撑硬件直出6400万像素。

此前，三星公布与小米结合斥地1.08亿像素的ISOCELL Bright HMX传感器，将于晚些时候在小米手机上首发。如今，三星发布的Exynos 980也将支撑最高1.08亿像素自力摄像头。得益于5G收集的超高清传输能力，超高像素摄像头手机的显现不光仅是手艺到位，更是全方位客观的市场需求。只有在5G情形下，超高像素摄像头的图片和视频才能快速分享，是以超高清拍摄将会是5G落地应用的又一显现。

▲三星和小米合作研发，推出1.08亿像素的ISOCELL Bright HMX传感器。

总的来看，移动设备SoC芯片正处在手艺更新换代的要害时候，5G落地、制程工艺进化，带来了更强的机能、更高的集成度、更清楚的摄像头以及更快的网速、存储。5G智妙手机爆发前期，谁抓住了先发性，便能够率先蚕食5G大蛋糕。在这一点上，国产物牌无疑已经实现弯道超车，5G芯片、5G终端的发布都祖先一步。