华为soc主流芯片及性能分析

　     什么是SOC

　　随着设计与制造技术的发展，集成威廉希尔官方网站 设计从晶体管的集成发展到逻辑门的集成，现在又发展到IP的集成，即SoC（System-on-a-Chip）威廉希尔官方网站 。SoC可以有效地降低电子/信息系统产品的开发成本，缩短开发周期，提高产品的竞争力，是未来工业界将采用的最主要的产品开发方式。虽然SoC一词多年前就已出现，但到底什么是SoC则有各种不同的说法。在经过了多年的争论后，专家们就SoC的定义达成了一致意见。这个定义虽然不是非常严格，但明确地表明了SoC的特征：

　　实现复杂系统功能的VLSI； 采用超深亚微米工艺技术；

　　使用一个以上嵌入式CPU/数字信号处理器（DSP）；

　　外部可以对芯片进行编程；

　　关于SoC芯片

　　SoC芯片是一种集成威廉希尔官方网站 的芯片，可以有效地降低电子/信息系统产品的开发成本，缩短开发周期，提高产品的竞争力，是未来工业界将采用的最主要的产品开发方式。

　　华为手机SoC芯片发展史回顾

　　2015年11月，发布麒麟950 SoC芯片，采用4×Cortex A72 2.3GHz + 4×Cortex A53 1.8GHz + Mali-T880MP4+ 微智核i5，采用16nm FinFET Plus工艺制造，集成自研Balong720基带，首次集成自研双核14-bit ISP，首次支持LPDDR4内存，集成i5协处理器，集成自研的音视频解码芯片，是一款集成度非常高的SoC手机芯片。麒麟950也是全球首款采用A72架构和采用Mali-T880 GPU的芯片，该芯片的综合性能再次飙至第一，凭借性能优势和工艺优势，赢了高通差不多半年的时间差，打了又一个翻身仗。该款芯片陆续用在华为旗下的Mate 8、荣耀8、荣耀V8运营商定制版和标配全网通版等手机上。

　　2016年4月，发布麒麟955 SoC芯片，把A72架构从2.3GHz提升到2.5GHz，集成自研的双核ISP，助力徕卡双摄加持的P9和P9Plus、荣耀V8顶配版和荣耀 NOTE 8手机上。徕卡双镜头，摄影新潮流，麒麟955将带领P9系列成为华为旗下第一款销量破千万的旗舰机。

　　2015年5月，发布中低端芯片麒麟650 SoC芯片，采用4×Cortex A53 2.0GHz + 4×Cortex A53 1.8GHz + Mali-T830MP2，全球第一款采用16nm FinFET Plus工艺制造的中低端芯片，海思旗下第一款集成了CDMA的全网通基带SoC芯片，集成自研的Prime ISP，集成自研的音视频解码芯片，是一款集成度非常高的SoC手机芯片。这款芯片搭载在荣耀5C、G9青春版的移动版和双4G版手机中，将带领两者继续破千万销量。

　　2015年8月20日，麒麟芯片出货量突破1亿颗，这距离6月12日公布破8000万仅仅刚过去69天，这69天里日均出货29万颗。

　　2016年，将会发布麒麟960，将是又一颗突破历史的芯片，因为它将大幅提升GPU性能，同时也是第一款解决了CDMA全网通基带的旗舰芯片，到那时这两个黑点将一个一个去除。华为最厉害的是肯砸钱研发、用实力将黑点一个一个去除，就像曾经的K3V2、P6、P7和Mate S被人嘲弄一样，而现在、将来这些黑点不复存在。

　　2017年9月2日，在2017年德国柏林国际消费类电子产品展览会上，华为发布人工智能芯片麒麟970。首款采用麒麟970的华为手机Mate 10，在2017年10月16日在德国慕尼黑正式发布［3］ 。

　　十年磨一剑。华为从2004开始研发手机芯片，到2009年第一颗K3、2012年K3V2的失败，到2014年海思麒麟手机芯片开始跻身业界主流，这里是十年。而从2014年麒麟910开始到2016年麒麟955，海思麒麟芯片出货量突破一亿颗，不到三年出货就已经破亿，这里是三年。

　　海思麒麟芯片仅用在华为自己的产品上，麒麟芯片已经成为华为手机独有的特色之一，而随着麒麟芯片越来越强大，海思麒麟芯已经成为华为手机的优势竞争力之一。

　　华为海思麒麟手机SoC芯片简史

　　

　　华为最新芯片麒麟970

　　麟970芯片是华为海思推出的一款采用了台积电10nm工艺的新一代芯片，是全球首款内置独立NPU（神经网络单元）的智能手机AI计算平台。

　　华为的新款芯片麒麟970，为推出的旗舰机型Mate 10和其他高端手机提供更快的处理速度和更低的功耗。

　　主要功能

　　专门的AI硬件处理单

　　元麒麟970芯片最大的特征，是设立了一个专门的AI硬件处理单元—NPU（Neural Network Processing Unit，神经元网络），用来处理海量的AI数据 。

　　人工智能战略

　　麒麟970发布后，华为终端营销应该会把“AI”作为突出卖点，并且围绕AI开始构建生态。在人工智能时代，理想的状况是智能终端将变成人的助手，真正实现“知你”、“懂你”、“帮你”。这就要求人工智能技术不断演进，不仅是被动响应用户的需求，更能够主动感知用户状态和周边环境，并提供精准服务的全新交互方式 。

　　规格参数

　　以往的手机芯片普遍是以CPU（中央处理器）/GPU（图形处理器）/DSP（数字信号处理）为核心的传统计算架构，但这种架构难以支持AI海量数据计算。为此，麒麟970中单设了一个专门的AI硬件处理单元，为CPU、GPU等架构减负，目的都是为提高应用效率和降低能耗。

　　这道理跟当初在CPU和GPU之外，增加DSP等架构设计的初衷一样，都是为了分担主系统的计算负担。

　　华为麒麟970首次集成NPU采用了HiAI移动计算架构，其AI性能密度大幅优于CPU和GPU。相较于四个Cortex-A73（移动处理器龙头ARM去年推出的旗舰机CPU）核心，在处理同样的AI应用任务时，麒麟970新的异构计算架构拥有大约50倍能效和25倍性能优势。这意味着，麒麟970芯片可以用更高的能效比完成AI计算任务。例如在图像识别速度上，可达到约2000张/分钟。

　　麒麟970创新设计了HiAI移动计算架构，利用最高能效的异构计算架构来最大发挥CPU/GPU/ISP/DSP/NPU的性能，同时首次集成NPU专用硬件处理单元，其加速性能和能效比大幅优于CPU和GPU。

　　一个系统级的手机芯片主要包括CPU/GPU/DSP/ISP，以及基带芯片等诸多部件。这次麒麟970依然内置了八核CPU，与上一代麒麟960相比没有任何变化。在GPU上，麒麟970则用上了ARM在2017年5月刚刚发布的Mali-G72架构，性能较Mali-G71有所提升，此外，在核心数上，麒麟970的GPU也从麒麟960的8核增加到了12核。

　　在基带芯片上，华为发挥了自己作为通信设备厂商的优势。麒麟970直接大跨步支持LTE（4G）Cat.18（网速等级），最高下载速度可达了1.2Gbps。

　　尽管在CPU和GPU没有特别大的惊喜，但由于麒麟970采用10纳米制程，也会提升整体性能。余承东表示，麒麟970的能耗比提升了20%。

　　性能优势

　　麒麟芯片持续推动基于4G网络的用户体验。率先提供了基于载波聚合技术的4G+数据业务能力的同时，麒麟芯片又为用户带来了新一代高清语音体验——VoLTE。

　　多年来，语音通信的通话质量一直没有改进，用户需要更加清晰快速的语音业务体验。4G+网络的升级为高清语音的实现带来了机会，语音带宽和采样率提升一倍，使声音信息得以完整保留，让人听起来更真实、饱满、悦耳。

　　麒麟9xx平台全系列支持VoLTE，在提供4G+语音的同时，通话接通时延大幅缩短，视频通话质量相比3G提升10倍，并且能够满足用户同时通话和上网的需求。

　　

　　为了给用户提供更好的语音体验，麒麟芯片与中国、欧洲、韩国等领先的4G+移动运营商一起完成了长达2年的VoLTE语音调测。中国移动是国内VoLTE商用节奏最快的运营商，麒麟950是最早通过中国移动VoLTE认证的芯片平台。

　　中国移动宣布2015年底全网商用VoLTE，麒麟920/930/950等系列芯片全部支持VoLTE。在中国移动近期各省宣布商用的VoLTE终端中，基于麒麟920芯片的Mate7成为标杆机型。

　　麒麟芯片始终坚持性能与功耗平衡的设计思路，坚持走SoC路线，积极探索先进工艺和高能效比CPU/GPU的应用。麒麟950全面重新设计了芯片架构，使芯片的性能与功耗都得到了大幅提升。

　　

　　1.尖端工艺

　　工艺是用户性能体验的基础，麒麟950率先采用性能与功耗优势兼具的16nm FinFET plus尖端工艺，是业界首款商用TSMC 16nm FinFET plus技术的SoC芯片。

　　16nm FinFET plus的商用面临巨大挑战，单芯片集成的晶体管数目从20亿个增加到30亿个，金属互联难度成倍提升；晶体管结构3D化后，工艺复杂度大幅增加。

　　为实现商用，麒麟芯片研发团队克服了大量工程上的难题，麒麟芯片团队从2013年底就开始与TSMC等合作伙伴紧密合作，共同推动了16nm先进工艺的量产成熟，并于2014年4月实现业界首次投片，2015年1月实现量产投片。

　　TSMC 16nm FinFET Plus技术相比28HPM工艺性能提升65%，同时节省了70%的功耗。相比20SoC工艺，性能提升40%，功耗节省60%。

　　2.强劲性能

　　为了在性能上有新的突破，麒麟950采用了业界首个4*A72+4*A53 big.LITTLE架构设计及全新一代MaliT880图形处理器。全新的ARM Cortex A72核心相比A57性能提升11%的同时，功耗降低20%，能效比综合提升30%。麒麟950全新的GPU ARM MaliT880比上一代，图形生成能力提升100%，GFLOPS提升100%。

　　此外，麒麟950新架构中还包括全新的LPDDR4、新的GIC500、新系统总线以及FBC技术应用，使得麒麟950具备更强大的硬件性能基础。

　　3.提升用户体验

　　麒麟950更在意的是用户的实际性能体验。经过研究发现，快速响应和流畅不卡顿是影响用户体验感知的两个关键因素。快速响应的体验取决于芯片系统的Boost性能，而流畅不卡顿的体验则取决于芯片系统的持续性能。

　　麒麟芯片团队针对Boost性能和持续性能进行了深入的优化，用户触发操作时，做到100毫秒内响应，给用户带来快速响应的体验；一般工作状态下，确保每一帧绘图在1/60秒内完成，实现流畅不卡顿的体验。

　　除此之外，在强劲的硬件性能基础上，麒麟950通过启发式智能调度算法（HSA， Heuristic Scheduling Algorithm），对系统进行精细调校，解决安卓系统原生的问题，满足系统的两种性能需求——遇到需要Boost的地方，提前准确预判，完成后迅速收回；一般场景最精准性能预测，不积累额外的热量。麒麟950 Boost性能相比前代提升100%，持续性能相比前代提升56%。

　　麒麟950不断追求更高的能效比，用户体验提升的同时，续航时间大大增加，普通用户续航时间较前代增加10个小时，达到2天。